Erdinnere Wärme

Die innere Wärme der Erde verursacht die meisten geologischen Prozesse und steuert die Plattentektonik. Der Wärmefluss vom Erdinneren zur Oberfläche wird auf 47 Terawatt (TW)[1] geschätzt und stammt aus zwei Hauptquellen in etwa gleichen Mengen: radiogene Wärme, die durch radioaktiven Zerfall von Isotopen im Erdmantel und in der Erdkruste entsteht, und Primärwärme, die mit der Bildung der Erde verbunden ist. Trotz ihrer geologischen Bedeutung macht diese aus den Eingeweiden der Erde stammende Wärmeenergie nur 0,03 % der Gesamtenergiebilanz der Erde auf der Oberfläche aus, auf der die einfallende Sonnenstrahlung mit einem gesamten Wärmefluss von 173.000 TW vorherrscht. Die Sonneneinstrahlung, die teilweise weg reflektiert wird und teilweise die Erdoberfläche erreicht, dringt im täglichen Zyklus nur einige zehn Zentimeter und im jährlichen Zyklus nur einige zehn Meter ein. Dadurch ist die Sonneneinstrahlung für interne Erdprozesse nur minimal relevant. Obwohl der gesamte innere Wärmefluss der Erde zur Oberfläche gut gemessen ist, ist der relative Beitrag der beiden Hauptwärmequellen der Erde, der radiogenen und der Primärwärme, sehr ungewiss, da ihre direkte Messung schwierig ist. Chemische und physikalische Modelle bieten Auslegungsbereiche von 15–41 TW und 12–30 TW für radiogene Wärme bzw. Primärwärme.

Globale Karte des Wärmeflusses in mW/m2 vom Erdinneren zur Oberfläche.[1] Die größten Werte des Wärmeflusses fallen mit Mittelozeankämmen zusammen, und die kleinsten Werte des Wärmeflusses treten in stabilen kontinentalen Innenräumen auf.

Radiogene Wärme
Abschätzung der zeitlichen Entwicklung des radiogenen Wärmeflusses der Erde von der Erdentstehung bis zur Gegenwart.

Der radioaktive Zerfall von Elementen im Erdmantel und in der Erdkruste führt zur Bildung von Tochterisotopen und zur Freisetzung von Geoneutrino- und Wärmeenergie oder radiogener Wärme. Vier radioaktive Isotope sind aufgrund ihrer Anreicherung im Vergleich zu anderen radioaktiven Isotopen für den größten Teil der radiogenen Wärme verantwortlich: Uran-238 (238U), Uran-235 (235U), Thorium-232 (232Th) und Kalium-40 (40K). Geoneutrino-Detektoren können den Zerfall von 238U und 232Th erfassen und so ihren Beitrag zum vorhandenen radiogenen Wärmebudget abschätzen, während 235U und 40K auf diese Weise nicht erfasst werden. Eine Analyse der Ergebnisse der Messung der Geoneutrinos ergab jedoch eine Schätzung, dass die Hälfte der gesamten internen Wärmequelle der Erde radiogen ist, was mit früheren Schätzungen übereinstimmt. Aufgrund des Mangels an Gesteinsproben in einer Tiefe unter 200 km ist es schwierig, die radiogene Wärme im gesamten Mantel genau zu bestimmen. Für die Tiefen unter dem Mantel zeigen geochemische Studien, dass aufgrund der hier vermuteten geringen Konzentration radioaktiver Elemente radiogene Wärme wohl keine signifikante Rolle im Erdkern spielt. Die Erzeugung von radiogener Wärme im Erdmantel ist auch mit der Struktur der Mantelkonvektion verbunden, über die viel diskutiert wird. Es wird angenommen, dass der Mantel eine Schichtstruktur mit einer höheren Konzentration an radioaktiven Elementen im unteren Mantel aufweisen kann, oder dass kleine Bereiche, die mit radioaktiven Elementen angereichert sind, im gesamten Mantel verteilt sind.

Primäre Wärme
Querschnitt der Erde, der ihre Hauptunterteilungen und ihre ungefähren Beiträge zum gesamten internen Wärmefluss der Erde an die Oberfläche und die dominanten Wärmetransportmechanismen innerhalb der Erde zeigt.

Die ursprüngliche Formation d​es dichten Erdkerns führte z​u Überhitzung u​nd schnellem Wärmeverlust. Nachdem d​er Mantel ausgehärtet war, h​at sich d​ie Geschwindigkeit d​es Wärmeverlusts verlangsamt. Der Wärmefluss a​us dem Kern i​st zurzeit ausreichend, u​m den konvektiven äußeren Kern s​owie die Geodynamik u​nd das Magnetfeld d​er Erde aufrechtzuerhalten.

Einzelnachweise
  1. J. H. Davies, D. R. Davies: Earth’s surface heat flux. In: Solid Earth. Band 1, Nr. 1, 22. Februar 2010, S. 5–24, doi:10.5194/se-1-5-2010 (semanticscholar.org [PDF]).
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. The authors of the article are listed here. Additional terms may apply for the media files, click on images to show image meta data.