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Institut für Geologie
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen)
Blanka Sperner
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2
Wärmefluß
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
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3
Aufgabe (1)
• Kärtchen mit Fachbegriffen aufteilen: reihum erklärt
jeder einen der Begriffe; die anderen ergänzen.
25 min.
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
• Fachbegriffe logisch strukturieren.
• Unklare Begriffe mit anderen Gruppen diskutieren.
Wärmeflußgleichung: q = k (T/z)
q: Wärmefluß, k: Konduktivität, T: Temperatur, z: Tiefe
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4
Wärme, die eine Oberfläche in einer bestimmten Zeit durchströmt:
Wärme / Fläche / Zeit [J/m2/s, W/m2]
(Wärmestromdichte
)
Wärmefluß =
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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5
Wärmequellen (1)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Sonneneinstrahlung
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
Geht komplett
wieder verloren!
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6
Wärmequellen (2)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Restwärme Radioaktiver Zerfall
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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7
Wärmequellen (3)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Radioaktiver Zerfall
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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8
Wärmequellen (4)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Restwärme:
Erde 10 x 1012 W 25%
Gesamt 42 x 1012 W 100%
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics. aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
aus: Davidson, Reed & Davis (1997): Exploring Earth.
Radioaktiver Zerfall:
Kruste 9 x 1012 W 20%
Mantel 21 x 1012 W 50%
Kern 2 x 1012 W 5%
Andere Referenz mit anderen Werten (→ auch Lehrbücher sollten
kritisch hinterfragt werden):
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9
Wärmetransfer (1)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Konduktion (Wärmeleitung)
Übertragung kinetischer Energie zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen
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10
Wärmetransfer (2)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Konvektion (Wärmeströmung)
Bewegung von heißem Material
aus: Powell, C. S.: Trends in der Geophysik. - Spektrum der Wissenschaft, 1991.
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11
Wärmetransfer (3)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Advektion
Spezialfall der Konvektion
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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12
Wärmetransfer (4)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Wärmestrahlung
Elektromagnetische Wellen
Beeinflußt ausschließlich Atmosphäre und Hydrosphäre
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13
Wärmeverteilung in der Erde
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
Restwärme radioaktiver Zerfall
Konduktion Konvektion
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14
q = k (T/z)
Wärmeflußgleichung
q: Wärmefluß
k: thermische Konduktivität (Wärmeleitfähigkeit)
T/z: geothermischer Gradient
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
k = konstant T/z = konstant
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15
Ermittlung von T/z
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
Der geothermische Gradient ergibt sich aus Temperaturmessungen in unterschiedlichen Tiefen
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16
Aufgabe (2)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
• Siehe Aufgabenblätter
• Skizziert eure Lösungen, so dass ihr
sie den Anderen erläutern könnt.
20 min.
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Mittelozeanische Rücken
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Nicolas, A. (1995): Die ozeanischen Rücken.
abnehmender Wärmefluß mit zunehmender Distanz vom mittelozeanischen Rücken
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Subduktionszonen
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Green II, H. W.: Der Mechanismus von Tiefbeben. - Spektrum der Wissenschaft, Dossier, 2/2001.
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19
Wärmeflußprofile
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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20
Vulkanischer Bogen
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
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21
Kollisionszone
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
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22
Schmelzbildung
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.
• Krustendicke• Seismizität
• Lithosphärendicke
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23
Zusammenfassung
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Wärmequellen:- Restwärme- radioaktiver Zerfall
- (Sonne)
Wärmetransfer:- Konduktion- Konvektion / Advektion
- (Strahlung)
Wärmefluß & Tektonik:- Mittelozeanischer Rücken (Atlantik)- Subduktion (S-Amerika, Japan)
- Kollision (Alpen, Tibet)
Wärmeflußgleichung: q = k (T/z)k: Konduktivität (Wärmeleitfähigkeit)
T/z: geothermischer Gradient
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praktische Anwendung (1)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Rohstoff-Exploration:
- Erdöl, -gas- Kohle
aus: Bahlburg & Breitkreuz (2003)
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praktische Anwendung (2)
Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner
Geothermie:
- direkte Nutzung (z.B. Island)- flache Geothermie (Wärmespeicher)- tiefe Geothermie:
- Fernwärme- Stromerzeugung
Hot-Dry-Rock Verfahren