Institut für Geologie I Bernhard-von-Cotta-Str. 2 I 09599 Freiberg Tel. 0 37 31/39-3813 I...

Institut für Geologie I Bernhard-von-Cotta-Str. 2 I 09599 FreibergTel. 0 37 31/39-3813 I blanka.sperner@geo.tu-freiberg.de

Institut für Geologie

Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen)

Blanka Sperner

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Wärmefluß

Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner

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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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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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Wärmequellen (1)

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Sonneneinstrahlung

aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.

Geht komplett

wieder verloren!

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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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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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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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Wärmetransfer (1)

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Konduktion (Wärmeleitung)

Übertragung kinetischer Energie zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen

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Wärmetransfer (2)

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Konvektion (Wärmeströmung)

Bewegung von heißem Material

aus: Powell, C. S.: Trends in der Geophysik. - Spektrum der Wissenschaft, 1991.

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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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Wärmetransfer (4)

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Wärmestrahlung

Elektromagnetische Wellen

Beeinflußt ausschließlich Atmosphäre und Hydrosphäre

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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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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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Ermittlung von T/z

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aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.

Der geothermische Gradient ergibt sich aus Temperaturmessungen in unterschiedlichen Tiefen

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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

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aus: Nicolas, A. (1995): Die ozeanischen Rücken.

abnehmender Wärmefluß mit zunehmender Distanz vom mittelozeanischen Rücken

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Subduktionszonen

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aus: Green II, H. W.: Der Mechanismus von Tiefbeben. - Spektrum der Wissenschaft, Dossier, 2/2001.

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Wärmeflußprofile

Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner

aus: Lillie, R. J. (1999): Whole Earth Geophysics.

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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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Kollisionszone

Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 14.04.09, Blanka Sperner

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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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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