Geoscience Reference
In-Depth Information
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
rung aus der Ableitung von ( 6.153 ) nach der Tiefe z:
. z / tD 0 D T O p
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-
peraturgradienten mit der Tiefe ( 6.141 ) . Dies ist immer dann
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-
gen ist. Nach ( 6.153 ) wird diese erreicht für:
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-
 
 
Search WWH ::




Custom Search