火山爆發時能放出滾滾濃煙，同時還伴隨著熾熱的岩漿，破壞力相當驚人，熊熊大火使大片的山脈變成了“火焰山”，火山噴發散發的熱量令覆蓋在火山口上200多米厚的冰川迅速融化，大量的洪水噴瀉而出，附近約800名居民緊急撤離，造成了嚴重的經濟損失。我們不禁要問，寒冷的冰川下麵，到底是哪裏來的這麼大的熱量？
皚皚雪山下，人們在泉水裏麵嬉戲，他們不冷嗎？哪裏來的熱量讓這裏在寒冷的冬季中蒸汽騰騰呢？帶著這兩個疑問，我們一起走近地球這個大熱庫，認識地熱能。
8.1地球是個大熱庫
大家可能會感覺，上麵提到火山和溫泉之所以會有那麼高的溫度肯定是地下的原因，但為什麼地下會有那麼高的溫度呢？其實，在我們生活的土地下麵潛藏著一股巨大的能量，在物理學中我們叫它地熱能。人類很早以前就開始利用地熱能，例如利用溫泉沐浴、醫療，利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養殖及烘幹穀物等，但真正認識地熱資源並進行較大規模開發利用卻始於20世紀中葉。
地熱能就儲存在地下，它是來自地球深處的可再生能源。由於它在地下，所以不受天氣狀況的影響。地熱能的起源，要從地球內部熔融的岩漿和放射性物質的衰變談起。我們都聽說過居裏夫人和鐳的故事，知道鐳是不斷衰變的。實際上地下有很多類似於鐳的元素，在不斷進行著衰變，這些元素在衰變過程中會產生大量的熱能，這些熱量日積月累，聚集在地球內部。當地下水或地下岩漿在地球內部流動時，這些水或岩漿就把衰變產生的熱量從地下深處帶至近表層，於是就有了火山、溫泉等自然現象的發生。
其實地球內部是一個高溫高壓的世界，是一個大型“熱庫”，蘊藏著無比巨大的熱能。地球通過火山爆發、間歇噴泉和溫泉等方式，源源不斷地把內部的熱能通過傳導、對流和輻射的方式傳到地麵上來。據估計，全世界地熱資源的總量大約為14.5×1025焦，相當於4948×1012噸標準煤燃燒時所放出的熱量。如果把地球內儲存的全部煤炭燃燒所放出的熱量作為基準，那麼地球內石油儲存的熱量約為煤炭的8%，目前可利用的核燃料儲存的熱量約為煤炭的15％，而地熱能的總熱量則為煤炭的17000萬倍。舉個大家都能懂的例子，假若以目前全世界的能耗總量來對地熱能進行估計，即便是全世界其他能源都不用了，完全使用地熱能，4100萬年以後也隻能使地球內部的溫度至多下降1℃。可見，地球是一個名副其實的巨大“熱庫”，我們居住的地球實際上是一個龐大的“熱球”。
我國地熱資源儲量十分巨大，經過近十年的發展，淺層地溫能開發已初具規模，常規地熱能開發正在起步，增強型地熱係統尚處在科研初級階段。我國常規地熱資源以中低溫為主，埋深在200~3000米。中低溫傳導地熱資源主要分布在中東部沉積盆地，中低溫對流地熱資源主要分布在廣東、福建等東南沿海，高溫對流地熱資源分布在滇川藏及台灣地區。埋深在0~200米範圍的淺層地熱能資源主要分布在東北地區南部、華北地區、江淮流域、四川盆地。
8.2“解剖”地球
既然地球內儲存如此巨大的熱量，為什麼地球表麵沒有起火？我們為什麼能在地球表麵生存呢？
我們來給地球做個“解剖”，先看一下地球的內部結構。地球內部是一個高溫高壓的世界，是一個大型“熱庫”，蘊藏著無比巨大的熱能。它的構造就像是一個半熟的雞蛋，主要分為三層。地球的外表相當於蛋殼，這部分叫作“地殼”，它的厚度各處很不均一，由幾千米到70千米不等。地殼的下麵是“中間層”，相當於雞蛋白，也叫“地幔”，它主要是由熔融狀態的岩漿構成，厚度約為2900千米。地殼的內部相當於蛋黃的部分叫作“地核”，地核又分為外地核和內地核。
在地殼中，地熱的分布可分為可變溫度帶、常溫帶和增溫帶。顧名思義可變溫度帶，就是溫度會變化的地帶，該地帶由於受太陽輻射的影響，其溫度隨著晝夜、年份、世紀遵循一定規律的變化，這一地帶很薄，大約是從地表到地下15～20米；常溫帶，這一地層的溫度基本保持一個固定的值，它位於可變溫度帶以下，深度一般為地下20～30米；增溫帶，位於常溫帶以下，在這一層內，底層的溫度隨深度增加而不斷的升高，其熱量主要來自於地幔和地核。當然我們知道，這三個溫度帶是依次連續的，並沒有明確的界限。而在地球內部地殼、地幔和地核之間溫度狀況差別很大。在地殼的表麵是常溫帶，地溫隨著離地表的深度增加而不斷升高，越深越熱。平均地下每加深100米，溫度升高3℃，到達一定的溫度後，溫度升高的幅度逐漸變小。一般來說，地殼底部至地幔上部的溫度大約在1100～1300℃，地核的溫度大約在2000～5000℃。舉個例子，80℃的熱水大致就埋藏在2000～2500米的地下，如果我們可以在2000～2500米的地下打口井，就可以直接抽出熱水喝了。這不是異想天開，隨著科技進步，可能再過幾十年我們就可以直接喝到地下熱水啦！
地熱資源根據開發深度不同，可劃分為淺層地熱（距地表200米以內）、深層地熱（距地表200～3000米，也稱為常規地熱）以及增強型地熱（也稱為幹熱岩）三種。而按溫度劃分，地熱資源可以分為高溫（＞150℃）、中溫（90～150℃）和低溫（25～90℃）三種類型。其中高溫地熱資源主要用於發電，中溫和低溫的地熱資源以直接利用為主，多用於采暖、幹燥、工業、農林牧副漁業、醫療、旅遊及人民的日常生活等方麵。對於25℃以下的淺層地熱，可利用地源熱泵進行供暖、製冷。此外，地熱資源也是一種可供提取溴、碘、硼砂、鉀鹽、銨鹽等工業原料的熱鹵水資源和天然肥水資源，還是醫療熱礦水、飲用礦泉水和生活用水的水源。
在地球表麵，有的地方有溫泉，有的地方沒有溫泉，根據這一差別我們把地球表麵劃分為“正常地熱區”和“異常地熱區”。在正常地熱區，地下較高溫度的熱水或岩漿懶惰地隱藏在地殼的較深處，很難把熱量傳遞到地球的表麵。在異常地熱區，較高溫度的熱水或蒸汽埋藏在地殼的較淺部位，有的甚至天然地直接冒出地表，那些天然冒出的地下熱水或蒸汽就形成了我們常見的溫泉。溫泉是在當前技術水平下最容易利用的一種地熱資源。在異常地熱區，除溫泉外，人們也容易通過鑽井等人工方法把地下熱水或蒸汽引到地麵上來加以利用。一般認為，地下熱水和地熱蒸汽主要是雨雪滲入地球內部的岩漿處，熱的岩石把雨水加熱成地下熱水和地熱蒸汽。
那麼地熱能都分布在哪裏呢？我們周圍有沒有可以直接利用的地熱呢？大家可以對照一下，你所在的省份或地區是不是處在一個地熱豐富的地方呢？如果是的話，那麼請開動腦筋，想想怎麼利用這些免費的取之不盡的地熱資源吧。
8.3分享地熱能大蛋糕
以上我們了解了地熱的形成和分布，知道地熱能的儲量大得驚人，也知道了大部分地熱都深深地埋藏在地殼很深的地方，並且地熱能的分布比較分散，因而開發難度較大，一般無法直接開發利用。麵對如此巨大的熱能“蛋糕”卻不能吃下口，看來我們需要想點辦法了。在這之前，還是讓我們再進一步認識地熱能的類型吧。
8.3.1地熱能的類型
地熱資源有多種分類方法。按溫度分，我國一般把高於150℃的地熱稱為高溫地熱，主要用於發電；低於150℃的地熱叫中低溫地熱，通常直接用於采暖、工農業加溫、水產養殖、醫療和洗浴等。按照地熱的儲存形式，地熱資源可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、幹熱岩型和岩漿型五類。
（1）蒸汽型。蒸汽型地熱是最理想的地熱資源。它是指以溫度較高的飽和蒸汽或過熱蒸汽形式存在的地下儲熱。形成這種地熱田要有特殊的地質構造，即儲熱流體上部被大片蒸汽覆蓋，而蒸汽又被不透水的岩層封閉包圍。這種地熱資源最容易開發，可直接送入汽輪機組發電，腐蝕較輕。蒸汽型地熱田儲量很少，僅占已探明地熱資源的0.5％，而且地區局限性大，隻在某些特定區域才存在這種理想的蒸汽型地熱資源。
（2）熱水型。熱水型是指以熱水形式存在的地熱，通常包括溫度低於當地大氣壓下飽和溫度的熱水和溫度高於沸點的有壓力的熱水。這類資源分布廣，儲量豐富，溫度範圍很大。90℃以下稱為低溫熱水田，90～150℃稱為中溫熱水田，150℃以上稱為高溫熱水田。中、低溫熱水田分布廣，儲量大，我國已發現的地熱田大多屬於這種類型。所以這是存在數量最多的地熱資源，也是我們開發的重點。
（3）地壓型。這是目前尚未被人們充分認識的一種地熱資源。它以高壓高鹽分熱水的形式儲存於地表以下2～3千米的深部沉積盆地中，並被不透水的岩石所封閉，可以形成長1000千米、寬幾百千米的巨大熱水體。地壓水除了高壓（可達幾十兆帕）、高溫（溫度在150～260℃範圍內）外，還溶有大量的甲烷等碳氫化合物。因此，地壓型地熱資源中的能量實際上是由機械能（高壓）、熱能（高溫）和化學能（天然氣）三部分組成。由於沉積物的不斷形成和下沉，地層受到的壓力會越來越大。地壓型常與石油資源有關。這樣的地熱能成分複雜，存在形式多樣，目前對它的認識還不夠充分，科學家們也在努力研究。我們如果有興趣，也可以加入到這個研究行列中，進行創新性的研究，挖掘其利用途徑和方式。
（4）幹熱岩型。幹熱岩簡單理解就是又幹又熱的岩石，是指地下深處普遍存在的沒有水或蒸汽的熱岩石。幹熱岩溫度範圍很廣，一般在150～650℃。幹熱岩的儲量十分豐富，比蒸汽、熱水和地壓型資源大得多。目前大多數國家把這種資源作為地熱開發的重點研究目標。從現階段來說，幹熱岩型資源是專指深度較淺、溫度較高的有經濟開發價值的熱岩。提取幹熱岩中的熱量需要有特殊的辦法，技術難度大。幹熱岩體開采技術的基本概念是形成人造地熱田，說白了，就是先挖口4～5千米的深井，讓深井直接通入溫度高、滲透性低的岩層中，然後往井裏麵注入涼水，涼水和幹熱岩換熱後變成熱水，采出熱水，從而形成一個大的熱交換係統。這樣，注水和采水便通過人造地熱田連接成一個循環回路，水便通過該係統進行循環。
（5）岩漿型。岩漿型是指蘊藏在地層更深處處於動態或完全熔融狀態的高溫熔岩，溫度非常高，可以高達600～1500℃。在一些多火山的地區，這類資源可以在地表以下較淺的地層中找到，但多數則是深埋在目前鑽探還比較困難的地層中，儲藏深度一般為3～10千米。火山噴發時常把這種岩漿帶至地麵。據估計岩漿型資源約占已探明地熱資源的40％。在各種地熱資源中，從岩漿中提取能量是最困難的。
8.3.2地熱能的利用
以上我們了解了地熱能的類型，接下來看看目前我們如何“吃下”這塊地熱大“蛋糕”，讓地熱能為人類服務。地熱能是新能源家族中重要的成員之一，是一種相對清潔的、環境友好的綠色能源。著名地質學家李四光說過：“開發地熱能，就像人類發現煤、石油可以燃燒一樣，開辟了利用能源的新紀元。”地熱資源的常見利用方式有：溫度比較高的地熱能可就地轉變成電能，通過電網遠距離輸送；中低溫地熱資源可直接向生產工藝過程供熱、向生活設施供熱、向農業供熱；提取某些地熱流體和熱鹵水中的礦物原料等。具體利用形式有以下幾種。