Geoscience Reference
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Tab. 6.23
Wellenlängen
und Eindringtiefen z
für harmonische
Variationen der Temperatur an der Erdoberfläche mit Perioden T
(
ƒ
›
D
10
6
m
2
s
1
)
T
z
(m)
ƒ
(m)
1min
0,027
0,0044
1h
0,21
0,034
1d
1
0,166
1a
20
3,2
100 a
200
32
10 000 a
2000
320
2
ke
kz
cos
.¨
t
©
kz
C =4/
D
T
O
p
¨=›
e
z
p
¨=.2›/
cos
t
©
z
p
¨=.2›/ C =4
¨
:
(6.156)
Die bisherigen Überlegungen dienten zur Berechnung der
durch die zeitliche Variation der Temperatur an der Ober-
fläche der Erde
T
O
.
z
D 0;
t
/
verursachten Störung des
stationären Verlaufs der Temperatur und des vertikalen Tem-
von Interesse, wenn diese instationäre Temperatursignatur
mit einer entsprechenden Klimakorrektur aus in Bohrun-
gen gemessenen Temperaturen entfernt werden soll. Diese
korrigierten Daten könnten dann beispielsweise als Grundla-
ge dienen für eine Extrapolation der Temperatur in größere
Tiefen oder zur Schätzung der verfügbaren geothermischen
Energie.
Die Erforschung der Ursachen und Auswirkungen der
mit großer Wahrscheinlichkeit wesentlich durch mensch-
liche Aktivitäten verursachten und über die letzten ca.
100 Jahre beobachteten Veränderungen des Erdklimas eröff-
nen jedoch eine weitere Verwendung dieser klimabedingten
Temperatursignaturen: Da sie wegen der geringen thermi-
schen Diffusivität der Gesteine nur langsam in die Tiefe
diffundieren, werden sie relativ lange im oberflächen-
nahen Temperaturfeld der Erdkruste gespeichert. Daher
können auch vergleichsweise lange zurückliegende Er-
eignisse noch in relativ flachen Bohrungen nachgewiesen
und mit geeigneten Inversionsmethoden zur Rekonstruktion
des zeitlichen Verlaufs der Temperatur an der Erdoberflä-
che genutzt werden. Was aus der einen Blickrichtung ein
Störsignal darstellt, erweist sich somit in anderer Hinsicht
als Nutzsignal. Hierbei erweist es sich bei dieser thermi-
schen „Bohrlochklimatologie“ als besonders wertvoll, dass
der in die Vergangenheit reichende Zeitbereich umso grö-
ßer ist, je tiefer die gemessenen Temperaturprofile sind.
Denn nur wenige der direkten instrumentellen Messun-
gen von Luft- bzw. Bodentemperatur reichen mehr als ca.
130 Jahre vor heute zurück - die ältesten Aufzeichnungen
datieren aus dem 17. Jahrhundert. Dies macht die Ergeb-
Abb. 6.28
Variation der Temperatur T als Funktion von Tiefe z und
Zeit t in Jahren, verursacht durch eine konstante Anstiegsrate der
Temperatur der Erdoberfläche von 10 mK a
1
(
›
D
10
6
m
2
s
1
;
T
O
;
ref
D
6
°C;
D
30
Kkm
1
)
nach unten; k
z
D
z
p
=.›
T
/
ist die Phasenverschiebung und
e
kz
D
e
z
p
=.›
T
/
die Dämpfung. Als Skin- oder Eindring-
tiefe z* wird jene Tiefe bezeichnet, in der eine Störung auf
1=
e bzw. 36,8% ihres Werts an der Erdoberfläche abgeklun-
z
D
p
2›=¨ D
p
›
T
= :
(6.155)
Diese Definition ermöglicht allerdings noch keine Aussa-
ge, ob eine Signatur dieser Größe akzeptabel ist, weder in
Hinsicht auf die Störung des Temperaturfelds noch auf die
Möglichkeit einer Inversion von Paläotemperaturen. Bezo-
gen auf eine thermische Diffusivität von
› D 10
6
m
2
s
1
vermittelt Tab.
6.23
eine Vorstellung von den zu bestimmten
Perioden T gehörenden Wellenlängen
ƒ
und Eindringtie-
fen z
.
Unter Bea
c
htung der trigonometrischen Identität sin
'
p
cos
' D
2
cos
.' C =4/
erhält man die Gradientenstö-