Aktualności, Ekologia, Energia odnawialna, Wydarzenia

Wody termalne

Wody termalne - energia odnawialna

Wody podziemne, krążące w środowisku skalnym, mają różną temperaturę i są w rozmaitym stopniu zmineralizowane. Biorąc pod uwagę te parametry możemy wyróżnić wody zwykłe, mineralne i termalne. Wody termalne, zwane również geotermalnymi, są to wody podziemne mineralne lub zwykłe, których temperatura mierzona na wypływie ze źródeł naturalnych lub odwiertów wynosi co najmniej 20°C. Wielkość ta stanowi granicę umowną od wielu lat stosowaną w balneologii. Opiera się ona na relacji do temperatury ciała ludzkiego. Ciepło, które niosą wody termalne, pochodzi z wnętrza Ziemi. Jego głównym źródłem jest płynna magma, dodatkowym zaś – procesy naturalnego rozkładu pierwiastków promieniotwórczych. Rozkład temperatur w skorupie ziemskiej, od którego m.in. zależy temperatura wód termalnych, jest bardzo zróżnicowany. Podstawowym parametrem, który charakteryzuje pole temperaturowe Ziemi, jest gradient geotermiczny. Określa on przyrost temperatury na jednostkę przyrostu głębokości wewnątrz Ziemi, poniżej strefy termicznie neutralnej. Jego odwrotnościąjest stopień geotermiczny, mówiący co ile metrów w głąb Ziemi temperatura przyrasta o 1°C.
Jak można z tego wywnioskować, wody występujące na większych głębokościach są wodami termalnymi wskutek istnienia gradientu geotermalnego. W polskich Karpatach Zachodnich na szczególną uwagę pod względem występowania wód termalnych zasługuje niecka podhalańska, stanowiąca część polskich Karpat wewnętrznych. Obecność wód termalnych w tym rejonie związana jest z odsłonięciami skrasowiałych i spękanych mezozoicznych i eoceńskich skał węglanowych w Tatrach, gdzie następuje ich zasilanie wodami meteoiycznymi. Utwory te zapadają w kierunku północnym pod nieprzepuszczalne i słabo przepuszczalne osady fliszu podhalańskiego, zalegającego do głębokości około 3 km. Na tym obszarze, w odległości około 1 km od północnego brzegu Tatr, aż do pienińskiego pasa skałkowego, wody zawarte w tych utworach stają się wodami termalnymi.
W obrębie Karpat zewnętrznych wody termalne meteoryczne nie występują, z uwagi na niewielką przepuszczalność utworów fliszowych. Na większych głębokościach mogą lokalnie występować zamknięte struktury, zawierające wysoko zmineralizowane wody termalne niemeteorycznego pochodzenia.

Niecka podhalańska

Pierwsze wzmianki o wodach termalnych na Podhalu datują się na połowę XIX wieku, kiedy to Ludwik Zejszner [1] odkrył w Jaszczurówce źródło o temperaturze 20,4°C. Po raz pierwszy wody termalne o wyraźnie wyższej temperaturze (36°C) uzyskano z otworu Zakopane IG-1 [2]. Dynamiczny rozwój badań wód termalnych na tym terenie nastąpił w późniejszym okresie [np. 3,4,5,6].
W niecce podhalańskiej występują dwa systemy przepływu wód podziemnych. Jeden z nich – lokalny, związany jest z utworami czwartorzędu i stropowymi ogniwami fliszu, natomiast drugi – regionalny, kształtuje się w skrasowiałych utworach węglanowych eocenu i mezozoiku. W tym drugim systemie występują wody termalne z obszarem zasilania w Tatrach, a skały fliszowe stanowią element izolujący od pierwszego poziomu. Wody te, uzyskiwane wierceniami usytuowanymi w odległości około 800-1 000 m od brzegu Tatr, migrują ku północy zgodnie z kierunkiem zapadania serii wodonośnych, a następnie na skutek szczelnej bariery, jaką stanowią utwory pienińskiego pasa skałkowego, rozpływają się wachlarzowato ku wschodowi i zachodowi poza granice państwa , przypuszczalnie z bardzo słabym drenażem przez przesączanie do góry na obszarze niecki, sugerowanym przez nieco podwyższone temperatury niektórych źródeł [6]. Zapewne w tym obszarze następuje silne zredukowanie prędkości przepływów w stosunku do części południowej, co wskutek wydłużenia czasu kontaktu wody ze skałą powoduje wyraźniejsze zmiany składu chemicznego wód. W stosunku do innych rejonów Polski, w niecce podhalańskiej istnieją najlepsze warunki do praktycznego wykorzystywania wód termalnych ze względu na korzystną budowę geologiczną wysoką temperaturę (do 86°C na wypływie), niską mineralizację (do 3 g/dm3), wysoką wydajność (ponad 200 m3/h z pojedynczego ujęcia), dobrą odnawialność wody i łatwą dostępność terenu.
Badania w trakcie testów hydrodynamicznych, w tym określenie wieku wód, temperatury i składu jonowego, pozwoliły na stwierdzenie prawidłowości charakterystycznych dla wód podziemnych w podfliszowych poziomach niecki artezyjskiej Podhala. Mimo różnic głębokości ujęć i zróżnicowanej odległości od obszaru zasilania, współczynniki filtracji utworów podfliszowych wykazują zbliżone wartości, rzędu 10″6 m/sr podobne do wartości obserwowanych w otworach zlokalizowanych na Antałówce [6]. Z porównania wydajności notowanych w czasie wiercenia otworów, z rezultatami uzyskanymi podczas zabiegów kwasowania wynika, że nastąpiło 4-8 krotne zwiększenie wydatku, a w otworze Biały Dunajec PAN-1 różnica ta jest nawet znacznie wyższa, gdyż wydajność wzrosła z 9 m3/h do 270 m /h. Korzyści z kwasowania otworów ujawniają się równocześnie w przyrostach temperatury wody na wypływie od kilkunastu do ponad 30°C.
Zdolność przyjmowania wody przez otwory chłonne zazwyczaj maleje wskutek postępującej kolmatacji, co również powoduje konieczność poddawania ich procesom kwasowania, których szczegóły w przypadku niecki podhalańskiej nie zostały jednak opublikowane.
Wody termalne niecki podhalańskiej są przypuszczalnie częściowo drenowane wskutek przesiąkania do góry przed pienińskim pasem skałkowym, gdzie stwierdzono obecność źródeł o temperaturach wody do około 2 °C ponad średnie roczne temperatury w tym rejonie [6]. Efektem tego drenażu są przypuszczalnie niektóre źródła siarczkowe związane z obecnością stref dyslokacyjnych. Dla celów poznawczych wskazane są jednak badania znacznikowe źródeł o podwyższonych temperaturach wody, aby stwierdzić czy zachodzi przesączanie do góry wód termalnych. Anomalie termiczne skał obserwowane w strefach uskokowych płytkimi pomiarami temperatury wydają się wskazywać na możliwość ascensyjnego ruchu wody termalnej spowodowanego przez przeszkodę dla przepływu, jaką stanowi pieniński pas skałkowy.

Karpaty zewnętrzne

W Karpatach zewnętrznych wody termalne występują i w utworach fliszowych, i w skałach ich podłoża. Parametry hydrogeologiczne skał Karpat zewnętrznych są jednak zdecydowanie odmienne od parametrów utworów zawierających wody termalne w niecce podhalańskiej. Wody termalne na tym obszarze są rozpoznane jedynie nielicznymi otworami, a skomplikowana budowa geologiczna ogranicza uzyskanie większych wydajności, gdyż występują one w niewielkich zamkniętych strukturach. Dotychczasowe badania wykazały, że flisz zewnętrznokarpacki jest mało perspektywicznym kolektorem dla uzyskania wód termalnych w znaczących ilościach. Najkorzystniej wypada rejon Poręby Wielkiej, gdzie uzyskano z pojedynczego ujęcia do 12,1 m3/h wody o mineralizacji 21,8 g/dm3 i temperaturze 42°C na wypływie. Ponadto wody termalne w Karpatach fliszowych stwierdzono między innymi w Soli koło Zwardonia, Rabce, Skomielnej Białej i Ciężkowicach. Wody termalne fliszu karpackiego są także mało obiecujące ze względu na wysoką mineralizację i zróżnicowany skład chemiczny.
Nieco lepsze warunki występowania wód termalnych istnieją w podłożu zachodniej części Karpat zewnętrznych, gdzie wody te związane są ze spękanymi i skrasowany- mi dolomitami i wapieniami dewońskimi oraz zlepieńcami miocenu. Wody te zostały stwierdzone między innymi w rejonie Ustronia (27,5°C i 32°C), Jaworza (23°C i 32°C), Suchej Beskidzkiej (28°C), Potrójnej (22°C). Podane temperatury mierzone były na wypływach z otworów. Te wody termalne i mineralne nie mogą być eksploatowane, gdyż powodowałyby zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Problem ten został rozwiązany jedynie w Usfroniu, gdzie wykonano otwór chłonny przyjmujący zużytą wodę.
Możliwości wykorzystania wód termalnych Wody termalne najwcześniej zostały wykorzystane do celów grzewczych w rejonie Bańskiej i Białego Dunajca (dublet otworów Bańska IG-1 i Bańska PGP-1 oraz Bia?ły Dunajec PAN-1 i Biały Dunajec PGP-2). Po początkowej fascynacji tym odnawialnym źródłem energii i oczekiwanych korzyściach ekonomicznych okazało się, że koszty eksploatacji obecnie mogą przekraczać koszty tradycyjnego ogrzewania, a korzyści ekologiczne w postaci czystszego powietrza nad Zakopanem są mało przekonujące dla indywidualnych odbiorców energii. Z tego względu bardziej obiecujące są zastosowania rekreacyjno-lecznicze [5].
Rvs. 3- Kompleks rekreacyjno-rehabilitacyjny w Bukowinie Tatrzańskiej – baseny zewnętrzne.

Wody termalne eksploatowane są obecnie przez otwory Zakopane IG-1 i Zakopane-2 do celów rekreacyjnych w basenie kąpielowym zakopiańskiego Aqua Parku. Wybudowany został duży ośrodek rekreacyjno-rehabilitacyjny w Bukowinie Tatrzańskiej, zaprojektowany jako największy w Polsce i jeden z najnowocześniejszch w skali europejskiej. Ośrodek ten wykorzystuje do celów grzewczych i kąpielowych wodę z otworu Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1 [6].

W Białym Dunajcu istnieje także ośrodek kąpielowy, który bazuje na energii cieplnej dostarczanej przez wodę z otworów w Białym Dunajcu. Wykorzystana jest również woda termalna z otworu Szymoszkowa GT-1 w basenie otwartym w sezonie letnim. Planowane są także baseny kąpielowe w Białce Tatrzańskiej, Witowie i Poroninie.

Dotychczasowe doświadczenie sugeruje, że wody termalne niecki podhalańskiej powinny być przede wszystkim eksploatowane dla celów ośrodków rekreacyjno-rehabilitacyjnych, gdyż ich wykorzystanie dla celów grzewczych przez indywidualnych odbiorców nie jest zbyt obiecujące, ze względu na wysokie koszty sieci przesyłowej.

Zasoby dyspozycyjne wód termalnych niecki podhalańskiej zostały określone w dokumentacji wykonanej przed wywierceniem nowych otworów na 983,3 mYh dla obszaru zasobowego o powierzchni 350 km2 oraz obszaru alimentacji (Tatry) o powierzchni 200 km2. Obecnie stosuje się nowe metody badawcze, w tym analizy stężeń gazów szlachetnych [8] oraz modelowanie numeryczne przepływów i migracji do aktualizacji oceny zasobów wód termalnych istniejących i nowych otworów oraz poszczególnych rejonów i całej niecki. Dotychczasowe modelowanie ma charakter fragmentaryczny, głównie ze względu na brak szczegółowych danych niezbędnych do wiaiygodnej kalibracji modeli numerycznych. Aktualizacja dokumentowania wód termalnych w miarę powstawania nowych otworów eksploatacyjnych jest niezbędna w celu realizacji optymalnej gospodarki zasobami dla uniknięcia nadmiernej eksploatacji, mogącej prowadzić do niekorzystnych zmian wydatków, temperatury i/lub składu chemicznego oraz dla oceny dalszych możliwości wykorzystania tych wód.

Wody termalne Karpat zewnętrznych charakteryzują się generalnie niskimi i nieodnawialnymi zasobami oraz wysokimi mineralizacjami, co raczej wyklucza możliwości ich szerszego wykorzystania. Jak dotychczas, jedynie w Ustroniu wysoko zmineralizowana woda termalna eksploatowana z dewońskiego podłoża Karpat wy
korzystywana jest dla celów kąpielowych i rehabilitacyjnych, dzięki powrotnemu zatłaczaniu dla uniknięcia zanieczyszczenia wód powierzchniowych.

Józef Chowanie

Literatura:

[1] L. Zejszner, 1844. O temperaturze źródeł tatro-wych i pasm przyległych. Biblioteka Warszawska. t. 2: 257-281.

[2] S. Sokołowski, 1973, Geologia paleogenu i me-zozoicznego podłoża południowego skrzydła niecki podhalańskiej w profilu głębokiego wiercenia w Zakopanem. Biul. IG. 265: 5-74.

[3] Małecka. 2003. The thermal waters of Podhale, southem Poland: history of research, genesis and utility. Geological Quarterly 47 2: 195-209.

[4] B. Kępińska 2001. Warunki hydrotermalne i termiczne podhalańskiego systemu geotermalnego w rejonie otworu Biały Dunajec PAN-1. Studia, Rozprawy, Monografie. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków, 93: 1-141.

[5] B. Kępińska. A. Łowczowska, 2002, Wody geotermalne w lecznictwie, rekreacji i turystyce. Studia, Rozprawy, Monografie 113. Wyd. IGSMiE PAN. Kraków.

[6] J. Chowaniec, 2009. Studium hydrogeologii zachodniej części Karpat polskich. Biul. PIG 434.

[7] J. Chowaniec. A. Zuber W. Ciężkowski. 2007, Prowincja karpacka. W: Hydrogeologia regionalna Polski, t. II. Wody mineralne, lecznicze i termalne oraz kopalniane (red. B. Paczyński i A. Sadurski). PIG, Warszawa, 78-96.

[8] J. Chowaniec, M. Dubliński, P. Mochalski, J. Najman, I. Śliwka, A Zuber, 2009. Znaczniki środowiskowe w wodach termalnych niecki podhalańskiej. Prz. Geol., 57 (8), 685-693.

Źródło: AURA (Nr 7/10)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *