Der Begriff „geothermischer Wärmestrom“ bezieht sich auf die thermische Energie, die ständig von ihren Quellen im Erdinneren an die Oberfläche gelangt, entweder durch Konvektion oder Konduktion. Geothermische Wärme ist die treibende Kraft für eine Vielzahl von geologischen Prozessen, die in der Erdkruste ablaufen, z. B. die Plattentektonik. Sie treibt auch chemische Reaktionen wie den thermischen Abbau organischer Stoffe an, der zur Bildung von Kohlenwasserstoffen (Öl und Gas) führt. Die Innentemperatur der Erde nimmt mit der Tiefe zu. In Oberflächennähe ist der durchschnittliche geothermische Gradient relativ konstant und beträgt im Durchschnitt 30 K pro Kilometer Tiefe. Es gibt jedoch auch Orte, an denen er höher sein kann, z. B. entlang mittelozeanischer Rücken oder Mantelplumes.
Wie wird der Wärmestrom bestimmt?
Auch wenn es Wärmestrommessungen heißt, wird der Wärmestrom selbst nicht direkt gemessen. Ausgehend von der Annahme, dass die Wärmeleitung der dominierende Transportprozess durch die Erdkruste ist und der konduktive Wärmestrom in Richtung der abnehmenden Temperatur erfolgt, kann der Wärmestrom als Produkt aus dem vertikalen Temperaturgradienten und der Wärmeleitfähigkeit (Fouriersches Gesetz) berechnet werden. Wenn jedoch andere Mechanismen wie die Wärmeadvektion beteiligt sind (z. B. Fluidströmungsprozesse), kann der Wärmetransport durch nichtlineare thermische Gradienten gekennzeichnet sein und auch horizontal erfolgen.
Wozu dienen Wärmestrommessungen?
Im Bereich der Erdölgeologie sind Wärmestrommessungen bei der Erkundung neuer Erdöl- und Erdgaslagerstätten von wesentlicher Bedeutung, da sie wichtige Anhaltspunkte für die Modellierung von Sedimentbecken liefern und bei der Berechnung der thermischen Reife helfen. Wärmestrommessungen ermöglichen auch die Stabilitätsanalyse von Gashydratvorkommen.
Der boomende Offshore-Windenergiemarkt hat ein neues Betätigungsfeld für Wärmestrommessungen eröffnet, da insbesondere die Wärmeleitfähigkeitswerte nützliche Informationen für die Abschätzung der Mechanismen zur Ableitung von Wärmeenergie und auch der Umweltauswirkungen von Stromkabeln liefern.
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