พลังงานความร้อนใต้พิภพ เกิดขึ้นได้อย่างไร และมนุษย์นำมาประยุกต์ใช้อย่างไร

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)

พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาด ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy) คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาดหรือพลังงานหมุนเวียน (Renewable Resource) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

จุดกำเนิดความร้อนใต้พื้นผิวโลก

ในธรรมชาติ ความร้อนใต้พิภพจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความลึกลงไปจากพื้นผิวดิน โดยที่ความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นราว 25 ถึง 30 องศาเซลเซียส ในทุก ๆ ระดับความลึก 1 กิโลเมตร อย่างเช่นในบริเวณส่วนล่างของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) ที่ระดับความลึก 25 ถึง 70 กิโลเมตร มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 250 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งความร้อนในบริเวณนี้มีค่าค่อนข้างแปรปรวนจากคุณสมบัติของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นที่ประกอบเข้าด้วยกัน แต่ในส่วนฐานของชั้นเนื้อโลก (Mantle) ที่ลงลึกไปกว่า 2,900 กิโลเมตร ความร้อนจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นไปจนถึง 3,500 องศาเซลเซียส และหากลึกลงไปถึงส่วนของแก่นโลก (Core) ความร้อนในบริเวณนี้จะมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงถึง 5,000 องศาเซลเซียส

โดยที่ความร้อนที่เกิดขึ้น ณ ตรงจุดศูนย์กลางของโลกนั้น เป็นพลังงานความร้อนส่วนน้อยที่ถูกสร้างขึ้นจากแรงเสียดทานและแรงดึงดูดของการก่อตัวขึ้นของโลก เมื่อกว่า 4 พันล้านปีก่อน ขณะที่ความร้อนใต้พื้นผิวโลกส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวอย่างต่อเนื่องของไอโซโทปหรือธาตุกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Isotopes) ที่แผ่กระจายความร้อนจากแกนกลางของโลกไปยังส่วนต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดการหลอมละลายของแร่ธาตุและหิน จนเกิดเป็นหินหนืด (Magma) ที่สามารถเคลื่อนตัวไปตามรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกขึ้นมาสู่ผิวดิน และกลายเป็นหินหลอมเหลวหรือลาวา (Lava) ที่ไหลออกมาจากภูเขาไฟหรือตามรอยแยกใต้มหาสมุทร

นอกจากนี้ ความร้อนใต้พิภพยังสามารถทำให้น้ำที่ไหลและกักเก็บอยู่ใต้พื้นดินตามชั้นหินต่าง ๆ กลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำที่พยายามแทรกตัวขึ้นมาตามแนวรอยแตกของชั้นหินเหล่านี้ ก่อนปรากฏให้เห็นอยู่ในรูปของบ่อน้ำร้อน (Hot Springs) น้ำพุร้อน (Geysers) ไอน้ำร้อน (Fumaroles) และบ่อโคลนเดือด (Mud Pots) ในพื้นที่ต่าง ๆ ทั่วโลก ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Reservoir) ที่สามารถกักเก็บความร้อนได้สูงถึง 370 องศาเซลเซียส

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

  • แหล่งที่มีไอน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก (Steam Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วยไอน้ำมากกว่าร้อยละ 95 ซึ่งโดยทั่วไป มักเป็นแหล่งที่อยู่ใกล้กับหินหลอมเหลวซึ่งดันตัวขึ้นมาใกล้ผิวโลก อุณหภูมิของไอน้ำร้อนอาจสูงถึง 240 องศาเซลเซียส จึงเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่นำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากสามารถนำเอาไอน้ำร้อนไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรง เช่น เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ (The Geyser Field) ในสหรัฐอเมริกา และลาร์เดอเรลโล (Larderello) ในอิตาลี แต่แหล่งพลังงานความร้อนลักษณะนี้ พบเห็นได้น้อยมากบนโลก
เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ของสหรัฐอเมริกา
  • แหล่งที่มีน้ำร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก (Hot Water Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนโลก ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป อาจมีก๊าซธรรมชาติปะปนอยู่บ้าง เช่น เซอร์โรพรีโต (Cerro Prieto) ในเม็กซิโกและฮัตชูบารุ (Hatchobaru) ในญี่ปุ่น
  • แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) คือ แหล่งสะสมพลังงานความร้อนในรูปของหินเนื้อแน่นที่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำเกิดขึ้นเลย นับเป็นแหล่งที่มีค่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามระดับความลึก ดังนั้นในการนำพลังงานความร้อนมาใช้ประโยชน์จึงต้องมีการอัดน้ำลงไปตามหลุมที่ขุดเจาะ เพื่อให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อนเหล่านั้น ก่อนทำการสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีแหล่งพลังงานความร้อนจากหินหนืด (Magma) ตามแอ่งใต้ภูเขาไฟที่สามารถให้ความร้อนสูงถึง 650 องศาเซลเซียส แต่ในปัจจุบันแหล่งพลังงานจากหินหนืดยังอยู่ในขั้นตอนการศึกษาวิจัย เพื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพส่วนใหญ่ ตั้งอยู่ในเขตการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonic) ที่มีภูเขาไฟซึ่งยังคงคุกรุ่นหรือบริเวณที่มีชั้นของแผ่นเปลือกโลกบาง อย่างเช่น พื้นที่ด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้และอเมริกาเหนือ รวมไปถึงกรีซ อิตาลี ไอซ์แลนด์ ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ อินโดนีเซีย และประเทศต่าง ๆ ตามแนวเทือกเขาหิมาลัย เป็นต้น

ผลกระทบจากการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพนับเป็นพลังงานที่ค่อนข้างสะอาด มีการปล่อยก๊าซพิษ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) และอนุภาคต่าง ๆ ในปริมาณที่ต่ำมาก อีกทั้ง ยังนับเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สามารถคงอยู่ได้อีกหลายพันล้านปี โดยที่หลายประเทศทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ง่าย และยังเป็นแหล่งพลังงานที่ค่อนข้างเสถียร เนื่องจากไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาพล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ทั้งทิศทางลมหรือปริมาณแสงแดด และหากมีการจัดการกับแหล่งกักเก็บอย่างเหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถอยู่ได้นานหลายทศวรรษเลยทีเดียว

แต่อย่างไรก็ตาม การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์ยังคงมีข้อจำกัดมากมาย ทั้งจากขั้นตอนและกระบวนการต่าง ๆ เช่น การฉีดน้ำแรงดันสูงลงสู่หลุมลึกใต้พื้นโลกที่อาจส่งผลให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็ก หรือการนำเอาน้ำร้อนจากใต้ดินขึ้นมาใช้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการทรุดตัวของแผ่นดิน รวมไปถึงการปนเปื้อนแร่ธาตุและสารพิษของน้ำใต้ดิน ไม่ว่าจะเป็นสารหนู (Arsenic) ปรอท (Mercury) หรือซีลีเนียม (Selenium) ที่อาจรั่วไหลสู่แหล่งน้ำธรรมชาติบนผิวดิน เป็นต้น

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org

National Geographic – https://www.nationalgeographic.com

สถาบันวิศวกรรมพลังงาน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ – http://www.eei-ku.com

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน – http://webkc.dede.go.th


เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : ทฤษฎีของ งานและพลังงาน

เรื่องแนะนำ

หนังปลานิลช่วยรักษาแผลไฟไหม้

หนังปลานิลช่วยรักษาแผลไฟไหม้ ผ้าพันแผลเป็นปัญหาสำหรับบรรดาสัตว์ เพราะหากพวกมันกินเข้าไป วัตถุแปลกปลอมสำหรับร่างกายนี้จะไปอุดตันในลำไส้  แต่ทีมสัตวแพทย์จาก UC Davis ร่วมกับกรมสัตว์ป่าและปลาของแคลิฟอร์เนีย พวกเขาพบทางเลือกใหม่ที่ดีกว่า ในการรักษาบาดแผลด้วย หนังปลานิล ในหลายประเทศ แพทย์สมัยใหม่ใช้หนังปลานิลรักษาบาดแผลไฟไหม้ให้แก่ผู้คน ความชุ่มชื้นจากหนังปลาจะช่วยให้กระบวนการถ่ายเทคอลลาเจนดีขึ้น บาดแผลจึงหายได้รวดเร็วขึ้นกว่าเดิม ซึ่งทีมสัตวแพทย์ได้ใช้วิธีการเดียวกันนี้รักษาบาดแผลไฟไหม้ให้แก่หมีสองตัวที่ได้รับบาดเจ็บจากเหตุไฟป่าในรัฐแคลิฟอร์เนีย เมื่อเดือนธันวาคมปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะแม่หมีตัวหนึ่งที่กำลังตั้งท้อง พวกเขาหวังว่าด้วยวิธีการรักษาใหม่นี้บาดแผลของมันจะหายทันก่อนที่มันจะให้กำเนิดลูก   อ่านเพิ่มเติม กัญชา : ความจริงที่คุณต้องรู้

เทียบกันตาต่อตา

การจำลองภาพการมองเห็นของสัตว์อย่างสมบูรณ์แบบเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ช่างภาพของเราสร้างภาพให้ใกล้เคียงได้โดยใช้ชุดอุปกรณ์ของเขาผสมผสานข้อมูลจากห้องปฏิบัติการ เช่น ความหนาแน่นของตัวรับแสงและปฏิกิริยาต่อแสง จากภาพเปรียบเทียบนี้ ภาพด้านซ้ายคือการมองเห็นของมนุษย์ เทียบกับภาพด้านขวาแทนการมองเห็นของสัตว์ หนอนตัวแบน (พลานาเรีย) (Dugesia dorotocephala) ตาของหนอนตัวแบนประกอบด้วยเซลล์ ตัวรับแสงรูปทรงคล้ายถ้วยขนาดเล็กที่สามารถระบุได้ว่า แสงมาจากทิศทางใด หนอนจำเป็นต้องใช้เบาะแสนี้ในการระบุถิ่นอาศัยที่เหมาะสม ซึ่งต้องมีที่กำบังแสงอาทิตย์ แมงกะพรุนกล่อง (Tripedalia cystophora) แมงกะพรุนกล่องไม่มีสมองสำหรับแปลผลข้อมูล ที่ได้จากประสาทรับความรู้สึก แต่มันตอบสนองต่อภาพความคมชัดตํ่าแบบเรียบง่ายได้ ดวงตาที่มีเลนส์สี่ดวงมองขึ้นด้านบนเพื่อรับรู้ร่มเงาพืชชายเลนซึ่งเป็นบริเวณที่มีอาหารอุดมสมบูรณ์ ดวงตาที่มีเลนส์อีก สี่ดวงมองลงด้านล่างผ่านร่างกายโปร่งใสเพื่อช่วยให้มันหลบหลีกสิ่งกีดขวางด้านล่างได้ ผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้าง (Deilephila elpenor) รูม่านตาขนาดใหญ่ของผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้างเอื้อให้แสงปริมาณมากผ่านเข้าสู่ดวงตา ช่วยให้มันแยกแยะสีได้แม้แต่ในแสงสลัวของดวงดาวในคืนข้างแรม ดังนั้นผีเสื้อที่หากินในเวลากลางคืนและมีเครื่องนำทางชนิดนี้จึงสามารถเสาะหานํ้าต้อยในดอกไม้ ซึ่งมีสีสันที่มนุษย์มองไม่เห็นในเวลากลางคืนได้ แมว (Felis catus) ดวงตาของแมวบ้านมีเซลล์รูปแท่งที่ไวต่อสภาวะแสงน้อยดีกว่าของมนุษย์ และรูม่านตาแบบช่องเล็กยาวเปิดได้กว้างในความมืด ช่วยให้แมวล่าสัตว์ขนาดเล็กในเวลากลางคืนได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ความที่มีเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อสีน้อยกว่า แมวจึงแยกแยะสีเขียวกับสีแดงไม่ได้ นกอินทรีหัวล้าน (Haliaeetus leucocephalus) ถ้าอยากมองหาดวงตาที่มีความคมชัดสูงเป็นพิเศษ (2.5 เท่าของดวงตามนุษย์) ให้ดูนกอินทรีหัวล้าน เป็นตัวอย่าง ขณะที่จอตาของมนุษย์มีบริเวณที่มี ตัวรับแสงหนาแน่นอยู่บริเวณเดียว นกอินทรีมี สองบริเวณ ซึ่งช่วยให้มันเห็นตรงด้านหน้าและ ด้านข้างได้ในเวลาเดียวกัน […]

อุกกาบาตทำลายล้างไดโนเสาร์ ตกลงในจุดสังหารพอดิบพอดี

อุกกาบาตทำลายล้างไดโนเสาร์ ตกลงในจุดสังหารพอดิบพอดี ในโลกยุคโบราณ บริเวณคาบสมุทรยูกาตัง ของเม็กซิโก คือจุดเลวร้ายที่สุดหากอุกกาบาตดันตกลงมา หลักฐานดังกล่าวถูกแสดงให้เห็นแล้วผ่านเหตุการณ์สูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่เกิดขึ้นเมื่อ 66 ล้านปีก่อน หลังอุกกาบาตความกว้าง 12 กิโลเมตรพุ่งเข้าชนกับโลก จนปรากฏเป็นหลุมอุกกาบาตชีคซูหลุบบริเวณเมืองท่าของเม็กซิโกในปัจจุบัน ผลกระทบจากเหตุการณ์นั้นส่งผลให้อาณาจักรของไดโนเสาร์ที่ครองโลกมานานต้องถึงกาลอวสาน ประมาณการณ์ว่าสิ่งมีชีวิตราว 3 ใน 4 จากทั้งหมดบนโลกสูญพันธุ์ไปจากอุกกาบาตลูกนั้น จากการศึกษาระบุว่า การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่เป็นผลมาจากเขม่าควันจากการพุ่งชนที่ลอยขึ้นปกคลุมชั้นบรรยากาศ จนทำให้อุณหภูมิของโลกเย็นลง ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิในตอนนั้นอยู่ที่ -10 ถึง -7.8 องศาเซลเซียส ลดลงจากเดิมที่ -7.8 ถึง -1.7 องศาเซลเซียส ทั่วพื้นผิวโลกมีเพียง 13% เท่านั้นที่เป็นผืนดิน นั่นหมายความว่าหากอุกกาบาตลูกนั้นตกห่างไปจากจุดเดิม ไดโนเสาร์อาจไม่ล้มหายตายจากไปหมดก็ได้ “ความน่าสนใจก็คือในรายงานระบุว่า ต่อให้อุกกาบาตมีขนาดใหญ่กว่านี้ ผลกระทบจากการทำลายล้างก็อาจไม่รุนแรงเท่าหากอุกกาบาตไปตกที่อื่น” Paul Chodas ผู้จัดการศูนย์การศึกษาวัตถุใกล้โลก จากนาซ่ากล่าว “เราตั้งข้อสังเกตหลายครั้งมากว่าบรรดาไดโนเสาร์โชคร้ายขนาดไหน และพวกเราโชคดีแค่ไหน ในฐานะที่ปัจจุบันเราอยู่เหนือสุดในบรรดาสิ่งมีชีวิตที่เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งปวง”   ธรณีวิทยาเป็นเหตุ Kunio Kaiho หัวหน้าการศึกษาวิจัยครั้งนี้เปิดเผยว่า การพุ่งชนของอุกกาบาตดังกล่าวก่อให้เกิดการเผาไหม้น้ำมันที่อยู่ในชั้นหิน ส่งผลให้ชั้นบรรยากาศเต็มไปด้วยเขม่าควันดำที่มีปริมาณมากถึง 1.7 […]

กลุ่มดาวค้างคาว หรือกลุ่มดาวแคสซิโอเปีย (Cassiopeia)

กลุ่มดาวค้างคาว มีประวัติการบันทึกมาอย่างยาวนานพร้อมๆ กับดาวหมีใหญ่ กลุ่มดาวแคสซิโอเปีย (Cassiopeia) หรือที่คนไทยรู้จักกันในนาม กลุ่มดาวค้างคาว เป็น 1 ใน 88 กลุ่มดาวสากลของโลก เป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่ง่ายต่อการสังเกตและจดจำ จากการมีดาวฤกษ์สุกสว่างห้าดวง ประกอบกันเป็นรูปร่างคล้ายตัวอักษร “W” บนซีกฟ้าเหนือตรงข้ามกับกลุ่มดาวหมีใหญ่ (Ursa Major) ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ราว 598 ตารางองศาหรือมีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่ 25 ของกลุ่มดาวทั้งหมด กลุ่มดาวค้างคาวเป็นกลุ่มดาวที่สามารถพบเห็นได้ตลอดทั้งปีในท้องฟ้าฝั่งซีกโลกเหนือ แต่จะมองเห็นได้ชัดเจนที่สุดในเดือนพฤศจิกายนหรือช่วงฤดูหนาว และจะปรากฏขึ้นให้เห็นบนท้องฟ้าของฝั่งซีกโลกใต้ในบางพื้นที่ของช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิเท่านั้น อ่านเพิ่มเติม : การศึกษาเรื่องกลุ่มดาวบนท้องฟ้า นอกจากนี้ กลุ่มดาวแคสซิโอเปียยังเป็น 1 ใน 48 กลุ่มดาวดั้งเดิมที่ถูกจารึกอยู่ในบันทึกของปโตเลมี (Ptolemy) ในช่วงศตวรรษที่สอง เช่นเดียวกับกลุ่มดาวหมีใหญ่อีกด้วย โดยถูกตั้งชื่อตามราชินีแคสซิโอเปีย (Cassiopeia) ในตำนานเทพนิยายกรีกปรัมปรา ก่อนที่กลุ่มดาวกลุ่มนี้จะถูกรับรองและตั้งชื่ออย่างเป็นทางการว่า “ราชินีแคสซิโอเปีย” (Cassiopeia the Queen) จากสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union: IAU) ในปี 1930 ขณะที่คนไทยมองเห็นกลุ่มดาวฤกษ์ […]