Institut fr Geologie Grundlagen der Geodynamik und Tektonik

Institut für Geologie Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen) Blanka Sperner Institut für Geologie I Bernhard-von-Cotta-Str. 2 I 09599 Freiberg Tel. 0 37 31/39 -3813 I blanka. sperner@geo. tu-freiberg. de

Wärmefluß Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 2

Aufgabe (1) • Kärtchen mit Fachbegriffen aufteilen: reihum erklärt jeder einen der Begriffe; die anderen ergänzen. • Unklare Begriffe mit anderen Gruppen diskutieren. Wärmeflußgleichung: q = k ( T/ z) q: Wärmefluß, k: Konduktivität, T: Temperatur, z: Tiefe • Fachbegriffe logisch strukturieren. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 25 min. 3

Wärmefluß = (Wärmestromdichte) Wärme, die eine Oberfläche in einer bestimmten Zeit durchströmt: Wärme / Fläche / Zeit [J/m 2/s, W/m 2] aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 4

Wärmequellen (1) Sonneneinstrahlung Geht komplett wieder verloren! aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 5

Wärmequellen (2) Restwärme Radioaktiver Zerfall aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 6

Wärmequellen (3) Radioaktiver Zerfall aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 7

Wärmequellen (4) Andere Referenz mit anderen Werten (→ auch Lehrbücher sollten kritisch hinterfragt werden): Radioaktiver Zerfall: Kruste 9 x 1012 W 20% Mantel 21 x 1012 W 50% 2 x 1012 W 5% Erde 10 x 1012 W 25% Gesamt 42 x 1012 W 100% Kern Restwärme: aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner aus: Davidson, Reed & Davis (1997): Exploring Earth. 8

Wärmetransfer (1) Konduktion (Wärmeleitung) Übertragung kinetischer Energie zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 9

Wärmetransfer (2) Konvektion (Wärmeströmung) Bewegung von heißem Material aus: Powell, C. S. : Trends in der Geophysik. - Spektrum der Wissenschaft, 1991. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 10

Wärmetransfer (3) Advektion Spezialfall der Konvektion aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 11

Wärmetransfer (4) Wärmestrahlung Elektromagnetische Wellen Beeinflußt ausschließlich Atmosphäre und Hydrosphäre Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 12

Wärmeverteilung in der Erde Restwärme Konduktion radioaktiver Zerfall Konvektion Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. 13

Wärmeflußgleichung q: Wärmefluß q = k ( T/ z) k: thermische Konduktivität (Wärmeleitfähigkeit) T/ z: geothermischer Gradient k = konstant T/ z = konstant aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 14

Ermittlung von T/ z aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Der geothermische Gradient ergibt sich aus Temperaturmessungen in unterschiedlichen Tiefen Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 15

Aufgabe (2) • Siehe Aufgabenblätter • Skizziert eure Lösungen, so dass ihr sie den Anderen erläutern könnt. 20 min. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 16

Mittelozeanische Rücken aus: Nicolas, A. (1995): Die ozeanischen Rücken. abnehmender Wärmefluß mit zunehmender Distanz vom mittelozeanischen Rücken Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 17

Subduktionszonen aus: Green II, H. W. : Der Mechanismus von Tiefbeben. Spektrum der Wissenschaft, Dossier, 2/2001. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 18

Wärmeflußprofile aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 19

Vulkanischer Bogen aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 20

Kollisionszone Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 21

Schmelzbildung aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. • Krustendicke • Seismizität Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner • Lithosphärendicke 22

Zusammenfassung Wärmequellen: - Restwärme - radioaktiver Zerfall - (Sonne) Wärmetransfer: - Konduktion - Konvektion / Advektion - (Strahlung) Wärmeflußgleichung: Wärmefluß & Tektonik: Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner q = k ( T/ z) k: Konduktivität (Wärmeleitfähigkeit) T/ z: geothermischer Gradient - Mittelozeanischer Rücken (Atlantik) - Subduktion (S-Amerika, Japan) - Kollision (Alpen, Tibet) 23

praktische Anwendung (1) Rohstoff-Exploration: - Erdöl, -gas - Kohle aus: Bahlburg & Breitkreuz (2003) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 24

praktische Anwendung (2) Geothermie: - direkte Nutzung (z. B. Island) - flache Geothermie (Wärmespeicher) - tiefe Geothermie: - Fernwärme - Stromerzeugung Hot-Dry-Rock Verfahren Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14. 09, Blanka Sperner 25