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schätzt werden. Nimmt man 10 bis 40 Erdbeben pro Jahr
mit Oberflächenwellen-Magnituden von M
s
>7
,soent-
spricht dies einer freigesetzten Energie von 20 PJ bis 80 PJ.
Bei vollständiger Umsetzung in Wärme würde dies einen
Wärmefluss von 0,63TW bis 2,5 TW speisen. In der Sum-
me beläuft sich damit der aus nicht-radiogenen Quellen wie
Ursprungswärme, potenzieller Energie und Reibungswärme
gespeiste Wärmestrom maximal auf 41,4 TW. Es besteht
jedoch eine große Unsicherheit vor allem in Hinsicht auf
den Beitrag der Ursprungswärme, zu dessen Schätzung vie-
le Annahmen gemacht werden müssen. Da 41 TW fast der
gesamten derzeitigen Wärmeverlustleistung der Erde ent-
sprechen, liegt der wahre Wert sicherlich deutlich darunter.
Die Rate, mit der derzeit nicht-radiogene Wärme in der
Erde erzeugt wird, kann geschätzt werden, indem die aktu-
elle mittlere radiogene Wärmeproduktionsrate der Erde von
ergibt 27 TW als aktuellen Wert der nicht-radiogenen Wär-
meproduktion in der Erde. Somit werden etwa 43% des
terrestrischen Wärmestroms aus der beim Zerfall radiogener
Isotope entstehenden Wärme gespeist.
tung von 10GW-1 TW. Eine neuere Kombination von
Laborexperimenten und numerischen Simulationsrechnun-
gen zum Geodynamo ergab eine etwas engere Spannbreite
von 0,2 TW-0,5TW an magnetischer Energie, die wie-
der in joulesche Wärme gewandelt wird (Christensen &
während der Konvektion im flüssigen Erdkern entlang ei-
nes adiabatischen Temperaturgradienten dissipiert wird, so
erhält man eine Spannbreite von 1 TW-2TW. Dies ist um
zwei Größenordnungen geringer als der konduktive Wär-
mestrom. Zur Erzeugung dieser magnetischen Energie ist
allerdings bedeutend mehr Wärme erforderlich. Entspre-
chend einem carnotschen
67
Wirkungsgrad von 20% für
die Wandlung von kinetischer Energie der freien, durch
thermisch oder stofflich bedingte Dichteunterschiede ange-
triebenen Konvektion im Erdmantel in magnetische Energie
den Antrieb des magnetischen Geodynamos erforderlichen
Wärmefluss auf 5 TW-10 TW. Da die magnetische Energie
jedoch letztlich wieder als Wärme dissipiert wird, welche
zum Antrieb der das Magnetfeld erzeugenden Konvek-
tionsströme beiträgt, stellt dies keine Netto-Wärmesenke
dar und wirkt sich in der globalen Wärmebilanz nicht
aus.
Vulkanismus
: Durch Ausstoß von Dampf, Lava und
Asche verliert die Erdoberfläche durch Wärmeadvektion
Energie mit einer geschätzten Rate von ca. 0,32 TW. Diese
liegt um zwei Größenordnungen unter jener des konduktiven
terrestrischen Wärmeflusses.
Globaler Wärmestrom
: Die globale konduktive Abkühl-
rate der Erdoberfläche wird mit Hilfe der in kontinentalen
und marinen Bohrungen bestimmten vertikalen Wärme-
stromdichte q
z
ermittelt, der Wärme, die pro Zeiteinheit eine
Ihr aktueller globaler Mittelwert q
z
D 91;6
mWm
2
ergibt
sich aus einer Kompilation von insgesamt 38 347 Mes-
sungen weltweit, davon 16 337 auf den Kontinenten und
telwert
6.2.2 Wärmesenken
In der Erde werden die folgenden vier Prozesse durch Wär-
me angetrieben: (i) langwellige Wärmestrahlung; (ii) Ener-
gieversorgung des geomagnetischen Dynamos; (iii) Vulka-
nismus; (iv) globaler terrestrischer Wärmestrom. Bis auf
den Antrieb des Geodynamos wirken diese Prozesse in der
Energiebilanz der Erde als Wärmesenken. Nach der domi-
nierenden langwelligen Wärmestrahlung stellt der globale
terrestrische Wärmefluss die nächst große Wärmesenke dar.
Ihre Beiträge sind im Einzelnen:
(i) Langwellige Wärmestrahlung
: Von der Leistung der
solaren Einstrahlung von 43,75 PW, die in der Atmosphä-
re absorbiert werden, erwärmen 73% unmittelbar die At-
mosphäre, während etwa 27% in kinetische Windenergie
umgewandelt werden. Hiervon werden ca. 10% auf Wellen
Schließlich wird alle Wind- und Wellenenergie wieder in
Wärme gewandelt und als terrestrische, langwellige Strah-
lung wieder abgestrahlt. Da Gesteine und Böden Wärme nur
schlecht leiten, dringt der Großteil der direkt auf die Erd-
oberfläche einfallenden Strahlungsleistung von 78,75 PW
und wird unmittelbar, insbesondere aber nachts, als terrestri-
sche, langwellige Strahlung wieder abgestrahlt.
Energieversorgung des magnetischen Geodynamos
: e
nach den jeweiligen Annahmen erfordert der Antrieb des
magnetischen Geodynamos eine elektromagnetische Leis-
70;9
mWm
2
q
z
;
Kontinente
D
ist geringer als der
67
Maximaler Wirkungsgrad eines thermodynamischen Kreisprozesses:
˜
D
.
, benannt nach dem Ingenieur und
Physiker Nicolas Léonard Sadi Carnot (Frankreich; 1796-1832). Er
publizierte 1824 seine für die Entwicklung der Thermodynamik bedeu-
tende Arbeit über den Wirkungsgrad und die Theorie der Wärmekraft-
maschinen (besonders der Dampfmaschine), wobei er den carnotschen
Kreisprozess einführte. Allerdings gründeten seine Überlegungen noch
auf die damals vorherrschende Vorstellung eines unzerstörbaren Wär-
mestoffs. Doch wenig später vertrat er die Auffassung, dass Wärme aus
der Bewegung der kleinsten Teilchen resultiere. Auf dieser Grundlage
berechnete er bereits vor J. R. Mayer das mechanische Wärmeäqui-
valent. Erst 1834 wurden Carnots Überlegungen durch Clapeyron
allgemein zugänglich gemacht, 1850 durch Clausius eingehend gewür-
digt (siehe Fußnote 64) und in eine mit dem Satz von der Erhaltung der
Energie verträgliche Form gebracht (Brockhaus-Enzyklopädie Online,
2011).
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max
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1
