Die Erdwärme entsteht durch eine Kombination physikalischer und chemischer Prozesse, die in verschiedenen Teilen des Planeteninneren ablaufen. Die Erde ist ein heißer Körper im kalten Weltraum und verliert ständig an Temperatur, etwa alle 1.000 Millionen Jahre etwa 130 °C. Dieser allmähliche Verlust ist ein Spiegelbild der inneren Dynamik des Planeten und seiner geologischen Geschichte.
Vulkane und hydrothermale Systeme wie Heißwasserquellen sind sichtbare Manifestationen der inneren Hitze der Erde. Diese Beweise an der Oberfläche ermöglichen es uns, die Prozesse zu untersuchen und besser zu verstehen, die die Wärme der Erde erzeugen und verteilen.
6 Prozesse, die die Wärme der Erde erzeugen
Im Folgenden werden die Hauptprozesse beschrieben, die für die Erdwärme verantwortlich sind, gruppiert nach der Region im Inneren des Planeten, in der sie stattfinden:
- Latente Kristallisationswärme: An der Grenze zwischen dem inneren Kern (fest) und dem äußeren Kern (flüssig) treten Kristallisationsreaktionen auf, die exotherm sind und Wärme erzeugen. Dieses als latente Kristallisationswärme bekannte Phänomen trägt auch zur Aufrechterhaltung des Erdmagnetfelds bei.
- Gravitation: Die Gravitationskraft komprimiert die inneren Schichten des Planeten in Richtung seines Zentrums und erzeugt durch Reibung beim Kontraktionsprozess der Erdmasse Wärme.
- Restwärme der Planetenentstehung: Diese Wärme ist ein Überbleibsel der Kollisionen zwischen Sterntrümmern in der protoplanetaren Scheibe, aus denen vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Erde entstand. Obwohl es im Laufe der Zeit abgenommen hat, trägt es immer noch zur inneren Hitze bei.
- Kinetische oder Reibungswärme: Zwischen dem äußeren Kern und dem Mantel entsteht aufgrund der Reibung, die durch die unterschiedliche Reaktion dieser Schichten auf das Gravitationsfeld von Mond und Sonne (Gezeitenkräfte) entsteht, Energie in Form von Wärme.
- Exotherme physikalisch-chemische Reaktionen: Im Erdmantel machen hohe Drücke und Temperaturen Mineralien instabil, was zu kontinuierlichen Phasenänderungen führt. Bei diesen Prozessen wird Energie in Form von Wärme freigesetzt.
- Zerfall radiogener Isotope: In der Lithosphäre (bestehend aus Kruste und oberem Mantel) enthalten Gesteine radioaktive Elemente wie die Isotope 235U, 238U, 232Th und 40K. Der Zerfall dieser Isotope ist exotherm und stellt die größte Wärmequelle auf der Erdoberfläche dar.
Es ist wichtig hervorzuheben, dass die Temperatur der Erde im Inneren zunimmt, von einem globalen Durchschnitt von 15 °C an der Oberfläche auf über 5.000 °C im inneren Kern.
Geothermische Vorkommen
Geothermische Lagerstätten sind Bereiche, in denen die innere Wärme der Erde genutzt werden kann. Es gibt drei Haupttypen:
Warmwasserspeicher
Diese können sich in heißen Quellen manifestieren oder in unterirdischen Grundwasserleitern gefunden werden. Heiße Quellen werden seit der Antike als Heilbäder genutzt. Bei unterirdischen Lagerstätten wird heißes Wasser oder Dampf zur Erzeugung mechanischer Energie durch Turbinen oder für andere Nutzungen wie Heizung entnommen.
trockene Ablagerungen
In diesen Stauseen enthalten die heißen Schichten unter der Oberfläche kein Wasser. Wasser wird durch Perforationen eingespritzt und bereits heiß zurückgewonnen, um seine Energie über Wärmetauscher zu nutzen. Anschließend kann das Wasser erneut eingespritzt werden, um den Kreislauf fortzusetzen.
Gänsehaut
Geysire sind spezielle heiße Quellen, die in regelmäßigen Abständen heiße Wasser- und Dampfsäulen in die Luft ausstoßen.
Ihre Entstehung erfordert besondere hydrogeologische Bedingungen, was sie zu einem seltenen Phänomen macht. Derzeit gibt es auf dem Planeten etwa 1.000 Geysire.
Seit wann wird Geothermie genutzt?
Ende des 17. Jahrhunderts stellte man sich die Erde als geschmolzene Masse vor, die durch ihre Abkühlung eine feste Kruste hatte. Im 19. Jahrhundert wurden die ersten Berechnungen zum Alter der Erde auf der Grundlage ihrer thermischen Entwicklung durchgeführt. Es war auch in diesem Jahrhundert, als Geothermie als die Disziplin definiert wurde , die Erdwärme, ihre Entstehung, Verteilung und Nutzung untersucht.
Die erste praktische Nutzung geothermischer Energie erfolgte 1904 in Larderello, Italien, wo Strom durch die Nutzung von geothermischem Dampf erzeugt wurde. Seitdem wurde diese Energiequelle als nachhaltige Option zur Strom-, Wärme- und anderen industriellen Nutzung weiterentwickelt.