絢爛煙火中的寶貴財富

水鈺

2016年2月27日，位于厄瓜多爾首都基多東南的通古拉瓦火山噴發出巖漿，像一場絢爛的煙火照亮了整個夜空。緊接著到了3月5日，通古拉瓦火山再次噴發出高達2500米的火山灰，當地政府更是發出了黃色警報。

其實，火山噴發對于許多人來說并不陌生，最著名的便是發生在公元79年的維蘇威火山噴發。灼熱的熔巖摧毀了龐貝城里的一切，也吞沒了2萬多的人口。昔日宏大的太陽神殿，入聲鼎沸的斗獸場，車水馬龍的市集，一望無際的葡萄園，都在瞬間化為烏有。直到1748年，這座歷史悠久的占城才重現于世。

地球上充滿了未知與神秘，智慧的人類究竟該如何攫取這些寶貴的財富？又該如何利用這股難以估計的能量呢？

地熱資源的發現

能源是人類活動的物質基礎，人們從遠古時期鉆木取火來烹煮食物，到如今利用能源驅動機器，我們的生活早已離不開能源。

多年之前，人們就發現地球深處蘊含著巨大的能量，這些貯存在地球內部的可再生熱能絕大部分來自于地球內部放射性物質的衰變放熱，也有來自于外星隕石墜落地球所攜帶的熱能，以及天體引力等讓地球自轉變慢所產生的摩擦生熱。

1904年，科學家們在意大利羅馬西北托斯卡納地區的拉德瑞羅地熱田首次利用地熱驅動0.75馬力的小發電機點亮了5個100瓦的燈泡后，人們就在這里建立了世界上第一座500千瓦的小型地熱發電站，由此開創了地熱發電的先河。隨后，美國、墨西哥、菲律賓、冰島、德國等多個國家也紛紛踏入了研究地熱發電的行列中。

不過，最令人贊嘆不已的還是冰島政府對地熱資源的有效利用。冰島是世界上地熱資源最豐富的國家之一，政府于1975年起積極推行使用地熱資源，二氧化碳等溫室氣體的排放量、石油等不可再生能源的進口量早就低于國際水平，這里已經成為了世界上最干凈的國家之一。如今，85%以上冰島人民的生活都依靠地熱發電，并且冰島政府正在計劃將其變成世界上第一個全部使用可再生清潔能源的國家。

揭開“地熱”的神秘面紗

利用地熱資源的關鍵在于充分利用水的“超臨界”狀態，這是什么？當周圍環境滿足222個大氣壓，溫度在374℃或以上時，水就無法充分膨脹轉化為水蒸氣，只能保持液態，這種情況被稱為“超臨界”狀態。而處于這種狀態下的水，蘊含著巨大的能量。經過估算，一座“超臨界狀態”地熱井所產生的電量是普通地熱井的10倍。如果把現有的地熱井全部更換為“超臨界狀態”地熱井，預計可再生能源的總量將提升30%。

基于這些可觀的前景，地質學家們經過了一次又一次的實驗，終于在一次冰島深鉆井項目中發現：巨大的熱能可以促使水進入“超臨界狀態”，而地表下的巖漿是絕好的熱能來源。在巖漿和高壓的作用下，水溫最高可達900℃，而普通地熱井里水溫一般為200-300℃。

由于人們目前所使用的機器并不能抵擋住炙熱的熔巖，科學家們便借鑒了由美國加州大學的莫頓和史密斯在20世紀70年代所提出并成功實踐的理論——利用溫度在200～C以上，埋藏在地表2公里以下，內部不存在流體或僅有少量地下流體的無裂隙干熱巖體，建造了一個人工熱儲水庫，他們將地表低溫水注入其中獲取熱能，然后導出高溫水，通過熱交換器利用蒸氣驅動渦輪機發電。

于是，科學家們利用相似的原理，在巖漿附近的巖石上鉆井，將水注入井內吸收熱能，再利用高壓使水溫達到500～600℃，形成“超臨界狀態”，進而通過降低氣壓所產生的水蒸氣，帶動渦輪機發電。2011年，科學家們成功實現了這一構想，使“超臨界狀態”下的水溫達到500℃，產生了35兆瓦的電量。根據最新的用電調查顯示，年發電量約35兆瓦時，能夠滿足3萬戶普通家庭所需。

地熱發電益處多

正當世界各國加快地熱資源研究的腳步時，我國自然也不例外。新中國成立以來，電力事業受到了各方各界的高度重視，1977年我國最大的地熱能發電站，世界上首座利用地熱潛層熱儲進行工業性發電的電站——羊八井地熱電站在西藏自治區當雄縣建成并進入試運行。

在2014年2月，我國科考隊在江蘇省寶應縣經濟技術開發區七里村地下3028米處成功鉆取出93℃的優質地熱水，這是目前該省水溫最高、井深最深的地熱井；同樣是在2014年，地質學家們在青海省共和盆地中北部勘查到了范圍廣、埋藏淺、溫度高的地下干熱巖資源，填補了我國多年以來在這一領域上的空白。而在剛剛過去的2015年，國務院積極推行清潔能源，提倡節能減排，優化能源結構，也對地熱研究助力良多。

這些科學發現和政府舉措都推動著人們對地熱發電的研究不斷向前邁進，相信在不久的將來，地熱發電將走進千家萬戶，照亮每一個角落。

知識框

火山噴發的過程

眾所周知，地球的最外層是地殼，其后依次是地幔、地核。它們的溫度逐漸升高，最高可達近7000℃。如此高的溫度使得地球內部的巖石融化，濃煙、熱氣、巖石碎塊、巖漿紛紛從地殼較薄的地方噴涌而出，在地表形成熔巖，熔巖逐漸堆積成山脈的形狀，這整個過程就是火山噴發。所以，火山噴發也是地球內部釋放能量的信號。

（責任編輯：司明婧 責任校對：曹偉）