Jeotermal kelime anlamı "yer sıcaklığı"dır, rezervuarlar içinde buharın veya sıcak suyun dolaşabileceği permeabil ve poroz kayaçlardır. Kırıklar boyunca derinlere (birkaç km) doğru süzülen sular derinlerde yerleşmiş olan magma tarafından direkt olarak veya indirekt yoldan ısıtılır, genleşir ve yukarıya doğru yükselir, poroz malzeme içinde depolanır. Sıcak rezervuarın sıcaklığını korumak için impermeabil bir örtü kayaç da gereklidir (Şekil 4). Yüksek ısı akısının bulunduğu yerlerde genellikle sıcak sular, gayzerler ve fümeroller bulunur.

Jeotermal enerji, yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde anomali yaratacak şekilde birikmiş ısının oluşturduğu, sıcaklıkları sürekli olarak bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığın üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral, çeşitli tuzlar ve gazlar içerebilen sıcak su ve buhar olarak tanımlanabilir. Yukarıda sözü edilen, jeolojik olaylar nedeniyle anomali oluşturan bu alanlarda, ortamın jeolojik karakterine göre hidrotermal, jeopressured, magma ve sıcak kuru kaya enerji alanları oluşur.

Jeotermal enerji“hot rocks“tan elde edilir ve jeotermal sistemlerin elemanları;

Isı kaynağı

Su kaynağı

Permeabil (geçirimli) rezervuar

Örtü kayaç’dır.

 

 Isı Kaynağı

Isı kaynağı yerkabuğu içinde 7–15 km. derinliklere yerleşmiş 600–900 oC sıcaklıktaki magmatik intrüzyonlardır. Bu görüş birçok olay ve sonuçlarla desteklenmiştir. Bilinen işletmedeki sahalar volkanik aktivitenin Miyosen Kuvaterner aralığında veya halen devam ettiği alanlarda yer alır. Bazı sahalar volkanik alanlarda yer alır veya volkanlara yakındır. Oysa diğerlerinin güncel volkanik aktivite merkezleri ile doğrudan bir bağlantıları yoktur.

Aktif bir volkanda magmatik intrüzyon büyük fay sistemleri boyunca yüzeye ulaşır. Kompakt kayalarda faylanma mağmanın yükselmesi için kanal oluşumunu sağlarken kil gibi plastik özellikli kayaçlar gravite ile fay boşluklarına akarak kırıkların yukarı ile bağlantısını keserler. Magmatik intrüzyonun enerjisi kırılgan kayaçlarda gelişen faylarda etkili olarak dağılabilir fakat çevredeki plastik kayaçlar içinde ise enerjinin dağılımı etkisizdir. Birçok durumda mağma kompakt kayaçlarla, plastik kayaç sınırına yerleşir. Bu kriptovolkanizma (gizli volkanizma) gerçek volkanik aktivitenin bulunmadığı yerlerde görülen ve çoğunlukla türbiditik seriler (fliş, greywake) gibi kalın plastik Formasyonların bulunduğu jeolojik alanlarda görülür. İki önemli kuru buhar sahası Larderello ve Gayzer bu tip sahalara örnektir. Güncel volkanizma aktivitesinin görülmediği mağmatik intrüzyonlar asidik volkanlarda ve hatta bazik volkanlarda bile görülür. Japonya ve Meksika‘da ısı kaynağı sağlayan bazı intrüzyonlar volkanların çevresinde ve civarında bulunur (Burçak, 2011) .

Su Kaynağı

Jeotermal akışkanlar hakkındaki ilksel hipotezler, bunların "magmatik" veya "juvenil" orijinli olduğu şeklindeydi. Magma odasındaki su buharı ve gazlar, basıncı düştüğünde ortamdan ayrılmaktadır. Bu fikir kısmen doğru olmakla beraber son zamanlarda bilinen bir gerçek de jeotermal rezervuarların en az %90 ‘inin meteorik kökenli olduğudur. Sıcak ve erimiş magma kütlesi soğumaya başladığında, aynı zamanda su kaybetmeye başlar. Ergimiş kimyasal elementler ve gazlar bakımından zengin olan bu sular, magmanın yerleşimi sırasında oluşturduğu kırıklar içine yerleşirler. Böylece ısı iletimi kondüksiyon ve özellikle konveksiyon yoluyla olur ve bu akışkanların soğudukça ve göç ettikçe mineral depolanmaları meydana gelir. Bu mineral depolanmaları zamanla geçiş yollarını tıkar ve akışkanların göçünü neotektonik aktivite ile oluşacak kırıklanmaya yada magmatik suların su basıncının tekrar bir geçiş yolu oluşturacağı kırıklanmaya kadar önler. Geçiş yollarının tıkandığı zamanlardaki ısı iletimi kondüksiyon yoluyla sağlanır. Yukarıda tanımlanan ısı kaynağı (jeotermal akışkan) yer altı suyuna ulaştığında sıcaklık ve sıcak kütle (hidrotermal akışkan) sığ seviyelerdeki yer altı suyuyla karışan magmatik suyun aracılığıyla ısı iletimi söz konusu olur. Buna ilave olarak kayaçların soğuyan magma kütlesi tarafından ısıtılmasıyla (kondüksiyon) ısı enerjisi sığ, seviyelerdeki yer altı suyuna transfer edilmiş olur. Bu şekilde yer altı suyu yeterince ısındığında yoğunluğu azalmış yüzen (buoyancif) konvektif akıntılar oluşur. Bu durumda yükselen sıcak akışkan bir takım açık yollardan (kırık ve çatlaklardan) yüzeye çıkar ve yeraltında hidrotermal aktivitenin mevcut olduğunu gösteren hidrotermal manifestasyonları (sıcaksu, fümerol, hidrotermal alterasyon zonları) buharlaşma yerleri oluşturur. Böylece yeraltı suyu, ısı kaynağından yada onun ısıtılmış çevresindeki enerjiyi yeryüzüne transfer eden bir medyaya dönüşür.

Genellikle yeraltı suyu jeotermal akışkanların esas bileşenidir. Buna ilave olarak magmatik su da bu bileşime katılmış olabilir. Isınan yeraltı suyunda sıcaklık arttıkça çevre kayaç bileşimindeki elementleri çözme ve kimyasını alma yeteneği artar. Böylece akışkanın kimyasal konsantrasyonu bu prosesle değişir.

Rezervuar

Yeraltının jeolojik şartları, ısınan suyun birikebileceği ve açılan bir kuyuya suyun direnç göstermeden kendiliğinden akabileceği porozite ve permeabilite özelliklerine sahip olmalıdır. Bu şartlar özel jeolojik ortamlarda sağlanır. Sedimanter basenler yüksek porozite ve permeabiliteli materyallerle dolu olduğundan üretken akiferler oluştururlar. Eğer bu basenler volkanik merkezler civarında yer alıyorsa veya tektonik özellikler uygunsa, yukarıda belirtilen ortama ısının transferi için gerekli prosesler mevcutsa, bu ortamlarda hidrotermal rezervuar oluşabilir.

Volkanik ortamlarda ve volkanik konglomera gibi permeabil Formasyonlar veya değişik Formasyonların kontakları sıcak suyun akışı için geçiş yolları oluşturabilirler. Yine de en önemli etkili permeabilite ( volkanik oluşuklarda ve Sedimanter ortamlarda ) Formasyonların tektonik ve neotektonik aktivite ile kırıklaşmaları ile oluşur. Isı kaynağı ve jeotermal rezervuar jeotermalin önemli elemanları olmakla beraber, bunların ikisinin etkileşmede olduğu yerler çok önemlidir .

Su kimyası çalışmaları, suların orijinlerinin (volkanik veya meteorik) tanımlanmasına yardımcı olur. Böylece ısının nasıl transfer edildiği saptanabilir. Kimyasal çalışmalar, suyun içinden geçtiği jeolojik ortam hakkında ve hatta jeolojik Formasyonların hidrolojik karakterleri hakkında bilgi verir. Yüzey, sığ ve derin suların izotop çalışmaları beslenme alanlarının belirlenmesini ve böylece elde edilebilecek toplam su miktarının belirlenmesini sağlar (Burçak, 2011).

Örtü Kayası

Örtü kayaları, rezervuarı örten düşük permeabiliteli tabakalardır. Bütün buhar üretim sahaları örtü kayasına sahiptir. Bulardan bazıları orijinal, geçirgen olmayan, fliş gibi kayalardan oluşurlar Larderallo, lakustrin killeri Wairakei- New Zellanda’da ve delta killeri, Cerro Prieto’da örtü kayaçlarını oluşturur. Bazı yerlerde de örtü kaya termal aktivite sonucunda oluşabilir. Muhtemelen termal aktivitenin başlangıcında kayaçlar fissür (çatlak) permeabilitesine sahiptir. Fakat bu aktivite permeabil yolların tıkanmasına yol açabilir. Bu tıkanma iki jeokimyasal işlemle oluşabilir.

1 - Akışkandan kırıklar içine mineral depolanması (çoğunlukla silika),

2 - Kayacın hidrotermal alterasyona uğramasıyla oluşan kaolinitleşme.

Plaka tektoniği teorisine göre yerkabuğunu oluşturan plakaların kenarları boyunca birbirine göre yaklaşacak, uzaklaşacak yada teğetsel olarak hareket yapacak şekilde Astenosfer üzerinde hareket ederler. Hareket eden bu plakaların kenarları deprem kuşaklarının bulunduğu ve büyük jeotermal sistemlerin oluştuğu alanlardır. Plakaların birbirinden uzaklaştığı yerlerde mantoya ait sıcak materyal (mağma) yüzeye doğru yükselerek yeni plaka olarak tanımlanabilecek okyanus tabanlarından itibaren 5 km. yüksekliğe kadar ulaşabilen sırtları oluşturur. Levhalar arasında oluşabilecek ikinci tip hareket, birbirinin yanından teğetsel hareketle kayarak geçtiği hareket şeklidir. Bunlara örnek San Andreas fayıdır. Burada Pasifik plakası kenarı, yılda birkaç cm kuzeybatıya doğru kaymaktadır. Üçüncü ve en karmaşık tektonik hareket, iki plakanın birbirine yaklaştığı ve birinin diğerinin altına kayarak mantonun içine itildiği hareket şeklidir. Dalan levha ısıtılır ve assimile edilir. Burada kıtasal levhalar genellikle okyanussal levhadan hafif olduğundan, okyanussal levhayı üzerler. Bu plakaların hareketlerindeki zorlayıcı kuvvet nedir? Bir çeşit ısı makinesi mekanizması plakaların hareketini sağlayan gücü ortaya çıkarabilir. Isı değişimine bağlı konveksiyon akımları veya yer içindeki radyoaktif bozunmaya bağlı olarak oluşabilecek ısı ve/veya mağmadaki materyalin faz değişimi, termal duraysızlık yaratarak plakaların hareketi için itici gücü oluşturabilmektedir. Bu konuda bunların dışında birçok teorik açıklama da bulunmaktadır.

Yer enerjisi: Yerkürede derinlere inildikçe ısı artışı olduğu bugüne kadar yapılmış çalışmalarla ispatlanmıştır. Çünkü yerin merkezinde akkor halinde ısısı yüksek bir iç çekirdek bulunmaktadır. Bu sıcaklık artışına “ısı gradyanı” veya “jeotermal gradyan” denmektedir ve her 33 m. de bir 1oC lik bir ısı artışı vardır ve buna yerin “normal ısı gradyanı” denir. Bu 30 oC / km sıcaklık artışına karşılık gelir. Jeotermal gradyan değeri, yerküre üzerinde bazı bölgelerde normalin üzerinde olmaktadır ve değeri 1oC/10m. ile 5-6 oC /10 m. lere kadar çıkabilmektedir. Bu anomaliyi oluşturan alanlar genelde jeolojik ve hidrojeolojik olaylar nedeniyle bazı bölgelerde yoğunlaşmaktadır (Burçak, 2011). Bu tür alanlar genellikle; Yerkürenin en dışındaki kabuğu oluşturan levhanın sınırlarıdır.