Юный техник, 2002 № 03

Именно здесь происходит движение литосферных плит земной коры и их деформация, приводящая не только к землетрясениям, но и термической конвекции магмы. Говоря попросту, с глубин 150–200 км через трещины в земной коре поднимается вверх расплавленная горная порода. И если она пробивается на земную поверхность — происходит извержение вулкана. Если нет — рождается гидротермальная система. Раскаленная порода нагревает окружающие почвенные воды, и те при малейшей возможности фонтанами вырываются на поверхность…

Есть несколько теорий происхождения гейзеров и геотермальных месторождений. Например, по одной концепции, это происходит за счет смешения рожденного магмой флюида (пара с теплосодержанием 3000 кДж/кг) с продвигающимися к поверхности земли водами. Когда флюида в такой смеси немного — процентов 10 — рождается Паратунское месторождение с многочисленными «ванночками», в горячей минеральной воде которых обожают купаться камчатцы и их гости. При 25–30 процентах флюида мир получает уникальную Долину Гейзеров. А при 60 процентах — итальянское Лардарелло, там в 1904 году впервые в мире получили электроэнергию из геотермального пара с помощью циклического парового двигателя и динамо-машины.

В 80-е годы XX века эта концепция была несколько скорректирована. Однако выяснилось, что и в таком виде она не может объяснить всего.

Сомнения заставили ученых приступить к построению численных моделей гидротермальных систем Камчатки, а также термоаномалий под кратерами действующих вулканов. За 1985–1991 годы было выяснено, что обе они родом из одного магматического источника.

Схема возникновения вулкана или гидротермальной системы в сейсмических районах земного шара.

Вся надежда на математику

Использовав последние разработки, в Институте вулканологии решили провести диагностику потоков теплоносителя на основе трехмерных отображений геотемпературных полей. Однако, чтобы построить такие поля, понадобилась весьма мощная вычислительная техника. Такой в то время в нашей стране не было. Рискнули обратиться за помощью к американским коллегам.

Созвонились с сотрудником Лоуренсовской национальной лаборатории министерства энергетики США в Беркли К. Пруессом, автором программ по моделированию процессов в геотермальных резервуарах.

Он добился, что заместитель директора института Алексей Кирюхин был приглашен в лабораторию в качестве временного научного сотрудника, ему выделили время для работы с суперкомпьютером.

Но когда был израсходован весь временной лимит, пришлось потратиться на только что появившийся на рынке персональный компьютер РС-486. И уже с его помощью доводить начатое до конца.

Моделирование системы «резервуар — скважина» или «канал — магматический очаг» — ключевое в исследовании геотермальных месторождений, механизма деятельности гейзеров и прогноза извержений вулканов. В то время в Беркли уже имелось программное обеспечение для исследования процессов в геотермальных резервуарах и — отдельное — для расчета движения теплоносителя в скважинах.

Эти два программных продукта были объединены в общий вычислительный алгоритм. Созданная методика и была опробована в разработке численной модели Мутновского месторождения. Это позволило спрогнозировать различные сценарии эксплуатации скважин.

Впоследствии Кирюхин разработал такие же численные модели для других геотермальных месторождений Камчатки и Курильских островов, дав оценку их эксплуатационных запасов.

Наконец, изучая нестабильность и циклические изменения давления и расхода теплоносителя в таких нелинейных «конструкциях», как гидротермальные структуры и магматические флюидные системы вулканов, ученый обратил внимание на одну аномалию: сильное землетрясение «Ландерс», произошедшее на юго-западе США в 1992 году, отозвалось в радиусе 1500 км от эпицентра. Однако замечено это было лишь в пределах активных вулканических центров и гидротермальных систем. И стало быть, изменение характера функционирования гидротермальных скважин можно, в принципе, использовать для прогноза землетрясений.

Работа вызвала особый интерес американцев, которые боятся этой беды, пожалуй, больше, чем россияне. Потому как сейсмоактивная граница литосферных плит в США проходит через один из самых населенных и богатых штатов — Калифорнию. В результате родился совместный российско-американский научный проект. Старт ему в 1998 году опять-таки был дан в Беркли.

Будем надеяться, что результаты совместной работы позволят жителям и Калифорнии, и Японии, и Камчатки обрести со временем спокойное существование в этих сейсмоопасных зонах планеты, заранее вычисляя поведение окружающей природы.

Из модулей — удобнее