Temperatur

Question 1

Energiequellen der Erde

Answer 1

Reflektion und “Re Radiation” von Sonnenenergie (4.000)
Geothermale Energie aus dem Erdinneren (1)
Gezeitenenergie durch Reibung (0,1)
Elastische Energie in Erdbeben (0,01)

Question 2

Temperatur an der Erdoberfläche beeinflusst durch:

Answer 2

Wärmeeinstrahlung der Sonne
Wärmeabstrahlung in den Weltraum
Wärme aus dem Erdinneren hat für Oberflächentemp kaum Effekt

Question 3

Formel Temperatur

Answer 3

T^4 = 1/4 S_0*(1-alpa)*(1/sigma)
T: Temperatur
S_0: Solarkonstante
sigma: Boltzmann Konstante
alpha: albedo (gibt Reflexion der eingestrahlten Leistung an)

Question 4

Eindringtiefe von Temperaturstörungen

Answer 4

Starke T haben geringe Eindringtiefe (je tiefer messbar desto langwelliger)
Langsame Änderungen von T dringen tiefer in Erde ein (ab 80 cm Tagesvariationen weg)
Rekonstuktionen aus Bohrlloch messungen möglich (zunehmende Tiefe - zunehmende Phasenverschiebung)

Question 5

Nutzung der Erdwärme

Answer 5

Oberflächennahe Nutzung der Erdwärme
Wärme und Kälte Speicherung in Aquiferen
hydrothermale Lagerstätten
Hot Dry Rock systeme

Direkte Wärmenutzung und Stromerzeugung

Question 6

Quellen Temperatur im Erdinnern

Answer 6

Anganfswärme aus Kompression der Erdmasse und Meteoriteneinschlägen (etwa 30-40% der heute in der Erde gespeicherten Energie)
Wärme aus radioaktiven Zerfallsprozessen in der Kruste

Question 7

Abstrahlung von Wärme

Answer 7

seit der Entstehung - so Bildung der Kruste, Schlechter Wärmeleiter- Wärme nur langsam nach Außen abgegeben

Question 8

Wärmeleitfähigkeit

Answer 8

Stoffeigenschaft
beschreibt Energietransport: gibt an welche Wärmemenge in 1s durch eine 1m dicke Stoffschicht mit der Fläche 1 m^2 fließt bei ∆T = 1 K
Einheit: (W/mk)

Question 9

Formelzeichen Wärmeleitfähigkeit

Answer 9

k

Question 10

Formel mit Wärmestromdichte

Answer 10

q = -k * (dT/dz)
q: Wärmestromdichte
k: Temperaturleitfähigkeit
dT/dz : Temperatur gradient

Question 11

Temperaturleitfähigkeit

Answer 11

Stoffeigenschaft
beschreibt zeitliche Änderung der räumlichen Verteilung der Temperatur
Formelzeichen: kappa oder a
Einheit m^2/s

Question 12

Formel Temperaturleitfähigkeit

Answer 12

kappa = k* 1/(rho*c)
rho : Dichte
c: spezifische Wärmekapazität

Question 13

Wärmetransport Mechanismen

Answer 13

Wärmeleitung (Konduktion in Kruste)
Konvektion (in Mantel)
Strahlung (nicht IN der Erde)

Question 14

Konduktion

Answer 14

Entscheidender Wärmetransport in der Kruste ( in Mantel 2 Gr. Ord. kleiner)
Zeitabhängige Wärmeleitung wird beschrieben durch Wärmeleitungsgleichung

Question 15

Formel Wärmeleitungsgleichung

Answer 15

rho * c_p *(dT/dt) = k*(d^2T /dz^2)- rho H
rho: Dichte
c_p: Spezifische Wärme
T: Temperatur (in Kelvin)
k: Wärmeleitfähigkeit
H: Wärmeproduktion

Question 16

Wärmestrom

Answer 16

Ist Wärmestromdichte furch eine Fläche
fließt von Warm nach kalt
q von Temperaturgradient und Wärmeleitfähigkeit abhängig

Question 17

Formel Eindringtiefe

Answer 17

d^2 = 2k/w 
d: Tiefe
k : Tempertaurleitfähigkeit
w = 2π/T
T: Periode der Störung

Question 18

Diffusionszeit Formel

Answer 18

t = z^2 /k z : Entfernung

k: Temperaturleitfähigkeit

Question 19

Mechanismus Konvektion

Answer 19

Erwärmung von unten oder Innen
Abkühlung von Oben
Thermische Ausdehnung führt zu Auftrieb
heißes Material steigt auf
kühlt sich an Oberfläche ab
sinkt als kaltes Material wieder ab

Question 20

Rayleigh Zahl Formel

Answer 20

Ra = rho* alpha* g*∆T*h^3/(µ*k)
rho: Dichte
k: Temperaturleitfähigkeit
g: Schwerebeschleunigung
∆T: Temperaturgradient
h: Entfernung zwischen T1  T2
µ: Viskosität
alpha: Volumenausdehnungskoeffizient

Question 21

kritische Rayleigh Zahl im Mantel

Answer 21

1107, ab dann tritt Konvektion auf

Question 22

Konvektion im Erdmantel

Answer 22

Bedingungen gegeben 
Antrieb für Plattentektonik
Bedingungen komplizierter:
sphärische Geometrie
Heizung unten (KMG) und innen (Radioaktivität)
Viskosität ist abhängig von Temperatur und Druck
Dichte ist Abhängig von Tiefe
Es liegen Phasenänderungen vor

Question 23

äußere Wärmequellen

Answer 23

Solare Einstrahlung (netto 0,0032-0,032TW)
Gezeitenreibung(0,11TW)

Question 24

innere Wärmequellen

Answer 24

Ursprungswärme (7,5TW)
latente Wärme und potentielle Energie (2,73 TW)
Reibungswärme durch Erdbeben(0,36-2,5TW)

Question 25

Wärme durch radioaktiven Zerfall

Answer 25

Bei Zerfall wird Energiefrei
größte Wärmeproduktion in oberer Kontinentaler Kruste (Granit)
ozeanische Kruste eine Gr Ord. weniger (Basalt)
Mantel( Peridotit): noch geringere Wärmeproduktionaber deutlich größere Masse!

Question 26

Wärmesenken

Answer 26

langwellige Wärmestrahlung
Energieversorgung des Geodynamos(keine netto senke)
Vulkanismus (ca 0,32 TW)
globaler Wärmestrom (ca 46,7 TW)

Question 27

Wärmebilanz der Erde

Answer 27

gibt Wärme ab und kühlt sich daher ab