Wärme und Temperaturfeld der Erde - Einfuhrung in die Geophysik - page 272

Tab. 6.13 Typische Wertebereiche für Dichte ¡ , isobare spezifische Wärmekapazität c p und (volumenbezogene) thermische Kapazität ¡ c p ausge-

wählter Gesteine und Minerale bei 20 °C (Waples & Waples 2004 ; Petrunin et al. 2004 )
Gestein bzw. Mineral ¡ (kgm 3 ) c p (J kg 1 K 1 ) ¡ c p (kJ m 3 K 1 )

Albit 2540-2560 755-780 1922-1991

Amphibol 3010 700-1134 2110-3410

Anhydrit 2950-2960 590-940 1740-2780

Anorthit 2740 800 2202

Basalt 2870 880-900 2526-2583

Diabas 2790 731-860 2040-2400

Dolomit 2800 900 2520

Gabbro 2970-3000 650-1000 1950-2970

Gips 2370 1010 2390

Gneis 2700 770-979 2080-2640

Granit 2620-2650 600-1172 1590-3070

Kalkstein 2760-2770 680-880 1880-2430

Kohle 1350 1300 1760

Peridotit 2740-3190 705-1005 1930-3210

Pyroxenit 3190-3240 660-1000 2140-3190

Quarzit 2640 731-1013 1930-2670

Sandstein 2640 775 2050

Schiefer 2770-2900 790-1096 2190-3180

Serpentinit 2270-2540 730-1005 1660-2550

Schluffstein 2680 910 2449

Steinsalz 2160 880 1900

Syenit 2820 460 1300

Ta l k 2780 1000 2780

Ton 2680 860 2300

Tonschiefer 2770-2780 740-1113 2060-3080

Tuff 2750 1090 3000

dieser Isotope sind in der Erdkruste und im Erdmantel ange-
reichert (Tab. 6.14 ) . Im Zuge des radioaktiven Zerfalls wird
Masse in Energie umgewandelt. Mit Ausnahme des kleinen
Anteils für Antineutrinos bzw. Neutrinos, welche beim

2615 keV bzw. 912 keV und 966 keV erzeugt. Auch Thorium
ist ein Spurenelement, chemisch relativ inaktiv und häufig
an Tonminerale gebunden. Das einzige instabile Isotop von
Kalium ist 40 K. Es zerfällt durch Elektroneneinfang oder
-abstrahlung zu Argon 40 Ar oder Calcium 40 Ca, mit einer
entsprechenden charakteristischen Spitze bei 1460 keV im
” -Spektrum des Kaliumzerfalls. Viele Tonminerale enthal-
ten mehrere Prozent an Kalium.
Die bei diesen Zerfällen freigesetzte Energie setzt sich
aus der kinetischen Energie der abgestrahlten Teilchen und
der ” -Strahlung der verschiedenen Zerfallsprozesse zusam-
men. Sie wird von den Gesteinen absorbiert und in Wärme
umgewandelt. Im Allgemeinen setzt sich die gesamte Wär-
meproduktionsrate A von Gestein aus der Summe der Ein-
zelbeiträge A 0 U ,A 0 Th , und A 0 K von Uran, Thorium und Kalium
zusammen:
A D ¡ C U A 0 U C C Th A 0 Th C C K A 0 K ;

“ -
und “ C -Zerfall bzw. beim Elektroneneinfang erzeugt wer-
den, wird diese gesamte Energie in Wärme umgewandelt.
Charakteristische Spitzen in den jeweiligen ” -Spektren ent-
sprechen den jeweiligen Zerfallsreihen, das kontinuierliche
Hintergrund-Spektrum der Compton-Streuung und fotoelek-
trischen Absorption.
Die zwei Uranisotope 238 U und 235 U zerfallen zu Blei
206 Pb und 207 Pb mit den jeweiligen Halbwertszeiten von 4,5
und 0,7 Milliarden Jahren (siehe Abschn. 2.1 ) . Charakteris-
tische Linien im -Spektrum der 238 U-Zerfallsserie werden

z. B. vom Tochterelement Wismut, 214 Bi bei 609 keV,
1120 keV und 1764 keV erzeugt. Viele Gesteine enthalten
Uran häufig als mobiles Spurenelement. Thorium 232 Th zer-
fällt ebenso zu Blei, 208 Pb, mit einer Halbwertszeit von 14,1
Milliarden Jahren. Charakteristische Linien im ” -Spektrum
der 232 Th-Zerfallsserie werden von den Tochterelemen-
ten Thallium 208 Tl bzw. Actinium 228 Ac bei 584 keV und

”

(6.76)

wobei die Dichte, und A 0 sowie C die massenbezoge-

ne Wärmeproduktionsrate und Konzentration der jeweiligen

¡