W Polsce, czyli tam, gdzie są gorące źródła

Gdy gorąca woda sama wypływa na powierzchnię, aż się prosi, by po nią sięgnąć. Na świecie istnieje wiele takich miejsc. W niektórych ze skał tryska nawet wrzątek, w innych nie jest aż tak ekstremalnie, ale wciąż można się poparzyć – do tego wystarczy woda o temperaturze powyżej 50°C. Nawet w Europie występują takie miejsca. Jezioro Lago di Venere na włoskiej wyspie Pantelleria jest zasilane źródłami o maksymalnej temperaturze 58°C. Bardzo gorące źródła biją także w niektórych europejskich uzdrowiskach. W niemieckim Baden-Baden spod ziemi wypływa woda mająca 67°C, we francuskim Vichy – 73°C, a największą naturalną atrakcją oferowaną przez Karlowe Wary jest źródło Vřídlo, z którego wypływa, a czasami wystrzeliwuje na wysokość nawet 12 m, woda o temperaturze 73,4°C. W Polsce także mamy gorące źródła i choć nie jest ich dużo, to historia ich wykorzystania sięga średniowiecza.

Co to właściwie znaczy „gorące źródło”? Nie da się udzielić jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, jaką temperaturę powinien mieć taki naturalny samoczynny wypływ – tym właśnie jest źródło – aby zasłużył na uznanie za gorący. Dla części badaczy punktem odniesienia jest średnia roczna temperatura powietrza w okolicy. Źródło powinno mieć wyższą. O ile? Dla jednych o 5°C, inni podwyższają granicę do 8°C, ale są i tacy, którzy obniżają do 2°C. Według drugiej koncepcji lepszym rozwiązaniem jest arbitralne przyjęcie konkretnej wartości temperatury wody. I tu jednak padają różne propozycje, np. taka, że z gorącym źródłem mamy do czynienia dopiero wtedy, gdy jego temperatura przewyższa temperaturę ciała zdrowego człowieka, wynoszącą w przybliżeniu 37°C.

Takie arbitralne rozstrzygnięcie zapisano też w polskim prawie geologicznym i górniczym, uznającym za wody termalne te, które w momencie wypływania na powierzchnię mają temperaturę co najmniej 20°C. W tym przypadku chodzi jednak nie tylko o wody źródlane, ale również o te krążące pod ziemią, czasami na głębokości wielu kilometrów, a wypływające dopiero po dowierceniu się do nich. Niektóre z nich, zwane artezyjskimi, opuszczają odwiert samoczynnie, ale zazwyczaj to pompy zmuszają taką wodę podziemną do wędrówki ku górze. Jeżeli po dotarciu na powierzchnię przekracza ona próg temperatury wskazany w przepisach, wówczas uznaje się ją za termalną, co zarazem oznacza, że zostaje zakwalifikowana jako surowiec kopalny, na którego pozyskanie trzeba otrzymać koncesję od państwa.

Z deszczu pod ziemię i z powrotem

Skąd w ogóle biorą się wody termalne, zarówno te wypływające na powierzchnię pod postacią gorących źródeł, jak i te skazane na wieczną wędrówkę w podziemnym świecie skał, dopóki człowiek ich stamtąd nie uwolni? Najogólniej rzecz biorąc, z… opadów atmosferycznych. Najpierw woda deszczowa albo roztopowa wsiąka w grunt i dociera do warstw skał przepuszczalnych, którymi wędruje, pokonując duże odległości i przenikając na znaczną głębokość. Po drodze się ogrzewa. Najczęściej do takiego podgrzania wód podziemnych dochodzi na obszarach wulkanicznych lub też tam, gdzie wulkany wygasły niedawno, a płynna magma wciąż zalega względnie płytko, podnosząc temperaturę skał, w których krążą wody podziemne. Odbierają one ciepło od skał i w ten sposób zmieniają się w termalne. Czasami, jeśli budowa geologiczna okolicy temu sprzyja, pojawiają się ponownie na powierzchni.

W Polsce istnieje niewiele takich gorących źródeł, bo pod względem tektonicznym jesteśmy spokojnym krajem. Nie ma u nas czynnych wulkanów ani też silnych trzęsień ziemi. Skorupa ziemska pod naszymi stopami tworzy sztywny fundament, który powstał setki milionów lat temu. Wyjątkiem są pasma górskie Karpat i Sudetów. Pierwsze wyłoniło się z morza podczas alpejskich ruchów górotwórczych przed zaledwie 12–15 mln lat, co oznacza, że Karpaty to wciąż świeża struktura, która nie osiągnęła jeszcze pełnej stabilności. Drugie jest zbudowane z bardzo starych skał, ale podczas odbywających się po sąsiedzku fałdowań alpejskich zostało wskrzeszone, uniesione i odmłodzone – Sudety, wcześniej starte z powierzchni Ziemi przez procesy niszczące, znów stały się górami.

Właśnie w Sudetach i Karpatach odnajdziemy jedyne w naszym kraju gorące źródła. W pobliżu dwóch z nich powstały znane uzdrowiska. Mowa o Cieplicach Śląskich-Zdroju oraz Lądku-Zdroju. Historia obu sięga XIII w. i każde z nich uważa się za najstarsze na terenie Polski. Każde ma też oczywiście własną legendę związaną z odkryciem gorącego leczniczego zdroju. Nie sposób rozstrzygnąć, co w tych opowieściach jest fikcją, a co prawdziwą historią. W przypadku Cieplic woda o temperaturze ok. 37°C wypływa w pobliżu granitowego masywu Karkonoszy. Skromne wzmianki w dokumentach wspominają o osadzie zwanej po łacinie Calidus Fons (czyli Ciepłe Źródła), a założonej w II poł. XIII w. przez jednego z książąt śląskich, który sprowadził tu zakonników – najpierw augustian, a potem joannitów. Jedni i drudzy nie pomieszkali tu długo, a właściwa historia Cieplic zaczyna się z chwilą pojawienia się tu cystersów na początku XV w., choć jako popularne w Europie uzdrowisko zaczęły one robić karierę dopiero w XVIII w.

Skąd się w Cieplicach wzięło gorące źródło, czyli cieplica? Zdecydowała geologia. Woda z górskich opadów atmosferycznych wsiąka częściowo w grunt i wędruje szczelinami skalnymi w dół, rozgrzewając się do 80–90°C na głębokości 2 km. To oznacza, że stopień geotermiczny, czyli pionowy dystans mierzony w metrach i odpowiadający wzrostowi temperatury skał o 1°C, jest tu niewielki. W skałach pod Cieplicami wynosi ok. 20 m. To bardzo mało jak na polskie warunki. Przeciętna dla naszego kraju to 30–40 m, a w północno-wschodniej Polsce (jej podłoże tworzy stara i wychłodzona skorupa ziemska) stopień ten przekracza nawet 100 m. W Cieplicach na powierzchni pojawia się woda, która po zanurkowaniu na znaczną głębokość i ogrzaniu się od skał natrafiła na szczeliny towarzyszące uskokowi tektonicznemu i została nimi wypchnięta ku górze przez ciśnienie hydrostatyczne. Po drodze utraciła część ciepła, ale wciąż ma znacznie wyższą temperaturę niż otoczenie. Naukowcy szacują, że ta podziemna wędrówka zajęła jej 16–22 tys. lat. Zatem pod powierzchnię zanurkowała podczas maksimum ostatniego zlodowacenia, gdy połowę dzisiejszego terytorium Polski zajmował lądolód podobny do grenlandzkiego.

Podobna sytuacja dotyczy Lądka-Zdroju. Pod nim również skały szybko się ocieplają z każdym kilometrem. Znajdujące się tu cieplice mają maksymalną temperaturę ok. 29°C, a badania wskazują, że wypływająca z tych źródeł woda zanurkowała wcześniej na głębokość nawet 4 km do grubych warstw skał zwanych gnejsami gierałtowskimi, a jeszcze wcześniej spadła pod postacią deszczu lub śniegu w okolicznych pasmach górskich, wśród których dominuje Masyw Śnieżnika wraz z sąsiadującymi z nim od wschodu Górami Bialskimi. Podobnie jak w Cieplicach Śląskich, i tutaj wędrówka wody – od jej wsiąknięcia w grunt do wypłynięcia w Lądku-Zdroju – trwała dziesiątki tysięcy lat i odbywała się systemami uskoków tektonicznych. Po drodze woda nie tylko ogrzała się od skał, ale też wzbogaciła w znajdujące się w nich związki siarki i fluoru oraz w promieniotwórczy radon. Uważa się, że małe dawki tego ostatniego mają działanie lecznicze – łagodzą bóle, wzmacniają odporność, regenerują włókna nerwowe. Lądek jako jedyny w Polsce ma takie cieplice wzbogacone radonem, siarką i fluorem. Nic dziwnego, że od wieków przyjeżdżali do niego kuracjusze cierpiący na rozmaite dolegliwości. Osada otrzymała prawa miejskie już pod koniec XIII w., a od końca XV w. funkcjonował tu zakład przyrodoleczniczy, w którym można było zażyć kąpieli w basenie wypełnionym uzdrawiającą wodą.

Jest wreszcie trzecie miejsce na terenie Polski, gdzie od niepamiętnych czasów funkcjonowało naturalne źródło termalne. Niestety, w 1957 r. wykonano odwiert, który je schłodził. Mowa o Jaszczurówce pod Zakopanem. Woda tutaj wypływająca miała przez cały rok temperaturę 20,5°C. W II poł. XIX w. powstał tu nawet zakład zdrojowy, a Zakopane zyskało status uzdrowiska. W okresie międzywojennym zbudowano basen o długości 25 m, w którym organizowano mistrzostwa Polski w pływaniu. Potem jednak człowiek postanowił poprawić naturę i wykonał wiercenie mające pogłębić źródło, aby zwiększyć jego wydajność. Zamiast tego dowiercono się do chłodnych wód, które połączyły się z ciepłymi. W efekcie temperatura wody spadła o 2°C. Kąpielisko zamknięto kilka lat później, a o źródle w Jaszczurówce na długo zapomniano i dopiero dwie dekady temu Tatrzański Park Narodowy utworzył tu ośrodek czynnej ochrony płazów i gadów. Po niezamierzonym schłodzeniu Jaszczurówki krótka lista miejsc w Polsce z naturalnie bijącymi gorącymi źródłami skurczyła się do dwóch: Cieplic Śląskich-Zdroju i Lądka-Zdroju.

W poszukiwaniu podziemnego ciepła

Nie są to jednak wszystkie wody geotermalne na terenie naszego kraju. Coraz śmielej sięgamy do zasobów podziemnych cechujących się wyraźnie podwyższoną temperaturą. Niektóre z nich są równocześnie leczniczymi i korzysta z nich wiele uzdrowisk. Przeważają jednak wody dość zwyczajne pod względem składu chemicznego, ale dzięki wysokiej temperaturze nadające się do innych celów: ogrzewania domów, produkcji energii i rekreacji. Pierwszych takich odkryć dokonano na Podhalu. Nawiasem mówiąc, była to zasługa tych samych geologów, którzy wykonali nieszczęsne wiercenia w Jaszczurówce.

Naukowcy doszli do wniosku, że grube warstwy skał osadowych – pochodzących głównie z ery mezozoicznej i budujących północną część Tatr – na Podhalu zapadają się pod młodsze skały (flisz podhalański), których grubość szybko rośnie ku północy. W pobliżu Tatr grubość ta wynosi mniej więcej 0,5 km, ale w środkowej części Podhala, w okolicach Białego Dunajca, zwiększa się już do 2 km. Geolodzy doszli do wniosku, że woda pochodząca z opadów deszczu i śniegu w Tatrach, która częściowo przenika do skał mezozoicznych, powinna nimi spływać na północ, zanurzając się pod flisz podhalański i docierając na głębokość 5–6 km, a może nawet jeszcze niżej. Jeśli rzeczywiście tak jest, to podczas tej wędrówki w dół powinna się ogrzewać coraz bardziej.

Już pierwsze odwierty wykonane na początku lat 70. XX w. potwierdziły tę hipotezę. Na zakopiańskiej Antałówce dowiercono się do wody o temperaturze 36°C. Dekadę później w Białym Dunajcu wykonano odwiert nazwany Bańska IG-1, z którego popłynęło wyjątkowo dużo wody. Początkowo miała ona temperaturę ok. 60°C, która z czasem wzrosła do ponad 80°C. Na dodatek woda z głębin sama chętnie podpływała do góry. Sprzyjały temu warunki geologiczne i topograficzne. Podhale jest niecką ograniczoną od południa i północy górami, co sprawia, że docierające tu od strony Tatr wody podziemne, przemieszczające się na dużych głębokościach i uwięzione pod warstwami młodszych skał nieprzepuszczalnych, znajdują się pod ciśnieniem hydrostatycznym, które wypycha je ku górze po nawierceniu otworu. Takie wody określa się mianem artezyjskich (jeśli samoczynnie wypływają na powierzchnię) lub subartezyjskich (jeśli podnoszą się w odwiercie, ale nie sięgają powierzchni).

Podhale okazało się krainą bogatą w energię geotermalną. Trzy dekady temu postanowiono ją wykorzystać. Polska Akademia Nauk otworzyła tu Doświadczalny Zakład Geotermalny, a naukowcy zaczęli eksperymentować z wykorzystaniem gorącej wody do ogrzewania domów. Pobierano ją spod ziemi, kierowano do wymienników ciepła w instalacji grzewczej, a następnie tłoczono z powrotem do podziemnego złoża przez inny otwór. Pierwsi z tej energii skorzystali mieszkańcy wsi Bańska Niżna. Potem sieć centralnego ogrzewania objęła Biały Dunajec, a następnie dotarła do Zakopanego, gdzie w 2001 r. zlikwidowano ostatnią kotłownię osiedlową opalaną koksem. Nadwyżki podziemnego ciepła popłynęły do kilku parków wodnych i kąpielisk zbudowanych na Podhalu.

Apetyt na geotermię wzrósł tak bardzo, że ostatnio postanowiono sięgnąć do najgłębszych warstw podhalańskiego zbiornika artezyjskiego i wiosną 2023 r. rozpoczęto w Szaflarach wiercenie o docelowej głębokości 7 km. Byłby to wyczyn światowej rangi. Nie wiadomo, czy plan się powiedzie, bo chociaż poziom 5 km osiągnięto dość szybko, znajdując po drodze wody o temperaturze ok. 120°C, to potem zaczęły się kłopoty – najpierw natrafiono na puste przestrzenie, a następnie pojawiły się skały tak twarde, że kolejne wiertła z trudem się przez nie przebijały. Ostatecznie pracę wstrzymano na głębokości mniej więcej 6 km, a naukowcy analizują teraz, czy warto do niej powrócić.

Niecki z ciepłą wodą

Sukcesy podhalańskiej geotermii sprawiły, że w całym kraju zaczęto poszukiwać złóż wód termalnych, które nadawałyby się do eksploatacji i wykorzystania w celach grzewczych. W pozostałej części Karpat nie znaleziono ich zbyt wielu, przynajmniej na razie, tak samo w Sudetach i na Przedgórzu Sudeckim. Za to okazało się, że sporo energii cieplnej uwięzionej w skałach ukrywa się na Niżu Polskim. Nie na całym jednak, ale w pasie o szerokości 100–150 km, ciągnącym się od Pomorza Zachodniego przez Wielkopolskę i Kujawy po Mazowsze i ziemię łódzką. Znaleziono tutaj już ponad 20 złóż wód termalnych, większość w dwóch ostatnich dekadach. Nowych odkryć szybko przybywa.

Dlaczego akurat w tej części Polski zbierają się pod ziemią ciepłe wody? Znów zdecydowała o tym przeszłość tego obszaru kraju. Polska znajduje się w dość kluczowym miejscu, jeśli chodzi o budowę geologiczną Europy. Siedzi bowiem okrakiem na granicy między prastarą, liczącą ponad miliard lat platformą wschodnioeuropejską i znacznie młodszą skorupą lądową, tworzącą zachodnią i południową część kontynentu. Ta linia, zwana szwem transeuropejskim, biegnie w Polsce od wybrzeża Bałtyku w okolicy Kołobrzegu do granicy z Ukrainą w pobliżu Przemyśla.

Istotne jest to, co się stało ze skałami sąsiadującymi z tym szwem bezpośrednio od południa. Powstały one w erze mezozoicznej, a następnie ugięły się w późniejszych epokach geologicznych, tworząc wybrzuszenie zwane wałem środkowopolskim, ciągnące się od okolic Świnoujścia po Góry Świętokrzyskie. Ten wał jest doskonale widoczny na mapach geologicznych, ale nie znajdziecie go na mapach ukształtowania terenu, ponieważ został częściowo wyrównany przez erozję, a potem jeszcze przykryty osadami polodowcowymi z ostatniego miliona lat. W każdym razie po obu stronach tego fałdu ciągną się rozległe obniżenia. I to właśnie w tych nieckach zbierają się na dużych głębokościach wody geotermalne. Największe zbiorniki namierzono, dzięki wierceniom oczywiście, w okolicach Warszawy, Łodzi, Poznania i Torunia.

Skąd się wzięły te wody? Głównie z opadów atmosferycznych, które po przeniknięciu przez osady polodowcowe docierają do podziemnego wału, a następnie spływają z niego do niecek, tworząc tam dwa poziomy wodonośne. W dolnym temperatura może sięgać nawet 120°C. Część tych zasobów jest już eksploatowana i wykorzystywana m.in. w dziesięciu ciepłowniach geotermalnych (jak Pyrzyce, Stargard Szczeciński, Mszczonów czy Toruń), a także w kilkunastu kompleksach basenowych. Poszukiwania kolejnych złóż trwają. Geolodzy uważają cały ten obszar za bardzo perspektywiczny dla rozwoju geotermii, choćby ze względu na rozmiary – jest znacznie większy od niecki podhalańskiej. Dzięki wierceniom wykonanym w ciągu ostatnich 15 lat głównie na Niżu Polskim wielkość zasobów wód termalnych do wykorzystania w naszym kraju zwiększyła się aż trzykrotnie. Ich obecny potencjał wynosi 6 tys. m³ na godzinę, a pobieramy z tego ok. 1,5 tys. m³, czyli jedną czwartą. Niemal połowa z tego przypada dziś na Podhale, ale udział Niżu Polskiego będzie rósł. Na razie szybciej znajdujemy tu nowe złoża, niż się do nich dobieramy.