До сих пор мы говорили об источниках энергии солнечного происхождения. Здесь и далее мы уже переходим к источникам энергии, образующейся без участия солнца. В недрах земли сосредоточено много тепла, но температура земной толщи не одинакова. С увеличением глубины она повышается в среднем на каждые 100 м на 3°. Надо заметить, что к настоящему времени изучены лишь глубины не более 3—4 км. Если бы указанное повышение температуры с глубиной продолжалось до центра Земли, то температура там достигла бы 200 000°, но, по современным представлениям, максимальная температура порядка 4000° существует на глубине 2000—3000 км, а в центре Земли она равна 2500—3000 (А. А. Сауков. Радиоактивные элементы Земли. М., Атом-издат, 1961).
Но даже если принять среднюю температуру массы земного шара равной 2000°, то все же запасы тепла в недрах Земли громадны. Масса Земли оценивается в 5,98*1024 кг, а средняя теплоемкость ее вещества — в 0,02 ккал/кг. Следовательно, используя тепло глубин в пределах разности температур 1500°, можно было бы получить 2,32*1023 квт-ч энергии. Эта величина в 3,6 4 105 раз превосходит годовой приход энергии с солнечными лучами и в 4,36*107 раз предполагаемый расход первичной энергии в 2050 г.
Большинство ученых придерживается мнения, что источником внутренней теплоты Земли являются процессы распада радиоактивных элементов. По имеющимся расчетам энергия теплового потока из глубин Земли к поверхности равна 3,38 4 1014 квт-ч/год. Эта величина почти в 2000 раз меньше величины энергии потока солнечных лучей, достигающих поверхности Земли, и даже в 6 раз меньше годовой энергии фотосинтеза растительного мира земного шара, но примерно в 10 раз больше современного годового потребления первичной энергии во всем мире.
В наше время масштаб использования энергии глубин Земли еще очень незначителен. Это объясняется главным образом тем, что мала плотность потока на 1 м2 поверхности Земли. Мощность потока, равная, например, мощности Волжской ГЭС, может быть получена на площади не менее 20 тыс. м2. Пока геотермическое тепло используется лишь там, где оно концентрируется самой природой в виде тепла горячих источников, гейзеров, скоплений подземных горячих вод и т. п. Подсчитано, что с горячими водами из глубин Земли ежегодно выносится около 1,16-1012 квт-ч энергии. Кроме того, приблизительно столько же энергии выносится с извержениями вулканов. Землетрясения, наоборот, связаны с расходом тепла недр Земли; количество энергии, теряемой при этом, составляет третью часть энергии, выносимой с извержениями.
Тепло недр Земли в местах выделения горячих источников или пара использовалось уже давно. Например, во времена Юлия Цезаря воду горячих источников направляли в бани. Сейчас теплом глубин Земли обогревают дома, теплицы, бани, его используют для некоторых производственных процессов; пар, образующийся при бурении скважин, часто служит источником тепла для получения электроэнергии.
Вода горячих источников очень широко применяется в Исландии. На ее основе осуществлена теплофикация Рейкьявика, фермеры пользуются этой водой для согревания теплиц, для орошения полей и огородов, в результате чего ускоряется вызревание овощей и зерновых культур. В условиях холодного климата Исландии выращиваются огурцы, томаты, виноград, ананасы и другие южные культуры. На островах Фиджи в Тихом океане теплом горячих источников пользуются при выпаривании соли из морской воды. Воду горячих источников широко применяют для бытовых целей в Новой Зеландии, Японии, Италии. В Италии, кроме того, на подземном тепле работает электростанция мощностью 300 тыс. квт; энергия, вырабатываемая этой станцией, составляет 6% всей электроэнергии страны. В Новой Зеландии работает первая очередь электростанции мощностью 250 тыс. квт.
В печати были сообщения о проектах строительства геотермических электростанций в Японии и США. Бушующее море горячей воды на глубине 1500—2000 м открыто почти под всей Венгрией; из скважины около города Сенд идет вода с температурой 92°. Количество тепла, которое можно использовать там, оценивается в 2,3 * 1016 ккал.
В СССР известно около 50 подземных бассейнов теплых и горячих вод, в том числе бассейн Западно-Сибирской равнины площадью около 2 млн км2. По подсчетам, подземный бассейн площадью 3—5 тыс. км2 с температурой воды выше 100° может обеспечить работу электростанции мощностью 5—10 млн квт. Огромные запасы горячей воды и пара имеются на Камчатке, Курильских островах, Чукотском полуострове, полуострове Челекен в Каспийском море, на всем протяжении гор восточных и южных окраин, в том числе Сихотэ-Алинь и Саян, гор Средней Азии, Кавказа, Карпат. По предварительным данным, уже сейчас за счет тепла подземных вод в СССР можно теплофицировать 60 городов и 100 районов.
Жители холодной Чукотки и Камчатки, используя воду горячих ключей, могут выращивать в течение всего года фрукты и ягоды, отапливать жилые дома, прачечные и бани. Уже проведена теплофикация города Петропавловска-Камчатского и прилегающих к нему населенных пунктов.
Первая электростанция на геотермической энергии мощностью 5 тыс. квт строится в Паужетской долине на Камчатке, вторая запроектирована в Махач-Кале, где действуют скважины с суточным дебетом 4 тыс. м3 воды с температурой 55—67°. Вода применяется для отопления зданий и других бытовых нужд населения, а также на промышленных предприятиях. На базе одной из скважин строится комбинат по выращиванию овощей. Разрабатывается проект теплофикации всего города.
Использование геотермической энергии будет расширяться по мере овладения техникой проникновения в более глубокие недра Земли, разработки способов концентрирования тепловых потоков. Возможность последнего подтверждают такие явления природы, как вулканы и гейзеры, когда на небольшой площади выделяются громадные количества энергии. В частности, имеется предложение использовать глубинное тепло с помощью подземного «котла». Суть предложения заключается в следующем. В центре местности, богатой горячими источниками, бурится скважина глубиной 4—10 км и вокруг нее по кольцу диаметром 40—100 км еще несколько скважин. В центральную скважину под давлением подается вода, и там она испаряется за счет глубинного тепла; пар проходит сквозь пористые породы и выходит через периферические скважины.