دراسة آلية نشأة الموارد الحرارية الأرضية في منطقة يونكاي بجنوب الصين بناءً على بيانات الجيولوجيا الفيزيائية

لماذا يهم وجود الحرارة تحت الأرض هنا

على امتداد جبال يونكاي في جنوب الصين، تتدفق مجموعات من الينابيع الطبيعية الساخنة إلى السطح، مما يشير إلى مصادر حرارة قوية مخبأة عميقًا تحت الأرض. في منطقة مكتظة بالسكان وتحتاج إلى طاقة نظيفة، قد يحول فهم مصدر هذه الحرارة وطريقة انتقالها الفضول الطبيعي إلى مورد طاقة منخفض الكربون وموثوق. تستخدم هذه الدراسة تغيرات دقيقة في مجال جاذبية الأرض، وعينات من الصخور، ونماذج حاسوبية لتجميع صورة واضحة عن كيفية تكوّن الموارد الحرارية الأرضية وأين تكمن أفضل المناطق المحتملة للتطوير في منطقة يونكاي.

منظر شكلته الفوالق والنتائج الصخرية القديمة

تقع منطقة يونكاي عند مفترق جيولوجي حيث تلتقي كتل قشرية رئيسية وتعرضت للضغط والامتداد وإعادة التشكيل على مدى مئات الملايين من السنين. أدت هذه القوى التكتونية الطويلة الأمد إلى تشقق القشرة بفوالق عميقة وسُمح لأجسام كبيرة من الصهير، معظمها جرانيت، بالتصاعد والتصلّب على الأعماق. اليوم ترقد هذه الجرانيت القديمة على أعماق تتراوح من بضعة كيلومترات إلى أكثر من عشرة كيلومترات تحت السطح وتحتوي على عناصر مشعة طبيعية مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. ومع تحلّل هذه العناصر ببطء، تطلق حرارة، فتعمل الجرانيت كمدافئ جوفية طويلة الأمد. في الوقت نفسه، تشكّل شبكة الفوالق ذات الاتجاهات الشمالي الشرقي والشمالي الغربي نظام أنابيب يوجّه السوائل الساخنة نحو السطح ويساهم في توطين الينابيع الساخنة عند تقاطعات الفوالق.

قراءة جاذبية الأرض لرسم خرائط الهياكل المخفية

نظراً لندرة بيانات الحفر المباشر في يونكاي، لجأ الباحثون إلى مجال جاذبية الأرض لرسم الهياكل تحت السطح. تكشف التغيّرات الطفيفة في الجاذبية عن تباينات في كثافة الصخور، التي يمكن تحليلها في مجال التردد لتقدير عمق الطبقات الرئيسية في القشرة. من خلال فصل الإشارات العريضة والعميقة عن الإشارات الأكثر سطحية، ثم فحص كيفية تغير الجاذبية أفقياً وعمودياً، تتبّع الفريق حواف الكتل الكثيفة والأقل كثافة وحدّد الفوالق الرئيسية. كما طبّقوا تقنية تسمى فكّ التراكب (Euler deconvolution) لتقدير أعماق هذه المميزات. تُظهر النتائج أن معظم الفوالق تصل فقط إلى بضع كيلومترات علوية، لكن بعض الفوالق العميقة في الجنوب الغربي تمتد إلى ما يزيد عن 8 كيلومترات. عادةً ما تكون الأجسام الناظرة متجذرة بين 6 و8 كيلومترات عمقاً، مع مراكز جرانيتية عميقة خاصة تحت 10 كيلومترات، وربما ترتبط بصعود مادة مانتلية ساخنة في الماضي تحت المنطقة.

الجرانيت كمصدر حرارة بطيء لكنه قوي

لفهم مقدار الحرارة التي تنتجها هذه التدخّلات، جمع الفريق بيانات من 56 عينة جرانيت عبر المنطقة. باستخدام محتويات العناصر المشعة المقاسة، حسبوا مقدار الحرارة التي يولدها كل وحدة صخرية. القيم مرتفعة مقارنة بالمعايير العالمية: بين نحو 1.9 و6.0 ميكرووات لكل متر مكعب، بمتوسط 3.4. بعض التجمعات البلوتونية، مثل جسم شيτσون، شديدة "الحرارة" بمتوسط إنتاج أعلى من 5.0. وبما أن الجرانيت يميل إلى تركيز هذه العناصر في القشرة العليا، فإن تأثيرها المجمع يرفع تدفق الحرارة الإقليمي بشكل ملحوظ فوق المتوسطين القاري الصيني والعالمي. تُظهر الملاحظات أن الينابيع الساخنة تتجمع بالقرب من كتل الجرانيت الكبيرة وعلى طول الفوالق الرئيسية، ما يؤكد أن هذه الجرانيت المشعة تعمل كمصادر حرارة رئيسية تدفئ المياه الجوفية المتداولة وتستمر في الحفاظ على الشذوذات الحرارية المرصودة.

كيف تتحول مياه المطر إلى ينبوع ساخن

باستخدام الهياكل المرسومة وخصائص الصخور المقاسة، بنى الباحثون نماذج حاسوبية ثنائية الأبعاد لتوصيل الحرارة عبر مقاطع تمثيلية للقشرة. وضعوا درجات حرارة وحدود توصيل حراري واقعية، ثم راجعوا نتائجهم مقابل تقديرات مستقلة لعمق فقدان المعادن المغناطيسية لمغناطيسيتها، وهي درجة حرارة تقارب 550 °م. طابقت درجات الحرارة المحاكاة تلك الأعماق المستقلة، ما عزز الثقة في النماذج. بدمج هذه الملامح الحرارية مع كيمياء المياه وبيانات النظائر، يقترح المؤلفون دورة واضحة: تتسرب مياه المطر وجريان الجبال إلى الأرض وتتبع الشقوق والفوالق الرئيسية نزولاً، أحياناً إلى أعماق عدة كيلومترات. على طول الطريق، تسخّن المياه بواسطة القشرة الدافئة المحيطة وخاصة بواسطة كتل الجرانيت عالية الإنتاج الحراري. ثم ترتفع السوائل الساخنة ذات الطفو والضغط عائدة على نفس الفوالق أو فوالق متقاطعة، وتمتزج مع المياه الجوفية الأبرد السطحية، وتظهر أخيراً كمجموعات من الينابيع الساخنة حيث تتقاطع مناطق الفوالق وتنكشف قرب السطح.

أين تكمن أفضل الآفاق الحرارية الأرضية

تخلص الدراسة إلى أن الجزء الجنوبي الشرقي من منطقة يونكاي يوفر ظروفاً واعدة بشكل خاص لتطوير موارد حرارية عالية الدرجة. هناك تشير النماذج إلى أن درجات حرارة نحو 150 °م يمكن الوصول إليها على أعماق تقارب 4.5 كيلومترات أو أقل، وهو عمق ضحل بما يكفي ليكون جذاباً لتوليد الكهرباء أو التدفئة على نطاق واسع. ببساطة، يجمع هذا الإقليم بين فوالق عميقة ومتصلة جيداً، وتدخّلات جرانيتية غنية بالحرارة، وهطول مطري وفير، ليشكل نظام غلاية جوفية طبيعي يركّز المياه الحارة في مناطق محددة. من خلال إظهار كيفية تفاعل مياه المطر والصخور وحرارة أعماق الأرض في هذا السياق، يوفر العمل خارطة طريق علمية لتحديد مواقع واستغلال الموارد الحرارية الأرضية بمسؤولية في يونكاي وفي مناطق مماثلة خاضعة لتحكم الفوالق حول العالم.

الاستشهاد: Zhou, Y., Qiu, N., Zhu, C. et al. Study on the genesis mechanism of geothermal resources in the Yunkai area, South China based on geophysical data. Sci Rep 16, 13876 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44329-3

الكلمات المفتاحية: الطاقة الحرارية الجوفية, الينابيع الساخنة, أنظمة الفوالق, إنتاج الحرارة من الجرانيت, يونكاي جنوب الصين