Tim naučnika EPFL-a pružio je uvid u mehanizme na radu u geotermalnim rezervoarima koji se nalaze duboko pod zemljom, poznatim kao superkritični rezervoari. Kombinacijom kompjuterskih simulacija i laboratorijskih eksperimenata, pokazali su da su stene koje se nalaze između 5 i 8 kilometara duboko u Zemljinoj kori takođe propusne za tečnosti.
Geologija je oblast sa mnogo neodgovorenih pitanja. I što dublje kopate u Zemljinu koru, to se dalje upuštate u nepoznatu teritoriju, jer stena postaje sve skrivenija i teže dostupna. Najdublja rupa na svetu nalazi se na poluostrvu Kola u Rusiji i proteže se 12 kilometara — ali to je manje od 25% prosečne dubine kontinentalne kore.
I iako su geolozi mogli da iskopaju tako daleko, skoro je nemoguće izvršiti merenja na takvim dubinama. Zato mnogi naučnici rade na repliciranju uslova u svojim istraživačkim laboratorijama.
Ovo je metod koji je Gabriel Meier, postdoktor u EPFL-ovoj Laboratoriji za eksperimentalnu mehaniku kamena (LEMR), izabrao da koristi za svoje istraživanje. On posebno posmatra promene koje se dešavaju u stenama u natkritičnim uslovima.
„Naučnici su primetili prelaz u mehaničkom ponašanju stena na ekstremnim dubinama“, kaže on. „Želeo sam da mogu da razumem šta se dešava, pošto mi zapravo ne možemo da posmatramo proces na terenu.
Njegov zadatak je sada postao lakši zahvaljujući novom instrumentu razvijenom u LEMR-u koji može da replicira uslove pritiska i temperature na takvim dubinama. Prof. Mari Violai, šefici LEMR-a, i njenoj istraživačkoj grupi bilo je potrebno skoro šest godina da naprave ovaj komad opreme. Prva otkrića koja je omogućio instrument upravo su objavljena u Nature Communications.
Geotermalni rezervoari sa superkritičnom vodom — ili vodom na temperaturama iznad 400°C — sledeća su granica geotermalne energije. Inženjeri su istraživali potencijal ovog prirodnog resursa u različitim delovima sveta u poslednjih 15-ak godina, jer bi mogao da poveća proizvodnju energije za faktor 10 u odnosu na konvencionalna geotermalna postrojenja (koja izvor toplote bliže površini).
Superkritični rezervoari se nalaze otprilike 10 kilometara pod zemljom, a trik je da se do njih dođe. Prvi konačni testovi superkritične geotermalne tehnologije sprovedeni su u potpunosti u vulkanskim regionima, gde se natkritične temperature mogu naći na dubinama od 5 kilometara.
„Kada se približite oznaci od 10 kilometara, stena se više ne lomi, već se jednoliko deformiše, poput meke karamele, i njeno ponašanje postaje složeno. Deformacija se dešava na nivou kristalnih struktura u zrnu. Hteo sam da saznam da li voda bi mogla da cirkuliše unutar stene koja je prešla u ovu neobičnu duktilnu formu“, kaže Gabriel Meier, postdoktor u EPFL-ovoj Laboratoriji za eksperimentalnu mehaniku stena.
Superkritična voda nije ni gas ni tečnost, već je u stanju koje omogućava izdvajanje velikih količina energije. Mehanička svojstva stene se takođe menjaju u takvim uslovima. Dok stena blizu površine može biti krhka i sadržati brojne mikrofrakture, ona postaje duktilna na velikim dubinama.
„Kada se približite oznaci od 10 kilometara, stena se više ne lomi, već se jednolično deformiše, poput meke karamele, i njeno ponašanje postaje složeno“, kaže Mejer. „Deformacija se dešava na nivou kristalnih struktura u zrnu. Hteo sam da saznam da li voda može da cirkuliše unutar stene koja je prešla u ovaj neobičan duktilni oblik.“
Da bi izmerili propustljivost stena, Meier i njegove kolege su transformisali uzorke granita iz krhkih u duktilne izlažući ih istim uslovima temperature i pritiska koji se nalaze duboko unutar Zemljine kore. LEMR instrument radi tako što vrši pritisak na uzorak stene i deformiše ga klipom.
I temperatura i pritisak postepeno rastu, simulirajući uslove između nekoliko stotina metara i nekoliko kilometara pod zemljom. Zatim je istraživački tim koristio sinhrotron za proizvodnju 3D skeniranja deformisanih uzoraka, omogućavajući im da vide propustljivost.
„Geolozi su dugo mislili da je prelazna tačka od krtog do duktilnog donja granica za cirkulaciju vode u Zemljinoj kori“, kaže Mejer. „Ali pokazali smo da voda takođe može da cirkuliše u duktilnoj steni. Ovo je veoma obećavajuće otkriće koje otvara dalje puteve istraživanja u našoj oblasti.“
