Honnan, milyen mélységből és mekkora hozammal tárható fel termálvíz? Milyen folyamatok okozhatnak felszínalatti vízáramlást? Mi lehet „látható” jele az egyes hajtóerőknek? – ezen kérdések megválaszolásán dolgoznak az ELTE kutatói. Eredményeik hosszú távon hozzájárulnak a geotermikus energia és a termálvizek hatékonyabb felhasználásához, továbbá a klímaváltozás hatásainak enyhítése szempontjából is nagy jelentőségűek.

 

Az ELTE TTK hidrogeológusai új kutatásukban a domborzat és a hőtranszport, mint hajtóerők együttes szerepét vizsgálják. Szijártó Márk, az ELTE Földtudományi Doktori Iskola harmadéves doktorandusz hallgatója témavezetőivel, Galsa Attilával (ELTE TTK Geofizikai és Űrtudományi Tanszék) és Mádlné Szőnyi Judittal (Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék) numerikus számítások segítségével keres magyarázatot az összetett felszínalatti áramlásokat kialakító folyamatokra, különös tekintettel a felszínalatti víztükör lefutás és a hőtranszport együttes hatására – olvasható az elte.hu közleményében.

A kutatók célja, hogy olyan kérdéseket válaszoljanak meg, mint: honnan, milyen mélységből és mekkora hozammal tárható fel termálvíz? Milyen folyamatok okozhatnak felszínalatti vízáramlást? Mi lehet „látható” jele az egyes hajtóerőknek? A kutatók célja ezen kérdések megválaszolása. Ahhoz azonban, hogy megértsék a – matematikai szempontból nehezen leírható – valós hidrogeológiai rendszerek működését, Szijártó Márk először szintetikus, vagyis egyfajta elképzelt, egyszerű szerkezetű kőzetrész modelljén keresztül vizsgálta meg a vízáramlást kialakító hajtóerők együttes hatását.

Kontinentális területeken a felszín közelében, a felszínalatti víztükörben tapasztalható lejtés tekinthető a vízáramlás fő hajtóerejének. Azokon a területeken, ahol a hőmérsékleti gradiens (a hőmérséklet emelkedése a mélység függvényében) meghaladja a kontinentális átlagot (~30 °C/km), a topográfia, vagyis a víztükör által vezérelt áramlás mellett figyelembe kell venni a hőtranszport mint hajtóerő hatását. Ilyen esetekben a kialakuló vízáramlás segíti az advektív hőtranszport folyamatot, azaz a hőszállítást.

Ez a jelenség a kényszer termikus konvekció – jelzik.

A Rózsadomb mélyén több kilométer hosszan húzódó, máig is aktív, hévizes eredetű Molnár János-barlang

Ha egy edényben vizet melegítünk, akkor a hőmérsékletnövekedés hatására az edény alsó felében a víz sűrűsége lecsökken, így benne felhajtóerő ébred, és a kisebb sűrűségű víz „külső segítség nélkül” felfelé áramlik. Ezt a jelenséget szabad termikus konvekciónak nevezzük. Jogosan merül fel a kérdés, hogy bizonyos területeken számolnunk kell-e a szabad termikus konvekció mint hajtóerő hatásával, a felszínalatti vízáramlási rendszerekben? Korábban olyan esetekben vizsgálták a szabad termikus konvekció hatását, amikor egy területet síknak gondoltak, vagyis nem vették figyelembe a domborzat hatását. Ugyanakkor a valóságban a domborzat és a hőmérsékleti gradiens hatásaival egyszerre kell számolni, különösen a Pannon-medencében, ahol az utóbbi értéke eléri a 45 °C/km-t.

A számítások igazolták a feltételezést: a kényszer és a szabad termikus konvekció hatását együttesen kell figyelembe venni az általános hidrogeológiai modellezések során. Lényegében, a domborzat és a felhajtóerő együttesen is hozhatnak létre áramlási rendszereket.

Az összetett termikus konvekció fennmaradásához speciális feltételek szükségek, ezért a természetben legtöbbször kényszerkonvekcióval találkozhatunk. Habár a folyamat létrejötte érzékeny a domborzat változékonyságára, egy területre jellemző hőmérsékleti gradiensre, s további környezeti hatásokra, a kutatás során elért eredmények általános érvénnyel bírhatnak, ha ezeket összevetjük különböző mérési adatokkal.

A Budai-termálkarszt olyan terület, ahol létrejöhet összetett termikus konvekció. Az ELTE hidrogeológusai és geofizikusai jelenleg ilyen kutatásokat végeznek a Budai-termálkarszt rendszerben, ahol az összetett áramlási és hőtranszport folyamatokat elemzik, valamint azok kölcsönhatásaikat próbálják értelmezni. A főváros területén található karsztrendszerban, mint természetes kutatólaboratóriumban az említett folyamatok jó eséllyel tanulmányozhatók. Ez azt is jelenti, hogy az itt elért eredmények egyúttal példával szolgálhatnak a világ más területein található hasonló karsztrendszerek jobb megértéséhez.

Az alapkutatási eredmények gyakorlati szempontból is hasznosulnak az ENeRAG H2020 projekt keretében a hatékonyabb termálvíz és hőhasznosítás feltárás érdekében. A kutatási eredmények arra is rámutatnak, hogy a fővárosunk alatt található hőpotenciál megismerése, feltárása és a jelenleginél hatékonyabb kiaknázása egyre inkább szükségszerű, különösen a klímaváltozás tükrében.

Szijártó Márk Journal of Hydrology folyóiratban megjelent publikációja az ELTE TTK Kari Kiválósági Pályázaton elnyerte a Fiatal kutatói publikációs tevékenység támogatását 2019 decemberében.

 

Nyitókép: Filmjunge Studio / Molnár János-barlang

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük