Как с помощью спутников превратить вулкан в электростанцию

Эфиопия вызывает в воображении картины песчаных пустынь, суетных улиц Аддис-Абебы или крутых склонов горного хребта Сымен — возможно, с бегуном где-то на заднем плане. Однако же эта страна является ещё и одной из самых вулканически активных на Земле, благодаря Восточно-Африканской рифтовой долине, проходящей прямо через её сердце.

Расщелины, или рифты, появляются в геологическом процессе, раскалывающем тектонические плиты — примерно со скоростью роста ваших ногтей. В Эфиопии из-за этого магма выходит на поверхность, и существует более 60 известных вулканов. Многие из них в прошлом претерпевали колоссальные извержения и оставляли за собой гигантские кратеры, усеивающие рифтовую долину. Некоторые из них активны и сегодня. Посетители вулканов могут увидеть пузырящиеся лужи грязи, горячие источники и множество отверстий, из которых вырывается пар.

Местные используют этот пар для мытья и стирки, но в нём заключено гораздо больше возможностей. Поверхностная активность говорит о наличии чрезвычайно горячих подземных потоков, разогретых, возможно, до 300°C – 400°C. Если пробурить скважину, то можно достичь этого высокотемпературного пара, способного крутить большие турбины и выдавать огромное количество энергии. Для страны, в которой у 77% населения нет доступа к электричеству (один из самых плохих показателей для Африки) это может значить очень многое.

Геотермальная энергия недавно обрела статус серьёзной идеи благодаря геофизическим изысканиям, из которых можно сделать вывод, что некоторые вулканы могут выдавать гигаватт энергии. Это эквивалентно нескольким миллионам солнечных панелей или 500 ветрякам. Общий неосвоенный ресурс вулканов оценивается в 10 ГВт.

Преобразование этой энергии в электрическую будет основываться на пробном проекте, запущенном 20 лет назад на вулкане Алуто в озёрном районе в 200 км к югу от Аддис-Абебы. Его инфраструктуру сейчас обновляют с целью десятикратного увеличения мощности, с 7 до 70 МВт. Вкратце, геотермальная энергия кажется фантастическим решением, использующим возобновляемые источники и не выбрасывающим в атмосферу много углекислоты. Этот проект мог бы стать базовым для энергетического сектора Эфиопии, и помочь вызволить людей из нищеты.

Основная проблема в том, что, в отличие от таких хорошо разработанных геотермальных экономик, как исландская, об эфиопских вулканах известно крайне мало. Почти для всех из них даже неизвестно, когда в последний раз он извергался — а этот вопрос критически важен, поскольку извержения вулканов и крупномасштабные электростанции несовместимы друг с другом.

В последние годы британский совет по исследованию природной среды (Natural Environment Research Council, NERC) финансировал проект RiftVolc — консорциум из британских и эфиопских университетов и геологических исследователей, чтобы решить некоторые из этих проблем. Проект фокусировался на исследовании угроз и методов разработки, исследования и слежения за вулканами с тем, чтобы их можно было эксплуатировать длительно и безопасно.

Уже три года несколько команд учёных размещают оборудование для слежения и проводят наблюдения. Но одни из самых важных прорывов случились совершенно по другим каналом — при помощи исследований спутниковых изображений, проводимых за столом в лабораториях.

Они привели к удивительным открытиям, связанным с Алуто. Используя спутниковые радарные изображения, мы обнаружили, что поверхность вулкана надувается и сдувается. Ближе всего будет аналогия с дыханием — мы обнаружились, что за несколько месяцев вулкан делает резкий «вдох», за которым следует медленный и долгий, многолетний выдох. Нам пока ещё не до конца ясно, что вызывает эти подъёмы и опускания, но есть все основания полагать, что под его поверхностью на глубине около 5 км двигаются магма, геотермические воды или газы.

В нашей недавней работе мы использовали инфракрасные спутниковые изображения для более детального изучения пара, выходящего из отверстий в земле. Мы обнаружили, что те места, откуда исходит газ, часто совпадали с известными линиями разлома на вулкане.

Померив температуру газов в течение нескольких лет, мы с удивлением обнаружили, что большинство из скважин вполне стабильны. Только несколько из них на восточном склоне демонстрировали значимые изменения температуры. И, что важно, они не были синхронизированы с «дыханием» вулкана — а можно было бы ожидать, что температура на поверхности будет подыматься во время вздутия, когда горячая жидкость поднимается из недр вулкана.

Тогда мы обратились к данным по осадкам и нашли объяснение этого явления: скважины с изменяющейся температурой демонстрировали запаздывающую реакцию на выпавший дождь выше по склону на разломе. Мы решили, что дождь не затрагивал скважины вблизи центра вулкана, и поэтому они дают наилучшее представление о самых горячих водах в геотермальном резервуаре. От этого многое зависит при выборе мест для бурения колодцев и постройки электростанций на вулкане.

Это одна из первых попыток отслеживания геотермальных ресурсов из космоса, и она прекрасно демонстрирует возможности этого метода. Поскольку данные со спутников доступны всем, это предоставляет каждому недорогой и безопасный способ оценки геотермального потенциала.

Похожие вулканы разбросаны по Кении, Танзании и Уганде, и такая технология может помочь нам открыть и отслеживать новые, неиспользуемые геотермальные ресурсы как в рифтовой долине, так и по всему миру. Удивительно, сколько всего можно обнаружить, отойдя подальше и увеличив масштаб изображения.