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Geothermischer Gradient

Geothermische Gradienten in den obersten Zehnermetern in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Quelle: BINE.

Der Geothermische Gradient ist das Maß für eine (infinitesimale) Temperaturänderung in Anhängigkeit vom Ort, meist beschreibt er den Temperaturanstieg mit zunehmender Tiefe. Der mittlere geothermische Gradient liegt in Deutschland bei 3°/100m. Wissenschaftlich ist die (zahlenmäßig gleiche) Angabe in mK/m richtiger.

Lokal können die Gradienten von diesem Mittelwert stark abweichen, im Oberrheingraben können es auch 5 mK/m oder sogar 10 mK/m sein. In ausländischen Vulkangebieten ist nach oben kaum eine Grenze gesetzt.

Der geothermische Gradient ergibt sich aus dem terrestrischen Wärmestrom, wobei die Wärmeleitfähigkeit diesen Zusammenhang quantifiziert. Neben Konduktion kann dabei aber auch Konvektion eine entscheidende Rolle spielen.

Wissenschaftlich gesehen ist der Temperaturgradient ein Vektor mit entsprechenden Komponenten. Neben dem vertikalen Wärmestrom sind auch horizontale Wärmeströme vielfach wichtig. Insbesondere gilt das im Nahbereich von Wärme-Entnahme- und Einspeisestellen. Beides ist nur möglich, wenn entsprechende Temperaturgradienten vorhanden sind bzw. geschaffen wurden.

In Hochenthalpie Lagerstätten ist der Gradient oft über große Tiefenbereiche 0 mk/m und der Wärmetransport weitgehend latent (Walzen aus Verdampung in der Tiefe und Kondensation oberflächennah).

In der Oberflächennahen Geothermie werden die Gradienten durch viele andere Faktoren beeinflußt. Sie werden zeitweise in den oberen Metern auch negativ sein, so daß die Temperatur mit zunehmender Tiefe abnimmt und Wärme von der Erdoberfläche in die Tiefe fließt (Regeneration).

Der

Energieeintrag bei der oberflächennahen Geothermie

kommt im Fall eines negativen Gradienten (meist im Sommer):

  • aus der warmen  Atmosphäre (also von oben)
  • aus erwärmten erdgekoppelten Gebäudeteilen
  • aus erwärmten Teilen der Erdoberfläche (Straßen, Plätze)
  • durch künstliche Einlagerung (Speicherung)
  • mit dem Grundwasserstrom (durch Konvektion)
  • durch Wärmeerzeugung in situ (Radioaktivität, chemische exogene Reaktionen wie Verwesung).

Literatur

Kölbel, T., Schlagermann, P., Münch, W., Rettenmaier, D., Zorn, R.: Das Geothermiekraftwerk Bruchsal: Erste Messergebnisse. In: bbr Nummer Sonderheft (2010), S. 2-7

Balobaev, V. T., Kutasov, I. M., and Eppelbaum, L. V.: The maximum effect of deep lakes on temperature profiles – determination of the geothermal gradient. In: Earth Sciences Research Journal Nummer 13 (2009), S. 54-63

Chigira, M. and Watanabe, M: Silica precipitation behavior in a flow field with negative temperature gradients,. In: J. Geophys. Res. Nummer 99 (1994), S. 15539–15548

Chigira, M. and Watanabe, M: Silica precipitation behavior in a flow field with negative temperature gradients,. In: J. Geophys. Res. Nummer 99 (1994), S. 15539–15548

Chigira, M. and Watanabe, M: Silica precipitation behavior in a flow field with negative temperature gradients,. In: J. Geophys. Res. Nummer 99 (1994), S. 15539–15548

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank.