Náttúrufræðingurinn - 2012, Qupperneq 64

Náttúrufræðingurinn
64
Varmabúskapur háhitakerfa
Náttúrulegt varmatap og varma-
flutningur
Erfitt er að skýra náttúrulegt varma-
tap háhitasvæða, þar sem það hefur
verið mælt, nema með því að gera
ráð fyrir að varmagjafinn undir kerf-
inu sé mjög heitur, þ.e. kvika eða
storknuð innskot sem eru enn mjög
heit. Varminn frá kvikunni berst
út í grannbergið með leiðingu og
geislun þar eð kvikan er mjög heit
og heitari en umhverfið. Sama á við
um háhitakerfið yfir kvikunni. Því
verður engin endurnýjun á varma
í háhitakerfi með kvikuvarmagjafa
nema með streymi nýrrar kviku
upp í rætur jarðhitakerfisins og/eða
inn í það.
Allar líkur eru á því að berg-
lag aðskilji kviku og botn hrær-
ingar. Varmaflæðið gegnum þetta
lag hlýtur að vera það sama og sá
varmi sem jarðhitavökvinn tekur til
sín og skilar upp í efri jarðlög og til
yfirborðs. Til að skýra náttúrulegt
varmatap háhitasvæða verður þetta
lag að vera þunnt, fáeinir tugir eða
hundruð metra.
Niðurstöður borana í hraunið
sem rann úr Eldfelli á Heimaey
1973 eru taldar varpa ljósi á það
hvernig grunnvatn kælir kviku.72,73
Hiti sem mældist í einni borhol-
unni meðan sjó var dælt á hraunið
er sýndur á 14. mynd. Sjórinn hrip-
aði ofan í hraunið þar til hann hafði
breyst í gufu sem streymdi til yfir-
borðs. Uppstreymi gufunnar stillti
hitastigið á 100°C þar sem hræring
vatns og gufu átti sér stað. Neðan
þessa dýpis hækkar hitinn í um
950°C á um tveggja metra kafla, sbr.
14. mynd, en þá var komið niður
í kviku. Þetta tveggja metra lag
er varmaleiðnilagið milli kviku og
hræringar á vatni og gufu. Leiðni-
lagið varð þynnra ef dæling sjávar
á hraunið var aukin en þykknaði
ef dregið var úr dælingu eða henni
hætt. Þetta sannar að varmatapið
upp í gegnum leiðnilagið var í takt
við varmaflutning til yfirborðs með
gufu. Með tímanum færðist leiðni-
lagið niður í gegnum hraunkvik-
una. Ætla má að varmatap frá kviku
í rótum háhitakerfa sé með svip-
uðum hætti en líklega þó flóknara. Í
kvikuhólfi getur átt sér stað hræring
sem leiðir til þess að heitari kvika
berst upp undir þak kvikuhólfsins
um leið og kæld, afgösuð og eðlis-
þyngri kvika sekkur. Eins geta
tektónískar sprungur haft áhrif á
rennsli grunnvatns að kvikunni, og
gerð jarðmyndana og lögun þeirra
hlýtur að hafa áhrif á lögun flatarins
milli leiðnilags og kviku.
Hræring og írennsli
Hræring grunnvatns í háhitakerfum
leiðir til þess að varmi flyst frá
varmagjafanum með vatni og gufu
upp í efri jarðlög. Þar sem eingöngu
vatn eða yfirhituð gufa eru til staðar
jafnast hitinn út, en ef blanda af
vatni og gufu er í jarðhitalindinni
ákvarðar þrýstingur hitann og stillir
hann á suðumarksferilinn (7. mynd).
Meðan háhitakerfi eru ung að árum
leiðir hræringin til þess að rúmmál
heits bergs og jarðhitavökva vex
þar til stöðugt ástand næst, en þá
tapast allur varminn sem frá kvik-
unni kemur með grunnvatni, sem
streymir frá jarðhitakerfinu og út í
andrúmsloftið.
Ef háhitakerfi rekur frá fleka-
skilum og slitnar að lokum frá kviku-
varmagjafanum hefur hið heita
berg með jarðhitavökvanum breyst
í varmanámu sem upphaflega er
heitari en umhverfið. Kerfið kólnar
hægt, mest eftir flæði kalds grunn-
vatns gegnum kerfið en einnig eitt-
hvað með varmaleiðingu. Að því
getur komið að háhitakerfi þróist
yfir í lághitakerfi, eins og dæmin frá
Laugarnessvæðinu í Reykjavík og
að Reykjum og Reykjahlíð í Mos-
fellsbæ sanna.
Nær öll kvika sem myndar storku-
berg á Íslandi kemur úr möttli, af
dýpi þar sem bergið er deigt. Því
verður að telja víst að lækkun á
þrýstingi með niðurdrætti vatns í
háhitakerfi, vegna nýtingar á til-
tölulega litlum bletti, hafi lítil sem
engin áhrif á myndun og upp-
14. mynd. Kæling hraunsins á Heimaey sem rann úr Eldfelli 1973. Sjó var dælt á hraunið
sem skilaði sér til baka sem gufa. Gufuuppstreymið stillir hita á 100°C. Varmaleiðnilag
aðskilur bráð og gufu. Sá varmi sem streymir gegnum leiðnilagið er sá sami og gufan
flytur til yfirborðs. – Cooling of the lava on Heimaey that formed in 1973 from the erup-
tion of Eldfell. Seawater was pumped onto the lava that was returned to the surface as
ascending steam. The rising steam fixes temperature at 100°C. A conductive layer sepa-
rates magma and steam. The heat transferred by conduction through the separating
layer equals the heat brought to the surface by the rising steam.
Hiti – Temperature (°C)
D
ýp
i –
D
ep
th
(m
)
Suða – Boiling
Leiðnilag – Conductive layer
Bráðið hraun – Molten lava