Wärme und Temperaturfeld der Erde - Einfuhrung in die Geophysik - page 256

Tab. 6.5 Albedo der Planeten des Sonnensystems, des Mondes und verschiedener Stoffe (Brockhaus-Enzyklopädie Online 2011 ) sowieder
Temperatur im Strahlungsgleichgewicht T e und an der Oberfläche T O der Planeten des Sonnensystems (Williams 2010 )
Körper

Albedo (-) T e (K) T O (K) Stoff Albedo (-)

Merkur 0,06-0,10 440,1 440 Wiesen 0,02 - 0,15

Venus 0,90 184,2 737 Wa l d 0,04 - 0,1

288; Tagesschwankung: 283 K T O 293 K Erde 0,30 254,3 Wasser 0,02 - 0,7

Mond 0,11 270,7 100 K T O 400 K (Tagesschwankung) Schnee 0,5 - 0,9

Mars 0,25 210,1 210 ; Tagesschwankung: 184 K T O 242 K Wol ken 0,7 - 0,9

Jupiter 0,34 110,0 165 Basalt 0,05

Saturn 0,34 81,1 134 Sand 0,14

Uranus 0,30 58,2 76 Vulkanasche 0,2

Neptun 0,29 46,6 72 Granit 0,31

Pluto 0,63 37,5 50 Gips 0,34

Kreide 0,85

bzw. Abkühlung der Erdoberfläche. Obgleich für das ther-
mische Regime in der Erde von untergeordneter Bedeutung,
hat dies einen großen Effekt auf das Weltklima (Kasten 6.2 ) .
Lediglich 3,2GW-32GW, ein Bruchteil von weniger als ei-
nem halben Millionstel des absorbierten Energieflusses, wird
in solche Energieformen gewandelt, die dauerhaft in der
Erde gelagert werden. So wird Sonnenenergie durch Pho-
tosynthese in Biomasse umgewandelt und schließlich nach
Umwandlung unter Druck und Temperatur in der Erdkrus-
te in Form fossiler Brennstoffe gespeichert. Zwar wird ein
kleiner Teil der Erdoberfläche durch die Sonne erwärmt, je-
doch nur bis in geringe Tiefen: der tägliche Zyklus bis in
einige Dezimeter, der jahreszeitliche bis in einige Meter Tie-
fe. Die Sonnenenergie trägt somit trotz ihrer enormen Größe
vernachlässigbar wenig zur terrestrischen Wärmebilanz bei.
(ii) Gezeitenreibung : Der Austausch von Gravitations-
energie zwischen der Erde auf der einen Seite und (im
Wesentlichen) Mond und Sonne auf der anderen bewirkt Ge-
zeiten sowohl in den Meeren als auch in der festen Erde.
Unter den Nachbargestirnen der Erde sind nur Sonne und
Mond genügend massereich bzw. nahe, um auf der Erde be-
deutende Gezeiten zu erzeugen (siehe Abschn. 4.1.3 ) . Dies
ist der Tatsache geschuldet, dass die Gezeitenbeschleuni-
gungen und die von ihnen bewirkten Drehmomente direkt
bzw. umgekehrt proportional zur Masse des jeweiligen Ge-
stirns bzw. zur dritten Potenz des Abstandes zu ihm sind
( 4.29 ) . Die durch die Gezeiten bewirkte Verzögerung der
Erdumdrehung von derzeit etwa 2,4ms pro Jahrhundert (sie-
he Abschn. 4.1.4 ) verringert ihre kinetische Rotationsenergie
mit einer Rate von etwa 3,7 TW (Stacey & Davis 2008 ) .
Diese Energie wird durch Gezeitenreibung schließlich in
Wärme umgewandelt. Der Großteil dieser Wärme wird von
den Ozeanen aufgenommen, nur ein Bruchteil von etwa 3%
verbleibt im Erdmantel. Somit wird in der festen Erde Wär-
me aus Gezeitenreibung mit einer Rate von weniger als
110(25) GW freigesetzt (Ray et al. 2001 ; Jaupart et al. 2007 ) .
Trotz der vereinfachenden Annahmen und der verbleibenden

Unsicherheit zeigen diese Zahlen, dass der Erde durch Um-
wandlung von Gravitationsenergie zwischen Erde und Mond
bzw. Sonne um etwa zwei Größenordnungen weniger Ener-
gie zufließt als durch den Zerfall radioaktiver Isotope in den
Gesteinen der Erdkruste (siehe Abschn. 6.2.1.2 ) . Im Laufe
der Erdgeschichte mag sich das Verhältnis zwischen gravita-
tiver und radioaktiver Erwärmung jedoch verschoben haben,
da die Umdrehung der jungen Erde schneller war.

6.2.1.2 Innere Quellen
Die vier hauptsächlichen inneren Wärmequellen der Erde
sind: (i) radiogene Wärme aus dem Zerfall instabiler, radio-
aktiver Isotope; (ii) Ursprungswärme, d. h. der Wärmeinhalt
der Proto-Erde unmittelbar nach ihrer Bildung; (iii) Po-
tenzielle Energie, die als Wärme freigesetzt wird bei der
Bildung neuer Kruste, der Anreicherung von schweren Ele-
menten im Erdmantel oder der Trennung zwischen leichten
und schweren Elementen im äußeren Erdkern und der damit
einhergehenden Bildung des Eisenkerns der Erde; (iv) Rei-
bungswärme aus der Freisetzung elastischer Energie durch
Erdbeben.
(i) Radiogene Wärme : Beim Zerfall radioaktiver Isoto-
pe in der Erde werden energiereiche Elementarteilchen ( ' -
und “ -Teilchen; elektrisch neutrale und nahezu masselo-
se Neutrinos und Antineutrinos) und ” -Strahlung emittiert
(siehe Abschn. 2.1 ) . Da Materie für Neutrinos und Antineu-
trinos nahezu transparent ist, strahlen sie fast ihre gesamte
Energie in den Weltraum ab. Im Gegensatz wechselwir-
ken ' - und “ -Teilchen (Heliumkerne und Elektronen) mit
dem umgebenden Gestein, wobei ihre kinetische Energie in
Wärme umgewandelt wird. Um eine signifikante Wärme-
quelle für die Erde zu sein, müssen instabile, radioaktive
Isotope hinreichend in den Gesteinen angereichert sein, ei-
ne Halbwertszeit vergleichbar dem Alter der Erde besitzen
und den überwiegenden Teil ihrer Zerfallsenergie in Wärme
umwandeln. Diese Bedingungen werden im Wesentlichen
von den Uran-, Thorium- und Kalium-Isotopen erfüllt: 238 U