Geoscience Reference
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Inco-Creighton-Bergwerk bei Sudbury, Ontario, in Kanada
gelegenes Speziallabor für Neutrino- und Dunkle-Materie-
Physik.
Die derzeitigen Vorstellungen von der Zusammensetzung
tung aus den Isotopenzerfällen von Uran und Thorium rund
16 TW beträgt, etwa ein Drittel der gesamten gemessenen
Wärmeverlustrate der Erde. Die beim Zerfall von Kalium
entstehende Wärme trägt weitere rund 4 TW zur Gesamt-
wärmeleistung aus radioaktiven Zerfällen von rund 20 TW
lang, bevor eine Antineutrino-Tomografie der Wärme er-
zeugenden, radiogenen Isotope in der Erde Realität werden
kann. Diese erfordert eine globale Datenerfassung sowie
die Unterscheidung zwischen den kosmischen, die Erde
durchströmenden Neutrinos und den in der Erde erzeugten
Geoneutrinos. Vor kurzem wurde ein Projekt vorgeschlagen,
in dem bedeutend kleinere Sensoren zum Neutrinonachweis
in einem Netz von auf dem Globus verteilten Tiefbohrungen
installiert werden sollten. Mit der Zeit wird sich erweisen, ob
die nicht geringen technischen Herausforderungen des Baus
von kleineren Sensoren als jenen, die in Gran Sasso oder Ka-
mioka zum Einsatz kommen, gemeistert werden können und
auf diese Weise ein Weg zur Antineutrino-Tomografie der
Erde eröffnet wird.
(ii) Ursprungswärme
: Die Energiefreisetzung durch gra-
vitative Verdichtung des solaren Nebels bei der Akkretion
der Erde bewirkte eine im Vergleich zu allen anderen Ener-
giequellen riesige Aufheizung. Die bei dieser Verdichtung
als Wärme freigesetzte potenzielle Energie berechnet sich
aus der Gravitationsenergie. Bei konstanter Dichte
¡
ist die
in einem sphärischen Planetoiden mit Radius r akkumulierte
Masse gleich m
D .4 =3/
r
3
¡
. Hinzufügen einer weite-
ren Kugelschale der Dicke dr und Masse dm
D 4
r
2
¡
dr
setzt zusätzliche potenzielle Gravitationsenergie frei: dE
p
zudem, dass von dieser Energie bei der Kontraktion von
Mantel und Kern etwa 12% thermisch nicht mehr gewinn-
bar als elastische Energie gespeichert werden.
Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die Abküh-
lung der Erde seit ihrer frühen Geschichte, als die Tem-
peraturen in ihrem Innern wesentlich über den heutigen
lagen, einen signifikanten Beitrag zum aktuellen terrestri-
schen Wärmefluss leistet, vergleichbar jenem der radiogen
erzeugten Wärme. Ausgehend von einer mittleren spezifi-
schen Wärmekapazität von 1250 J kg
1
K
1
und einer Ab-
kühlung um 650K während einer Abkühlzeit von 4,6 Milli-
arden Jahren (entsprechend einer Abkühlrate von ca. 133K
pro Milliarde Jahre) beträgt die mittlere Verlustrate an Ur-
sprungswärme 33 TW. Dies entspricht einer Energie von
4;9 10
30
J. Da die Wärmeabgabe der jungen, heißeren und
noch flüssigen Erde größer war als heute, ist der Beitrag
der Ursprungswärme am Gesamtwärmefluss heute sicher-
weist auf einen deutlich geringeren Anteil an Ursprungs-
wärme hin, da eine Wärmeleistung aus Ursprungswärme
von mehr als 22 TW bewirken würde, dass sich die Erde
trag der Ursprungswärme zu den inneren Wärmequellen ist
jedoch letztlich nur ungenau bekannt und wird von verschie-
denen Autoren zwischen ca. 5 TW und 10 TW angesetzt.
Bezogen auf das Alter der Erde von 4,5 Milliarden Jahren
entspräche eine mittlere Wärmeverlustrate von 7,5 TWmit
c
p
D 1250
Jkg
1
K
1
und M
E
D 5;9722 10
24
kg einer
Abkühlrate aus Ursprungswärme von
1;010
15
Ks
1
bzw.
ca. 32K pro Jahrmilliarde.
Eine weitere riesige Energie mag bei der Kollision der
jungen Erde mit einem anderen Protoplaneten freigesetzt
worden sein. Von diesem wird angenommen, er habe etwa
die Größe des Mars besessen und sei in erdnaher Umlauf-
bahn um die Sonne mit der Erde kollidiert. Diese Kollision,
aus der nach derzeitigem Verständnis der Mond hervor-
gegangen ist, setzte Energie in der Größenordnung von
10
31
J frei, vergleichbar der Akkretionswärme (Melosh
Der Großteil der bei der Akkretion oder der Kollision freige-
setzten Energie wurde jedoch bereits während der Akkretion
bzw. unmittelbar nach der Kollision wieder abgestrahlt. Den-
noch bewirkte der kleine verbliebene Teil dieser Energie eine
Aufheizung der jungen Erde, die ihre Entwicklung somit in
heißem, aufgeschmolzenen Zustand begann.
(iii) Latente Wärme und potenzielle Energie
werden in
der Erde freigesetzt bei (1) der Bildung des festen Erdkerns;
(2) der Trennung von schweren und leichten Bestandteilen
des flüssigen, noch nicht verfestigten Kerns; (3) der thermi-
schen Kontraktion des Erdmantels; (4) der Bildung neuer
Kruste und der damit einhergehenden Anreicherung von
schweren Elementen im Erdmantel.
D
¡
2
r
4
dr, wobei die universelle Gra-
vitationskonstante G
D 6;673 84 10
11
m
3
kg
1
s
2
=
D .16
2
=3/
Gmdm
r
G
ist
Z
Z
Z
r
E
r
E
r
E
dm
D
16
2
¡
2
G
3
Gm
r
r
4
dr
E
p
D
dE
p
D
0
0
0
4
2
D
16
2
¡
2
G
3
r
5
5
r
E
¡
3
5
r
E
D
3
3
GM
E
r
E
G
D
;
5
„ ƒ‚ …
M
E
(6.43)
wobei M
E
D 5;9722 10
24
kg und r
E
D 6371
2;24 10
32
J an Wärmeenergie freigesetzt.
Eine verfeinerte Berechnung, welche die Dichtestruktur der
Erde berücksichtigt, korrigiert diesen Wert nur um ca. 10%
auf E
p