TERMAL (TERMİK) GRADYAN KAVRAMI

YER İÇİNİN SICAKLIĞI NASIL ÖLÇÜLEBİLİR?YER İÇİNİN SICAKLIĞI NASIL ÖLÇÜLEBİLİR?

GRADYAN SONDAJLARI İLE ÖLÇÜLEBİLİNİR.GRADYAN SONDAJLARI İLE ÖLÇÜLEBİLİNİR.

Yeraltı sıcaklığının ölçülmesi ve gradyan artışının belirlenmesi

jeotermal enerji aramalarının sağlıklı ve güvenilir yöntemlerindendir.

Yeraltı sıcaklığı derinlik ile orantılı olarak artmaktadır. Jeotermal

(jeotermik) gradyan; sıcaklığın 1°C artması için gerekli derinliktir.

Dünyada ortalama gradyan artışı 30 C°/km. dir.

Bu gradyan artışı dünyanın her yerinde düzenli değildir., Örneğin,

Bahama Andras adalarında 5 C°/km, Endonezya’da 90 C°/kmdir.

Kayaçların ısı iletkenliği, bölgesel ısı akısı dağılımı, aktif tektonik yapı

ve yeraltı su dolaşımı jeotermal gradyan değerini etkileyen

faktörlerdir.

Kayaçların ısı iletkenliği, mineraloji bileşimine, gözenekliliğine,

geçirgenliliğine,

suya ve gaza doygunluğuna bağlıdır. Şeyllerin ısı iletkenliği 2,

kireçtaşlarının 3.1, kuvarsın ise 15 milical/ sn C° dır (Ünalan, 1977).

Isı akısı: Bir cm2 alandan bir saniyede geçen ısı miktarının kalori

cinsinden değeridir. Yer içinin ısı akısı doğrudan ölçülemez. Ancak

jeotermik gradyan yardımıyla hesaplanabilir.

Q = -k .A (dT/dz)Q = -k .A (dT/dz)

Fourier ısı iletim eşitliği:

Q: ısı akısı (HFU)k: Kayaçların ısı iletkenliği (milical/cm sn. C°)A: Birim alan (cm2)dT/dz: Jeolermal gradyan (C°/cm)

Özellikle Jeotermal akışkan ve petrol aramalarında yararlanmak amacı ile yeraltı sıcaklık dağılımları saptanmaya çalışılır. Gradyan sıcaklıkları kuyulardan ölçülerek bölgesel ölçekte 1, 100, 200, … ,5000 metreye kadar yeraltının eş sıcaklık dağılım haritaları yapılır. Bu sıcaklıklar ve Fourier ısı iletim eşitliği kullanılarak da ısı akısı haritaları oluşturulur.

(http://www.mta.gov.tr/v2.0/default.php?id=jeofizik_haritalari)

Örnek yayınlar:

İlkışık-gradyan.pdfİlkışık-gradyan2.pdf

JEOTERMAL SİSTEMLER

İnce yada kırıklı kabuk bölgeleri mağmanın lavlar İnce yada kırıklı kabuk bölgeleri mağmanın lavlar şeklinde şeklinde

yeryüzüneyeryüzüne çıkmasına izin verir. Bazen mağma çıkmasına izin verir. Bazen mağma yeryüzüne yeryüzüne çıkmaz, ancak geniş yeraltı alanlarını ısıtır. Faylardan çıkmaz, ancak geniş yeraltı alanlarını ısıtır. Faylardan ve kırıklardan yeraltına süzülen yağmur suları da ve kırıklardan yeraltına süzülen yağmur suları da yeraltında buyeraltında bu etkiyle ısınarak yeryüzüne buhar yada sıcak su etkiyle ısınarak yeryüzüne buhar yada sıcak su olarak geri döner. Bu oluşuma genel olarak olarak geri döner. Bu oluşuma genel olarak “jeotermal sistem”“jeotermal sistem” denir. denir.

JEOTERMAL ENERJİYerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan Yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan

birikmiş ısının oluşturduğu sıcaklıkları, devamlı birikmiş ısının oluşturduğu sıcaklıkları, devamlı

olarak bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığının olarak bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığının

üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve

yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral, yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral,

gaz ve çeşitli tuzlar içerebilen, basınç altındaki gaz ve çeşitli tuzlar içerebilen, basınç altındaki

sıcak su ve buhar olarak tanımlanır. Ayrıca sıcak su ve buhar olarak tanımlanır. Ayrıca

herhangi bir akışkan içermediği halde, bazı teknik herhangi bir akışkan içermediği halde, bazı teknik

yöntemlerle ısısından yararlanılan yöntemlerle ısısından yararlanılan sıcak kuru sıcak kuru

kaynaklar (hot dry rocks)kaynaklar (hot dry rocks) da jeotermal enerji da jeotermal enerji

kaynağı olarak nitelendirilmektedir.kaynağı olarak nitelendirilmektedir.

Sıcak su ya da buhar yeryüzüne; gaz ve buhar çıkışı, sıcak su kaynağı veya çamur gözleri gibi çeşitli şekillerde ulaşır.

Fumarol:Fumarol: Buhar ve volkanik gazların yeryüzüne çıkış yaptığı hava delikleridir.

- Isı kaynağı

- Isıyı taşıyan akışkan (çalışan akışkan,

meteorik su)

- Rezervuar zon (poroziteli, permeabiliteli)

- Örtü kaya

JEOTERMAL SİSTEMLERİ OLUŞTURAN PARAMETRELER

1. Isı Kaynağı1. Isı KaynağıKabuk üzerinde yüzeye yakın tektonik kırıkların Kabuk üzerinde yüzeye yakın tektonik kırıkların ulaşabildiği ısı anomali zonları jeotermal sistemler ulaşabildiği ısı anomali zonları jeotermal sistemler için ısı kaynağını oluşturmaktadır.için ısı kaynağını oluşturmaktadır.

2. Isıyı Taşıyan Akışkan2. Isıyı Taşıyan AkışkanMeteorik kökenli yağmur sularıda yeryüzüne Meteorik kökenli yağmur sularıda yeryüzüne düştükten sonra çatlaklı zonlardan süzülerek düştükten sonra çatlaklı zonlardan süzülerek derinlerdeki ısı anomalisi etkisi ile ısınmış derinlerdeki ısı anomalisi etkisi ile ısınmış kayaçlardaki ısıyı süpürerek yüzeye, ekonomik kayaçlardaki ısıyı süpürerek yüzeye, ekonomik anlamda sığ derinliklere taşıyarak sistemin çalışan anlamda sığ derinliklere taşıyarak sistemin çalışan akışkanını oluşturur.akışkanını oluşturur.Çok nadir anlamda ise derin okyanus çökellerinde Çok nadir anlamda ise derin okyanus çökellerinde bazı kapanlanmış sular ve metamorfizma sonucu bazı kapanlanmış sular ve metamorfizma sonucu kayaçtaki mineral bileşiminde bulunan suyun atılması kayaçtaki mineral bileşiminde bulunan suyun atılması ile ortaya çıkan sularda, derinlerdeki ısıyı taşıyıcı ile ortaya çıkan sularda, derinlerdeki ısıyı taşıyıcı olabilmektedir, ancak bunlar meteorik sularla olabilmektedir, ancak bunlar meteorik sularla karşılaştırıldığında önemsiz derecede azdır.karşılaştırıldığında önemsiz derecede azdır.

3. Rezervuar Kaya Ve/Veya Zon3. Rezervuar Kaya Ve/Veya ZonYukarılara doğru taşınan ısınmış akışkan, kabuk Yukarılara doğru taşınan ısınmış akışkan, kabuk içerisinde ekonomik anlamda sığ derinlikte, içerisinde ekonomik anlamda sığ derinlikte, poroziteli ve permeabiliteli litolojik birimler ve/veya poroziteli ve permeabiliteli litolojik birimler ve/veya zonlar içinde belirli bir süre depolanabilirler. zonlar içinde belirli bir süre depolanabilirler. Rezervuarı besleyen derinden gelen bu akışkanın, Rezervuarı besleyen derinden gelen bu akışkanın, beslenme alanı ile uzun mesafelerde bağlantılı beslenme alanı ile uzun mesafelerde bağlantılı olması gerekir ki sürekli olarak beslenebilsin.olması gerekir ki sürekli olarak beslenebilsin.

4. Örtü Kaya4. Örtü KayaRezervuar zonda depolanan bu akışkanın ve ısının, Rezervuar zonda depolanan bu akışkanın ve ısının, enerjisini kaybetmeden korunmalı olarak enerjisini kaybetmeden korunmalı olarak kalabilmesi için bu zon ve/veya birimler üzerinde kalabilmesi için bu zon ve/veya birimler üzerinde ısı ve akışkan kaybını önleyecek geçirimsiz birimler ısı ve akışkan kaybını önleyecek geçirimsiz birimler olmalıdır, bu birimlere ise örtü kaya denir.olmalıdır, bu birimlere ise örtü kaya denir.

Sıcaklık İçeriğine göre Jeotermal Sistemler:Sıcaklık İçeriğine göre Jeotermal Sistemler:

1. Düşük Entalpili Sahalar (20-70 °C sıcaklık)

2. Orta Entalpili Sahalar (70-150 °C sıcaklık)

3. Yüksek Entalpili Sahalar (150 °C den yüksek)

Jeotermal Sistemin Fiziksel Durumuna Göre Jeotermal Sistemin Fiziksel Durumuna Göre

Rezervuarlar:Rezervuarlar:

Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar:Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar:

Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma

sıcaklığından daha düşüktür.sıcaklığından daha düşüktür. İki fazlı jeotermalİki fazlı jeotermal rezervuarlar: rezervuarlar:

Rezervuarda su ve su buharı birlikte Rezervuarda su ve su buharı birlikte

bulunmaktadır.bulunmaktadır. Buharın etken olduğuBuharın etken olduğu jeotermaljeotermal rezervuarlar: rezervuarlar:

Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma

sıcaklığından daha yüksektir.sıcaklığından daha yüksektir.

Doğal Duruma ve Jeolojik Konuma Göre Jeotermal Doğal Duruma ve Jeolojik Konuma Göre Jeotermal SistemlerSistemler

Volkanik Sistemler:Volkanik Sistemler: Volkanik etkinlikle ilişkili sistemlerdir. Isı Volkanik etkinlikle ilişkili sistemlerdir. Isı kaynağı mağmadır. Volkanik sistemde geçirgen çatlaklar vefay kaynağı mağmadır. Volkanik sistemde geçirgen çatlaklar vefay zonları suyun akışını kontrol eder.zonları suyun akışını kontrol eder.

Taşınım Sistemleri:Taşınım Sistemleri: Düşey çatlak ve faylarla yüksek ısı akışının Düşey çatlak ve faylarla yüksek ısı akışının olduğu tektonik olarak aktif bölgelerdir. Isı kaynağı sıcak kabuktur. olduğu tektonik olarak aktif bölgelerdir. Isı kaynağı sıcak kabuktur. Su düşey çatlak ve faylarla 1 km den daha derinlere inip ısınıp Su düşey çatlak ve faylarla 1 km den daha derinlere inip ısınıp tekrar yükselerek taşınım sistemlerini oluşturmaktadır. tekrar yükselerek taşınım sistemlerini oluşturmaktadır.

Sedimanter Sistemler:Sedimanter Sistemler: Bir kilometreden daha derin yerlerde Bir kilometreden daha derin yerlerde geçirgen tortul tabakalarda oluşan, ısı taşınımından çok iletimin geçirgen tortul tabakalarda oluşan, ısı taşınımından çok iletimin etken olduğu sistemlerdir.etken olduğu sistemlerdir.

Yüksek Basınçlı Sistemler: Yüksek Basınçlı Sistemler: Yüksek basınçlı petrol rezervuarlarına Yüksek basınçlı petrol rezervuarlarına benzer olarak basıncın normal basınçtan yüksek tabakalardan benzer olarak basıncın normal basınçtan yüksek tabakalardan oluşan sistemlerdir.oluşan sistemlerdir.

Sıcak Kuru Kayaç Sistemleri: Sıcak Kuru Kayaç Sistemleri: Volkanizma veya anormal yüksek ısı Volkanizma veya anormal yüksek ısı akışı sonucu oluşmuş, geçirimsiz özellikte sistemledir. Akışkan akışı sonucu oluşmuş, geçirimsiz özellikte sistemledir. Akışkan içermediği ve geçirimsiz olduğundan normal jeotermal sistemler içermediği ve geçirimsiz olduğundan normal jeotermal sistemler gibi işletilemezler.gibi işletilemezler.

Yağmur, kar, deniz ve  magmatik suların yeraltındaki gözenekli Yağmur, kar, deniz ve  magmatik suların yeraltındaki gözenekli ve çatlaklı kayaç kütlelerini besleyerek oluşturdukları jeotermal ve çatlaklı kayaç kütlelerini besleyerek oluşturdukları jeotermal rezervuarlar, yeraltı ve reenjeksiyon koşulları devam ettiği rezervuarlar, yeraltı ve reenjeksiyon koşulları devam ettiği müddetçe yenilenebilir ve sürdürülebilir özelliklerini korurlar. müddetçe yenilenebilir ve sürdürülebilir özelliklerini korurlar. Kısa süreli atmosferik koşullardan etkilenmezler.Kısa süreli atmosferik koşullardan etkilenmezler.  Ancak, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde Ancak, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde jeotermal akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı jeotermal akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı beslemesi bakımından, işlevi tamamlandıktan sonra tekrar beslemesi bakımından, işlevi tamamlandıktan sonra tekrar yeraltına gönderilmesi (reenjeksiyon) zorunludur. Reenjeksiyon yeraltına gönderilmesi (reenjeksiyon) zorunludur. Reenjeksiyon birçok ülkede yasalarla zorunlu hale getirilmiştir.birçok ülkede yasalarla zorunlu hale getirilmiştir.