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Lexikon der Geowissenschaften: Wärmeproduktion

Wärmeproduktion, Wärmeproduktionsrate, sie ergibt sich aus der Wärmemenge, die in 1 m3 Material in 1 Sekunde erzeugt wird; Einheit W/m3, im praktischen Gebrauch μW/m3. Die wichtigste exotherme Reaktion in der Erde ist der Zerfall radioaktiver Elemente. 35 bis 80% der an der Erdoberfläche gemessenen Wärmestromdichte werden hierdurch erzeugt (radiogene Wärme). Bei dem Zerfall radioaktiver Elemente gelten die Wärmeproduktionsraten der Tabelle. In tektonisch aktiven Gebieten der Erde, vor allem im Bereich von Subduktionszonen, treten Relativbewegungen zwischen Lithosphärenplatten auf. Die bei der Reibung entstehende Wärme ergibt sich als Produkt aus Scherspannung und Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Gesteinsplatten. Je nach Größe der Scherspannung kann die durch Reibung erzeugte Wärme Werte bis zu 100 μW/m3 erreichen. Die Möglichkeiten für die Entstehung von Reibungswärme sind jedoch auf einen schmalen Bereich maximaler Relativbewegung zwischen zwei Gesteinskörpern beschränkt. Aus den Untersuchungen der Wärmestromdichte in tektonisch aktiven Gebieten (z.B. San Andreas-Verwerfung, chilenische Anden) kann kein nennenswerter Beitrag der Reibungswärme zum Gesamtwärmehaushalt der Erde abgeleitet werden. In Oberflächennähe kommt es bei Anwesenheit von Sauerstoff und Wasser zur Oxidation von sulfidischen Mineralen. Eine typische Reaktion ist die Pyritumwandlung:

2FeS2+7,5O2+H2O=2Fe3++4SO42-+2H++1418,7kJ/Mol.

Derartige exotherme Umwandlungen treten besonders in Bergbauhalden und -kippen sowie in Schlackenhalden und Reststoffdeponien auf und können zu hohen Temperaturen bis über 300ºC führen. Auch bei der ober- oder untertägigen Laugung (Leaching-Verfahren) von Erzen (z.B. Kupferbergbau in Chile) treten deutliche exotherme Reaktionen auf. Die Erfassung und Überwachung der Temperatur kann dabei zur Steuerung und Optimierung des Laugungsprozesses verwandt werden. Die Umwandlung sulfidischer Minerale erfolgt in vielen Fällen unter Beteiligung mikrobieller Prozesse, die ebenfalls exotherm sind. Mikrobielle exotherme Abläufe führen bei der Zersetzung organischer Materie besonders im Innern von Deponien zu einem starken Temperaturanstieg. Mit Langzeitmessungen (Geomonitoring) der Temperatur kann in Deponien, Halden und Kippen die zeitliche Entwicklung der Wärmeproduktion erfaßt und überwacht werden. [EH]


Wärmeproduktion (Tab.): Wärmeproduktionsraten beim Zerfall radioaktiver Elemente.
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