Pávai Vajna Ferenc szerepe a hévizek feltárásában és hasznosításában
Székely Ferenc és Lorberer Árpád
Előadás a Pávai Vajna Ferenc emlékülésen Magyar Tudományos Akadémia Budapest 2011 január 25
Pávai Vajna Ferenc geológus (1886 – 1964) a múlt század első felében a hazai földgázkutatás meghatározó alakja volt. A földgáztelepek és a hévíztárolók ma már közismert kapcsolata 00 következtében munkássága szinte természetszerűleg terjedt ki a hévízkutatás területére is. Mai szemmel megítélve és máig ható eredményeit tekintve a hévízföldtan alábbi két szakterületén játszott úttörő szerepet: 1) Az alföldi porózus tárolók hévízkincsének a kutatása és feltárása elválaszthatatlan Pávai Vajna Ferenc munkásságától. A Pénzügyminisztériumban betöltött állásából adódóan az Alföldön 1918 és 1935 között lemélyített 10 legkorábbi kincstári kőolaj-, földgáz- és hévízkutató fúrás közül hétnek (illetve több fővárosi vagy dombvidéki hévízkútnak) Ő tűzte ki a helyét és földtani szempontból felügyelte, irányította kivitelezésüket. Alföldi hévízfeltáró tevékenységét az Általa kitűzött 7 hévízkút jelzi: Hajdúszoboszló I, II és III, Karcag - Beregfürdőn az Üveggyári I és II, valamint a Debrecen I és II sz. hévízkutak. 2) Szorgalmazta a hévizek és a kísérőgázok hőenergiájának gyakorlati hasznosítását fűtésre valamint elektromos áram termelésére. A hévizek hőenergiájának hasznosítására vonatkozó, jövőbe mutató szemlélete és tevékenysége minden bizonnyal nagy impulzust kapott az olaszországi Lardarello geotermikus mezőn végzett tanulmányútja során. Energetikai elképzelései Hajdúszoboszlón, Karcag - Beregfürdőn, Szolnokon, továbbá mai szemmel is nagyléptékű geotermikus fűtés formájában Budapesten valósultak meg.
A fentieken túlmenően budapesti fúrás- és kútkitűzései is jelentősek. A Tabánban 5 kutató fúrást telepített, Pestszenterzsébeten gyógyvízkutat, további helyszíneken pedig 4 hévízkutat létesített (a Rudas fürdő 2 kútja, a Margitsziget - II sz. és a Városliget - II sz. kutak). Az utóbbi kettőt a Zsigmondy Vilmos által évtizedekkel korábban fúrt hévízkutak közelében telepítette, ezek tehát a korszakos előd munkásságához kapcsolódnak és annak folytatásaként értékelhetők. A három kiemelt szakterület gazdasági jelentőségét ma már szükségtelen ecsetelni, ezek jövedelmező ágazatok és sok családnak biztosítanak hosszú távú megélhetést. A fürdőfejlesztéshez kapcsolódó rekreációs és gyógyturizmus a jelen és a jövő ígéretes, kiemelt ágazatai. A fűtésre és áramtermelésre használt, gyakran gázzal kevert hévíz hőenergiájának a hasznosítása az energiaimport visszafogásának, valamint a környezet- és klímavédelemnek fontos eszközei. Rövid előadásunkat elsősorban e három fő terület bemutatásának szenteljük, egyéb hidrogeológiai eredményeiről a 2. Függelékben felsorolt cikkei nyújtanak tájékoztatást. Saját vizsgálatainkkal is dokumentáljuk, hogy eredményei a mai kutatásokban is jelentős szerepet játszanak. A következő térkép a Pávai Vajna Ferenc vízkutató tevékenységéhez kapcsolható fúrások és kutak helyét ábrázolja, az 1. Függelék ezek jegyzékét tartalmazza.
A Pávai Vajna Ferenc által kitűzött vagy szakvéleményezett fúrások és kutak elhelyezkedése
Lillafüred 1 fúrás Őrszentmiklós 1 fúrás
Budapest 5 kút + 5 fúrás
Nyíregyháza 1 kút
Debrecen 2 kút Hajdúszoboszló 3 kút Berekfürdő 2 kút
Szolnok 1 kút Hévízszentandrás 1 kút
Szeged 1 kút
A 23 fúrás és kút közül 20-nak Ő tűzte ki a helyét. A fennmaradó három esetben közreműködőként vett részt alföldi megyeszékhelyek első hévízkútjainak építésében. Szeged részére kedvező hévízfeltárási szakvéleményt készített, de az Anna kút az Általa földtani szempontból optimálisnak tekintett fúrásponttól eltérő helyszínen valósult meg. A szolnoki hévízkút helyének kitűzésére vonatkozó felkérést ugyan elhárította, de később részt vett a kútkiképzés tervezésében. A szénhidrogén kutató fúrásból átalakított nyíregyházi hévízkút esetében Ő tett javaslatot a hévíztermelésre alkalmas szakaszok megnyitására. A mi generációnk már készen kapta az intézményes hidrogeológiai kutatás és tervezés kereteit, legfőképpen pedig az ország jelentős mélyfúrásos feltártságát. Pávai Vajna Ferenc idejében a hiányos megkutatottság törvényszerűen helyezte előtérbe a mélyfúrások kitűzésének jelentőségét, hatalmas felelősséget róva a szakvéleményező geológusra. Pávai Vajna Ferenc kútkitűzési gyakorlata a földgázkutatásból szerzett tapasztalataira épült. Meggyőződése szerint a negyedkori üledékekkel fedett sík területeken a pleisztocén rétegekben a felszín közelében mérhető átlagos dőlés- és csapásirányok a mélyebb és idősebb üledékes rétegek gyűrődéses szerkezetéről is tájékoztatást nyújthatnak. Kezdettől fogva hangsúlyozta a legfiatalabb kéregmozgások jelentőségét, amelyeket az idősebb alaphegységi képződmények vertikális és oldalirányú eltolódásai válthatnak ki. Alföldi kutatófúrásainak kitűzéséhez homokés agyagbányákban, vagy 4 - 5 m mély, erre a célra mélyített kutatóaknákban végzett rétegdőlés-méréseket. Módszerét a kortárs geológusok többsége élesen bírálta, de nemigen tudtak hatékonyabb előkutatási módszerekre hivatkozni.
Az Általa kitűzött fúrások közül kettő nem érte el eredeti célját, ezek sorsa ellentétes előjelű végkifejlettel zárult. A gázmező feltárására tervezett Hajdúszoboszló - I sz. fúrás földgázzal kevert hévizet szolgáltatott. A kúttá kiképzett kutatófúrás ezzel a váratlan „melléktermékkel” alapozta meg a város mai napig töretlen fürdővárosi világhírnevét. Mértékadó jelenlegi vélemények szerint a gázmező feltárása az akkori technikával valószínűleg egy Zsana mértékű gázkitörést okozott volna és ezzel a város fejlődése feltehetően más irányba terelődik. A Lillafüredi fúrás az elért 735 m mélységben a vártnál alacsonyabb hőmérsékletet mutatott. A Palotaszálló ugyanis olyan nyíltkarsztos hegyvidéki környezetben épült, ahol az alacsony geotermikus gradiens következtében a hévizek a szokásosnál lényegesen nagyobb mélységben tárhatók fel. A szálló panamagyanús építését övező zavaros pénzügyi és belpolitikai helyzetben Pávai nem tudta elérni a fúrás továbbmélyítését, az jelenleg észlelőkútként üzemel. A neogén medence aljzatát elsőként feltáró 2032 m mély Hajdúszoboszló - II. sz. fúrásban Pávai Vajna Ferenc az Alföldön úttörő jelleggel végeztetett mélységi hőmérséklet-mérést, 2000 m mélységben 127 oC hőfokot mértek. Ezeket a méréseket a továbbiakban valamennyi kutatófúrásánál megkövetelte, ezzel aktívan hozzájárult a nemzetközi összehasonlításban is egyedülálló geotermikus adatbázisunk kifejlesztéséhez.
A következőkben két olyan kutatásunk eredményét ismertetjük, amelyek az elmúlt évtizedben születtek, de nem nélkülözhették a fenti geotermikus adatbázist. Ez a szakmai intermezzo is demonstrálja Pávai egykori hőmérséklet mérései és a jelen kutatások közötti szoros kapcsolatot. Az első kutatás az ÉK Alföld geotermikus viszonyainak értékelésére irányult. Ezen a területen található a Pávai Vajna Ferenc által kitűzött, illetve szakvéleményezett hévízkutak jelentős része. Nagymélységű hévízkutatásainak ezen a súlyponti területén az utóbbi évek kutatás-fejlesztési eredményeinek köszönhetően lehetőség nyílt a felszínalatti vizek és a hő együttes áramlásának háromdimenziós numerikus modellezésére. A modellezés alsó peremfeltétele a felső pannóniai ún. fő hévíztároló összlet feküjének a hőmérséklet-eloszlása. Ezt a Pávai Vajna Ferenc mérési adatait is befoglaló geotermikus adatbázis alapján lehetett előállítani. A modellezés eredménye a mélységi hőfluxus sűrűségének területi eloszlása. Ezek a térképek láthatók a következő ábrán.
A felső-pannon hévíztároló feküjének termikus viszonyai az ÉK Alföldön
Hőmérséklet oC eloszlás (Rezessy - Szanyi - Hámor 2005)
Mélységi hőáram sűrűség mW/m2 (Székely 2010)
340000
340000
100 90
320000
140
320000
80 300000
300000
Nyíregyháza
120
70 60
280000
280000
50 260000
100 260000
40
Debrecen 30
240000
80
240000
20 220000
220000 820000
840000
860000
880000
900000
920000
10
820000
840000
860000
880000
900000
920000
60
A területileg változékony mélységi hőáram biztosítja a kőzetek és a víz felfűtését valamint magas hőmérsékletét és hőtartalmát vagy entalpiáját. Ez utóbbi a Pávai által is megcélzott, kinyerhető geotermikus energia forrása. Pávai Vajna Ferencnek a múlt század első felében végzett mélységi hőmérséklet mérései tehát így segítik a jelenlegi, számítógéppel támogatott hidrogeotermikus modellvizsgálatokat. A második bemutatott jelenkori kutatás a Rudas fürdő részletes hévízföldtani viszonyainak a tisztázására irányult. Az előzőekben említettük, hogy Pávai Vajna Ferenc kutatásaiban a budapesti termálkarszt szintén kiemelt szerepet játszik. A harmincas évek első felében kivitelezett tabáni kutatásnál hőmérséklet-szelvényezést is végeztetett. A következő ábrán ezt dokumentálja a Hidrológiai Közlönyben publikált cikkéből idézett baloldali fúrás szelvény.
A hőmérséklet mélység szerinti változása a dunaparti fúrásban
dr. Pávai Vajna Ferenc: A Tabán új termális gyógyforrásai Hidrológiai Közlöny 1936/1 sz. 30 – 43 old.
Pávai Vajna Ferenc mérésein alapuló földtani - geotermikus szelvény a Rudas fürdőn keresztül (Lorberer 2001)
Ennek, valamint az itt nem idézett további hőmérséklet szelvényeknek az alapján a Rudas fürdő környezetében lehetővé vált a hőmérséklet mélységi eloszlásának részletes megismerése. Lorberer Árpád feldolgozásának végeredményét a kéziratos jelentésében szereplő jobboldali ábra foglalja össze. A Pávai Vajna Ferenc által végzett korábbi mérések tehát alapvető jelentőségűek lettek a Rudas fürdő valamint a megnyitás előtt álló, nagyszerűen helyreállított Rácz fürdő hévízellátásának tervezése, biztonsága és védelme szempontjából. A fenti két példa is igazolja, hogy Pávai egykori geotermikus vizsgálatai nem a múlt halványuló tudománytörténeti érdekességei, hanem a jelen kutatásoknak is fontos összetevői.
Pávai Vajna Ferenc hévízfeltárásainak másik jelentős hozadéka a hévízzel felszínre hozott, valamint az éghető kísérőgázból fejlesztett hőenergia hasznosítása. A Hajdúszoboszlón létesített Hsz - I. és Hsz - II. sz. hévízkutak összesen 7000 m3/d éghető földgázt is szolgáltattak. Erre alapozva villanytelepet létesítettek, amely 5 községet látott el árammal. A gáz fennmaradt részét palackozták és azt a MÁV vasúti kocsik világítására használta fel. A Karcag - Berekfürdőn fúrt két hévízkút szintén jelentős mennyiségű, 4684 m3/d földgázt hozott a felszínre. Ennek hasznosítására üveggyárat létesítettek. A Horusitzky Henrik által kitűzött, de Pávai által felügyelt szolnoki hévízkút kiképzése az Ő javaslata alapján történt. Ennek vizét a fürdő gyógyvízellátásán túlmenően a Tisza szálló, a szemközti színház és néhány további épület fűtésére használták, a kísérőgázzal pedig áramot fejlesztettek. A Margitsziget - II. sz. hévízkút helyét Pávai Vajna Ferenc jelölte ki. A kút kulcsszerepet játszott és ma is mintaértékű a fővárosi geotermikus energiahasznosítás fejlesztésében. A nagy hozamú hévízkút 71 oC hőmérsékletű vizét kezdetben a fürdőn kívül a közeli szállodák fűtésére használták fel. A következő 3 évtizedben ebből a kútból biztosították az Országház és Újlipótváros lakóházainak fűtését valamint használati melegvíz-ellátását.
Az 1964-ben elhunyt Pávai Vajna Ferenc emlékének felidézésekor természetszerűleg a múlt felé tekintettünk. A hévizek feltárásán túlmenően Ő azonban egész életében a hévíz és a kísérőgázok hasznosítási technikáinak a megújításán és elterjesztésén is munkálkodott. Pávai tehát a jövő lehetőségeit kutatta, ezért ezen az emlékülésen szükségesnek látszik a jelen és a közeljövő energia hasznosítási lehetőségeinek a felvillantása is: - hőszivattyúk alkalmazása alacsony hőmérsékletű, hőcserélőkben már lehűtött, továbbá a fürdőkből elfolyó hévizek hőjének hasznosítására; - geotermikus fűtő- és villamos erőművek létesítése a felhasznált, lehűtött hévíz visszatáplálásával; - áram- és hőtermelés kísérőgázzal üzemeltetett gázmotorokkal; - metanol előállítása a hévízből szeparált metánból és széndioxidból Oláh György akadémikus találmánya alapján. Ezek a korszerű technológiák összhangban vannak Pávai Vajna Ferenc jövőbe tekintő szemléletével és így életműve folytatásának tekinthetők.
Felmérésünk szerint pályafutása során közel 90 tanulmányt publikált. Számos szaktudományos kérdésben pályatársaitól jelentősen eltérő véleményt képviselt. Ezt igazolja több, vitát kiváltó, vitázó és válaszcikke. A hidrogeológus Pávai Vajna Ferenc nevét a hévízkutakon, fürdőkön és a geotermikus hőhasznosítás bevezetésén túlmenően vízföldtani vonatkozású szakcikkei is megőrzik, ezeket a 2. Függelékben foglaltuk össze. Munkásságát 2 életrajzi regény, ezen kívül negyvennél több méltató vagy kritizáló publikáció értékeli. Szakmai megítélése a jelenkor hidrogeológusai körében nem egységes. Nevét elsősorban és vitathatatlanul az Általa kitűzött és megvalósított 12 hévízkút valamint 1 gyógyvízkút, továbbá a rájuk épült fürdők és egyéb hasznosító létesítmények őrzik. A fürdőfejlesztésben valamint a hévizek és a kísérőgázok energetikai hasznosításában is kiemelt, innovatív szerepet játszott, ezért napjainkban hírneve és elismertsége messze túlterjed a hévízföldtan szakterületén. A háborút követően Pávait háttérbe szorították, de halála után fokozatosan rehabilitálták. Szakmai eredményeit több posztumusz megemlékezés és emléktábla méltatja. Hajdúszoboszlón és Berekfürdőn mellszobra, Lillafüreden pedig emlékoszlop őrzi a gyakorlati szakember és a tudós emlékét. Pávai Vajna Ferenc a hévizek feltárásáért és sokoldalú hasznosításáért munkálkodott, ezért a reá emlékező tisztelői a „hévizek atyjá”-nak is nevezik.
1. Függelék: A Pávai Vajna Ferenc által kitűzött vagy szakvéleményezett 13 vidéki, valamint 10 budapesti kút és hévízkutató fúrás Hajdúszoboszló: Hsz - I (1090 m), II (2032 m) és III (1055 m) sz. hévízkutak Szeged: Anna kút (944 m) (előzetes hévízfeltárási szakvélemény) Miskolc: Lillafüred M - I (734,5 m) sz. kutató fúrás Karcag - Berekfürdő: Üveggyári - I (1224,6 m) és II (801,0 m) sz. hévízkutak Szolnok: Tisza szálló / Fürdő - I (949,0 m) sz. hévízkút (kútkiképzési szakvélemény) Hévízszentandrás: Postás üdülő (117,9 m) hévízkútja Debrecen: D - I (1737,0 m) és II (1038,0 m) sz. hévízkutak Őrszentmiklós: III vagy Kincstári - 1 (948,0 m) sz. kutató fúrás Nyíregyháza: Nyí - 1 (2579,0 m) sz. hévízkút (rétegmegnyitási szakvélemény) Budapest: Pestszenterzsébeti gyógyvízkút (330,7 m) Rudas fürdő - Attila - II (36,8 m), Juventus kút (43,5 m) hévízkutak Döbrentei téri (115,0 m), Rakparti (103,0 m) kutató fúrások Tabán 1 (200,0 m), 2 (93,6 m) és 3 (100,0 m) sz. kutató fúrások Magda / Margitsziget - II (310,96 m) sz. hévízkút Városliget - II (1257,1 m) sz. hévízkút
2. Függelék: Pávai Vajna Ferenc hidrogeológiai vonatkozású közleményei 1. Néhány újabb barlang ismertetése Földtani közlöny, 1911. (41. évf.) 11-12. sz. 779 – 787. old. 2. Miért van Hajdúszoboszlón földgáz, olajnyom és jódos sós hévvíz? A debreceni Tisza István Tudományos Társaság II. osztályának munkálatai, 1926. II. k. 1. füzet, 1 – 15 old. 3. Magyarország hévvizei. Lehet-e Budapestből fürdőváros? Hidrológiai Közlöny, 1927. (7-8. évf.) 1. sz. 17 – 25. old. 4. Magyarország hévizei s azok felkeresése és kitermelése Bányászati és kohászati lapok, 1928. (61. évf.) 50 – 55. old. 5. Elkészült a karcagi gázos-kút Bányászati és kohászati lapok, 1928. (61. évf.) 271 – 273. old. 6. Új energiaforrás (a geotermikus energia) Bányászati és kohászati lapok, 1928. (61. évf.) 553 – 561. old. 7. A szegedi mélyfúrás jelentősége és tanulságai Természettudományi Közlöny, 1928. (LX. köt.) 170 – 174. old. 8. A magyar mélyfúrások és gazdasági jelentőségük Bányászati és kohászati lapok, 1928. (61. évf.) 492 – 495. old.
2. Függelék (folytatás): Pávai Vajna Ferenc hidrogeológiai vonatkozású közleményei 9. A lillafüredi kutató mélyfúrás eddigi története és geológiai viszonyai Hidrológiai Közlöny, 1929. (9. évf.) 1. sz. 38 – 50. old. 10. A forró oldatok és gőzök-gázok szerepe a barlangképződésnél Hidrológiai Közlöny, 1930. (10. évf.) 1. sz. 115 – 122. old. 11. Csonka-Magyarország energiaforrásai különös tekintettel a földgázra és gőz-gáz keverékek lehetőségeire Technika 1931. 3-4. sz. 12. A hőenergiabányászatról Természettudományi Közlöny, 1931. 13. Hőforrások Az Atheneum Közgazdasági Enciklopédiája, 1931. 1 – 6. old. 14. Új gyógyforrások Budán Hidrológiai Közlöny, 1932. (12. évf.) 1. sz. 98 – 109. old. 15. Igazi sósfürdő Pestszenterzsébeten Hidrológiai Közlöny, 1932. (12. évf.) 1. sz. 145 – 150. old. 16. Hőenergiabányászat és lehetőségei. Magyar Mérnök és Építész Egylet Közlönye, 1932. (66. évf.) 13-14. sz. 66 – 70. old.
2. Függelék (folytatás): Pávai Vajna Ferenc hidrogeológiai vonatkozású közleményei 17. A csonka magyar föld új energiaforrásai A magyar orvosok és természetvizsgálók nagygyűlésének munkálatai, 1934. 41. sz. 231 – 232. old. 18. A magyar gyógyulás új forrásai Új Vívmányok, 1934. 5. sz. 19. Szent hagyományok Budai Napló, 1934. 20. Óriási fejlődési lehetőséget nyújtanak Debrecennek a gázos hévforrások Kelet Magyarországi Napló, 1934. ápr. 1. 21. Sümeg és Ukk községek vízellátása (Maros Imrével együtt) Földtani Intézet évi jelentései az 1929-32. évekről, 1935. 479 – 494. old. 22. Nagy Budapest jövője. Természeti kincseinek felkutatása és okszerű felhasználása Budai Napló, 1935. V. 2.10. 23. A Tabán új termális gyógyforrásai Hidrológiai Közlöny, 1936. (16. évf.) 1. sz. 30 – 43. old. 24. Termeljük ki a magyar föld kincseit. Földtani Értesítő, 1937. II. új évf. 1. sz. 1 – 8. old.
2. Függelék (folytatás): Pávai Vajna Ferenc hidrogeológiai vonatkozású közleményei 25. A Budapesti melegforrások kérdése. Miért kell fúrni, hogy jobb és olcsóbb termális forrásokkal gazdagítsuk Budapest melegvízkincsét Földtani Értesítő, 1939. 4 sz. 120 – 124. old. 26. A vízbányászat elemi fizikája I-II. Bányászati és kohászati lapok, 1940. (73. évf.) 300 – 302, 309 – 311. old. 27. A sűrű mélyfúrások lehetséges káros hatása a Magyar-Horvát medencében Hidrológiai Közlöny, 1942. (22. évf.) 7-12. sz. 361 – 363. old. 28. Van káros hatásuk is a szénhidrogénkutató fúrásoknak Bányászati és kohászati lapok, 1944. (24. évf.) 6. sz. 90 – 92. old. 29. A víz élete a földben Hidrológiai Közlöny, 1944. (24. évf.) 1-3. sz. 43 – 53. old. 30. A négy megoldásra váró geológiai problémáról Bányászati és kohászati lapok, 1947. (II. évf.) 10. sz. 312 – 316. old. 31. Gondolatok a Hidrológiai Közlöny 1948. évi 1-4. számával kapcsolatban Hidrológiai Közlöny, 1949. (29. évf.) 3-4. sz. 123 – 125. old. 32. Hozzászólásom a Hidrológiai Közlöny 1946. évfolyamához Hidrológiai Közlöny, 1950. (30. évf.) 5-6. sz. 230 – 233. old. 33. A "Karsztvíz" és a "Karsztvíztérképek" Hidrológiai Közlöny, 1950. (30. évf.) 11-12. sz. 402 – 405. old.
