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Geothermische Energie

Geothermische Energie

Die Geothermie, oder Erdwärme, ist die in dem oberen (zugänglichen) Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt, als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung, als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdkörpers. Erdkörper] Erdkörper]

Ursprung geothermischer Energie

Geothermie stammt zum geringeren Teil (30 Prozent) aus der Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung (Akkretion), zum größeren Teil (70 Prozent) aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erdkruste seit Jahrmillionen kontinuierlich Wärme erzeugt haben und heute noch erzeugen. Ganz oberflächennah kommen Anteile aus der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche und aus dem Wärmekontakt mit der Luft dazu. Die Temperatur im inneren Erdkern beträgt nach verschiedenen Schätzungen 4500 °C bis 6500 °C. 99 Prozent unseres Planeten sind heißer als 1000 °C; 99 Prozent vom Rest sind immer noch heißer als 100 °C. Fast überall hat das Erdreich in 1 Kilometer Tiefe eine Temperatur von 35 °C bis 40 °C (siehe auch Geothermische Tiefenstufe). Unter besonderen geologischen Bedingungen – zum Beispiel in heutigen oder früheren Vulkangebieten – entstehen geothermische Anomalien. Hier kann die Temperatur viele hundert Grad Celsius erreichen.

Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung

Die Erde ist vor zirka 4,6 - 4,7 Milliarden Jahren durch Akkretion von Materie entstanden. Hierbei erhitzt sich das Material, wobei kinetische Energie (Bewegungsenergie) in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie hat sich wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit der Gesteine und damit der geringen Wärmeabgabe an den Weltraum bis heute zum größten Teil erhalten und kann als Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung bezeichnet werden.

Radioaktive Zerfallsprozesse

Dieser Anteil der Geothermie geht auf den natürlichen Zerfall der im Erdkörper vorhandenen langlebigen radioaktiven Isotope wie z.B. Uran-235 und U-238, Thorium-232 und Kalium-40 zurück. Diese Elemente sind in die Kristallgitter bestimmter Minerale eingebaut, beispielsweise in die Feldspäte und Glimmer in Graniten. Es handelt sich um eine natürliche Form der Kernenergie. Die Leistung, die aus dem radioaktiven Zerfall resultiert, beträgt etwa 16 · 10¹² Watt. Bei einem mittleren Erdradius von 6 371 km beträgt die geothermische Leistungsdichte des radioaktiven Zerfalls an der Erdoberfläche etwa 0,032 Watt pro Quadratmeter Erdoberfläche.

Wärmestrom aus dem Erdinneren

Die Wärme wird aus tieferen Teilen der Erde durch Wärmeleitung, also Konduktion, aber auch durch Konvektion in für die Nutzung erreichbare Tiefen transportiert. Der terrestrische Wärmestrom, die von der Erde pro Quadratmeter an den Weltraum abgegebene Leistung, ist etwa 0,063 Watt/m² (Wärmestromdichte). Dies ist ein relativ kleiner Wert und weist schon darauf hin, dass sich Geothermie vorwiegend zur dezentralen Nutzung eignet. In anomalen Gebieten, wie etwa vulkanischen Gebieten, kann der Wärmefluss um ein Vielfaches größer sein. Wegen der geringen Wärmestromdichte wird bei der Geothermienutzung vorwiegend nicht die aus dem Erdinneren nachströmende Energie, sondern die in der Erdkruste gespeicherte Energie genutzt oder abgebaut. Eine Geothermienutzung muss so dimensioniert werden, dass die Auskühlung des betreffenden Erdkörpers so langsam voranschreitet, dass in der Nutzungszeit der Anlage die Temperatur nur in einem Umfang absinkt, der einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage gestattet.

Einteilung der Geothermiequellen

Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt werden. Hierbei wird zwischen der Nutzung der
- oberflächennahen Geothermie zur direkten Nutzung, meist zum Heizen und Kühlen, und der
- tiefen Geothermie zur direkten Nutzung oder auch zur Stromerzeugung unterschieden. Weiterhin wird zwischen Hoch- und Niedrigenthalpie-Lagerstätten unterschieden. Hochenthalpie bedeutet, dass derartige Lagerstätten eine hohe Temperatur bereit stellen.

Tiefe Geothermie

Je tiefer man in der Erdkruste bohrt, umso höher steigt die Temperatur an. Im Durchschnitt erhält man pro Kilometer Tiefe eine Temperaturerhöhung von 35 K bis 40 K (geothermische Tiefenstufe). Die geothermische Tiefenstufe ist jedoch regional sehr unterschiedlich. Abweichungen vom Standard werden als Wärmeanomalien bezeichnet. Interessant sind besonders Gebiete mit deutlich höheren Temperaturen. Hier können die Temperaturen schon in geringer Tiefe mehrere hundert Grad betragen. Derartige Anomalien sind häufig an Vulkanaktivität geknüpft. In der Geothermie gelten sie als hochenthalpe Lagerstätten. Sie werden weltweit zur Stromerzeugung genutzt.

Hochenthalpie-Lagerstätten

Die weltweite Stromerzeugung aus Geothermie wird durch die Nutzung von Hochenthalpie-Lagerstätten dominiert. Diese sind Wärmeanomalien die mit vulkanischer Tätigkeit einhergehen. Dort sind mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser / Dampf) in geringer Tiefe anzutreffen. Ihr Vorkommen korreliert stark mit Vulkanen in den entsprechenden Ländern.

Abhängig von den Druck- und Temperaturbedingungen können Hochenthalpie-Lagerstätten mehr dampf- oder mehr wasserdominiert sein. Früher wurde der Dampf nach der Nutzung in die Luft entlassen, was zu erheblichem Schwefelgeruch führen konnte (Italien, Larderello). Heute werden die abgekühlten Fluide in die Lagerstätte reinjiziert (zurück gepumpt). So werden negative Umwelteinwirkungen vermieden und gleichzeitig die Produktivität durch Aufrechterhalten eines höheren Druckniveaus in der Lagerstätte verbessert.

Niederenthalpie-Lagerstätten

In nichtvulkanischen Gebieten können die Temperaturen im Untergrund sehr unterschiedlich sein. In der Regel sind jedoch, wenn für die Nutzung höhere Temperaturen gebraucht werden, tiefe Bohrungen notwendig. Für eine wirtschaftliche Stromerzeugung sind Temperaturen über 100 °C erforderlich. Liegen diese in einem Aquifer vor, so kann aus diesem Wasser gefördert, abgekühlt und reinjiziert werden. Man spricht dann von Hydrothermaler Geothermie. Ist das Gestein, in dem die hohen Temperaturen angetroffen wurden, wenig permeabel, so dass aus ihm kein Wasser gefördert werden kann, so kann man dort auf einem künstlichem Risssystem Wasser zirkulieren lassen. Man spricht von Petrothermaler Geothermie. Eine weitere Möglichkeit, bei der allerdings vergleichsweise wenig Energie extrahiert wird, ist eine tiefe Erdwärmesonde, wo das Wasser nur innerhalb der Sonde zirkuliert (Geschlossenes System). Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der Wärmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden:
- Hydrothermale Systeme: im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter (Aquifere)
- Petrothermale Systeme, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulationsmaßnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, in welchen künstlich eingebrachtes Wasser zwischen zwei tiefen Brunnen zirkuliert.
Tatsächlich ist die Annahme, bei diesen Temperaturen und Tiefen trockene Gesteinsformationen vorzufinden, nicht korrekt. Aus diesem Grund existieren auch verschiedene andere Bezeichnungen für dieses Verfahren: u. a. Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) oder Enhanced Geothermal System (EGS). Eine neutrale Bezeichnung ist Petrothermale Systeme.
- Tiefe Erdwärmesonden: das Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde Welches der in Frage kommenden Verfahren zum Einsatz kommt, ist von den geologischen Voraussetzungen am Standort, von der benötigten Energiemenge und dem geforderten Temperaturniveau der Wärmenutzung abhängig. Derzeit werden in Deutschland fast ausschließlich hydrothermale Systeme geplant. HDR-Verfahren befinden sich in den Pilotprojekten in Bad Urach und in Soultz-sous-Forêts im Elsass in der Erprobung. In SE-Australien (Cooper Basin, New South Wales) ist seit 2001 ein kommerzielles Projekt im Gange (Firma Geodynamics Limited).

Hydrothermale Systeme

Für die hydrothermale Geothermie werden in großen Tiefen natürlich vorkommende Thermalwasservorräte, sogenannte Heißwasser-Aquifere (wasserführende Schichten) angezapft. Die hydrothermale Energiegewinnung ist je nach Temperatur als Wärme oder Strom möglich.

Petrothermale Systeme

Gesteine in größerer Tiefe weisen eine hohe Temperatur auf (Hot Dry Rock). Diese Energie kann zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Um die Wärme dieser Gesteine nutzen zu können, müssen sie von einem Wärmeträger (Wasser) durchflossen werden, der die Energie anschließend an die Oberfläche bringt. Das durch die heißen Gesteinsschichten erhitzte Wasser kann zur Bereitstellung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen genutzt werden. Besonders interessant ist die Erzeugung von Strom aus dem heißen Dampf. Hierfür wird das im Untergrund erhitzte Wasser dazu genutzt, eine Turbine anzutreiben. Der geschlossene Kreislauf im Zirkulationssystem steht so unter Druck, dass ein Sieden des eingepressten Wassers verhindert wird und der Dampf erst an der Turbine entsteht. Das in der Tiefe vorhandene heiße Gestein wird über Bohrungen erschlossen. Hierbei gibt es mindestens eine Förder- und eine Verpressbohrung, welche durch einen geschlossenen Wasserkreislauf verbunden sind. Zu Beginn wird Wasser mit enorm hohem Druck in das Gestein gepresst (hydraulische Stimulation); hierdurch werden Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet und damit die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht. Dieses Vorgehen ist notwendig, da sonst die Wärmeaustauschfläche und die Durchgängigkeit zu gering wären. Das so geschaffene System aus natürlichen und künstlichen Rissen bildet einen unterirdischen, geothermischen Wärmetauscher. Durch die Injektions-/ Verpressbohrung wird Wasser in das Kluftsystem eingepresst, wo dieses zirkuliert und sich erhitzt. Anschließend wird es durch die zweite Bohrung, die Produktions-/Förderbohrung, wieder an die Oberfläche gefördert.

Tiefe Erdwärmesonden

Die tiefe Erdwärmesonde ist ein geschlossenes System zur Erdwärmegewinnung. Sie besteht aus einer 2000 bis 3000 m tiefen Bohrung, in der ein Fluid zirkuliert. In der Regel schließt man dabei das Fluid in einem koaxialen Rohr ein: In einem dünneren Innenrohr fließt die kalte Flüssigkeit nach unten, in dem größeren Außenrohr steigt die erwärmte Flüssigkeit wieder hoch. Derartige Erdwärmesonden haben gegenüber offenen Systemen den Vorteil, dass kein Kontakt zum Grundwasser besteht. Sie sind an jedem Standort möglich. Ihre Entzugsleistung hängt neben technischen Parametern von den Gebirgstemperaturen und der Leitfähigkeiten des Gesteins ab. Sie wird jedoch nur einige hundert kW betragen und somit wesentlich kleiner sein als bei einem vergleichbaren offenen System. Dies liegt daran, dass die Austauschfläche mit dem Gebirge sehr klein ist, da sie praktisch der Mantelfläche der Bohrung entspricht. Neue tiefe Erdwärmesonden werden zurzeit (2005) in Aachen (Universität) und Arnsberg (Freizeitbad Nass) gebaut. Alternativ zur Zirkulation von Wasser (eventuell mit Zusätzen) in der Erdwärmesonde sind auch Sonden mit Direktverdampfern (Wärmerohre oder aus dem Englischen Heatpipes) vorgeschlagen worden. Als Arbeitsmittel kann entweder eine Flüssigkeit mit einem entsprechend niedrigen Siedepunkt verwendet werden, oder ein Gemisch beispielsweise aus Ammoniak und Wasser. Eine derartige Sonde kann auch unter Druck und dann beispielsweise mit Kohlendioxid betrieben werden. Heatpipes können eine höhere Entzugsleistung haben als konventionelle Sonden, da sie auf ihrer gesamten Länge die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels haben können.

Oberflächennahe Geothermie

Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark. Innerhalb der oberen Schichten des Erdbodens werden diese Temperaturen jedoch nicht bzw. nur sehr stark gedämpft nachvollzogen. Aus mathematischer Sicht folgt der Temperaturverlauf einer gedämpften harmonischen Schwingung. In 5 bis 10 m Tiefe entspricht die im Boden gemessene Temperatur praktisch der Jahresmitteltemperatur des Standortes (ca. 8 bis 10 °C in Deutschland). ([http://www.teramex.de/erdwaerme/main.html Schaubild]) Mittels Erdwärmesonden (vertikale oder schräge Bohrungen oder horizontal und oberflächennah ins Erdreich eingebrachte Systeme), aber auch mit erdgebundenen Beton-Bauteilen wird die Wärme an die Oberfläche gefördert. Meist kommen Wärmepumpen zum Einsatz, um Heiz-Anwendungen für Gebäude zu realisieren. Mit Erdwärme kann im Sommer aber auch gekühlt werden.

Geothermie aus Bergbauanlagen

Bergwerke und ausgeförderte Erdgaslagerstätten, die wegen der Erschöpfung der Vorräte stillgelegt werden, sind denkbare Projekte für Tiefengeothermie. Dies gilt eingeschränkt auch für tiefe Tunnelbauwerke. Die dortigen Formationswässer sind je nach Tiefe der Lagerstätte 60 bis 120 °C heiß, die Bohrungen oder Schächte sind oft noch vorhanden und könnten nachgenutzt werden, um die warmen Lagerstättenwässer einer geothermischen Nutzung zuzuführen. Derartige Anlagen zur Gewinnung der geothermischen Energie müssen so in die Einrichtungen zur Verwahrung des Bergwerks integriert werden, dass die öffentlich rechtlich normierten Verwahrungsziele, das stillgelegte Bergwerk (§ 55 Absatz 2 Bundesberggesetz und § 69 Abs. 2 Bundesberggesetz) gefahrenfrei zu halten, auch mit den zusätzlichen Einrichtungen erfüllt werden.

Saisonale Wärmespeicher

Geothermie steht immer, also unabhängig von der Tages- und Jahreszeit und auch unabhängig vom Wetter zur Verfügung. Optimal wird eine Anlage dann arbeiten, wenn sie auch dementsprechend zeithomogen genutzt wird. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn im Winter geheizt und im Sommer gekühlt wird und die hierzu nötigen Energiemengen etwa gleich sind. Beim Kühlen im Sommer ergibt sich dabei eine Erwärmung des Reservoirs und damit dessen Regeneration. Verstärkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen z. B. Solarthermie kombiniert wird. Solarthermie stellt Wärme vorwiegend im Sommer zur Verfügung, wenn sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie lässt sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen Wärmespeicher einspeisen und im Winter wieder abrufen. Die Verluste sind standortabhängig, aber in der Regel gering. Saisonale Speicher können sowohl oberflächennah, als auch tief ausgeführt werden. Sogenannte Hochtemperatur-Speicher (> 50 °C) sind allerdings nur in größerer Tiefe denkbar. Beispielsweise verfügt das Reichstagsgebäude über einen derartigen Speicher.

Nutzung von Erdwärme

Die Geothermie ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Mit den Vorräten, die in unserem Planeten gespeichert sind, könnte im Prinzip der weltweite Energiebedarf gedeckt werden. Bei der Nutzung der Geothermie unterscheidet man zwischen Direkter Nutzung, also der Nutzung der Wärme selbst und der Nutzung nach Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk. Aus der Sicht der Optimierung von Wirkungsgraden sind auch hier Kraft-Wärme-Kopplungen (KWK) optimal. Das Problem sind hierbei die Abnehmer der Wärme. Nicht an jedem Kraftwerksstandort werden sich Abnehmer für die Wärme finden lassen. Die Forderung nach ausschließlich KWK- Projekten bleibt ein Wunschtraum.

Direkte Nutzung

Geothermische Energie wird seit über 10.000 Jahren genutzt. Unsere Vorfahren haben vermutlich geothermisches erwärmtes Wasser zum Kochen, Baden und Heizen verwendet.

Frühe balneologische Anwendungen finden sich in den Bädern des Römischen Reiches, im Mittleren Königreich der Chinesen und der Ottomanen. In Chaudes-Aigues im Zentrum Frankreichs existiert das erste historische, geothermische Fernwärmenetz dessen Anfänge bis ins 14. Jahrhundert zurückreichen. Wärme wird heutzutage in vielfältiger Weise gebraucht (Wärmemarkt). Eine klassische Darstellung der dabei benötigten Temperaturen gibt das Lindal Diagramm (Baldur Lindal, 1918-1997): Für die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Aus tiefer Geothermie können häufig die benötigten Temperaturen direkt zur Verfügung gestellt werden. Reicht dies nicht, so kann die Temperatur durch Wärmepumpen angehoben werden, so wie dies meist bei der oberflächennahen Geothermie geschieht. Hier sind nur wenige Anwendungen ohne Wärmepumpe möglich. Die wichtigste ist die natürliche Kühlung, bei der Wasser mit der Temperatur des flachen Untergrundes, also der Jahresmitteltemperatur des Standortes, direkt zur Gebäudekühlung verwendet wird. Diese natürliche Kühlung hat das Potential, weltweit Millionen von elektrisch betriebenen Klimageräten zu ersetzen. Sie wird jedoch derzeit nur wenig angewendet. Eine weitere direkte Anwendung ist das Eisfreihalten von Brücken und Straßen. Auch hier wird keine Wärmepumpe benötigt, denn der Speicher wird durch Abführung und Einspeicherung der Wärme von der heißen Fahrbahn im Sommer regeneriert. Dazu zählt auch das frostfreie Verlegen von Wasserleitungen. Die im Boden enthaltene Wärme lässt den Boden im Winter nur bis in eine geringe Tiefe einfrieren. Für die Wärmenutzung aus tiefer Geothermie eignen sich niedrigthermale Tiefengewässer mit Temperaturen zwischen 40 und 100 °C, wie sie vor allem im süddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und in Teilen der norddeutschen Tiefebene vorkommen. Das Thermalwasser wird gewöhnlich aus 1000 bis 2500 Metern Tiefe über eine Förderbohrung an die Oberfläche gebracht, gibt den wesentlichen Teil seiner Wärmeenergie per Wärmeübertrager an einen zweiten, den "sekundären" Heiznetzkreislauf ab. Ausgekühlt wird es anschließend über eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund verpresst, und zwar in die Schicht, aus der es entnommen wurde.

Stromerzeugung

Zur Stromerzeugung wurde die Geothermie zum ersten mal in Larderello in der Toskana eingesetzt. 1913 wurde dort von Graf Piero Ginori Conti ein Kraftwerk erbaut, in dem Wasserdampf-betriebene Turbinen 220 kW elektrische Leistung erzeugten. Heute werden dort 400 MW Strom in Italiens Energienetz eingespeist. Unter der Toskana treffen die nordafrikanische und die eurasische Kontinentalplatte aufeinander, was dazu führt, dass sich Magma relativ dicht unter der Oberfläche befindet. Dieses heiße Magma erhöht hier die Temperatur des Erdreiches soweit, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme möglich ist. Kontinentalplatte Bei der hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 100 °C notwendig. Hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150 °C können direkt zum Antreiben einer Turbine genutzt werden. In Deutschland liegen allerdings die üblichen Temperaturen geologischer Warmwasservorkommen niedriger. Lange Zeit wurde Thermalwasser daher ausschließlich zur Wärmeversorgung im Gebäudebereich genutzt. Neu entwickelte Organic Rankine Cycle- Anlagen (ORC) ermöglichen allerdings eine Nutzung von Temperaturen ab 80 °C zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium, das bei relativ geringen Temperaturen verdampft. Dieser Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an. Eine Alternative zum ORC-Verfahren ist das Kalina-Verfahren. Hier werden Zweistoffgemische, so zum Beispiel aus Ammoniak und Wasser als Arbeitsmittel verwendet. Für Anlagen in einem kleineren Leistungsbereich (< 200 kW) sind auch motorische Antriebe wie Stirlingmotoren denkbar. Geothermie ist grundlastfähig. Die Stromerzeugung aus Geothermie ist traditionell in Ländern, die über Hochenthalpie- Lagerstätten verfügen, in den Temperaturen von mehreren hundert Grad in vergleichsweise geringen Tiefen (< 2000 m) angetroffen werden. Die Lagerstätten können dabei, je nach Druck und Temperatur, Wasser- oder Dampf-dominiert sein. Bei modernen Förderungstechniken werden die ausgekühlten Fluide reinjiziert, so dass praktisch keine negativen Umweltauswirkungen, wie Schwefelgeruch, mehr auftreten.

Geothermie weltweit

Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie. Einen besonderen Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei die Länder, die über Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen. Dort kann der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergieversorgung des Landes erheblich sein, z.B. Geothermale Energie in Island.

Direkte Nutzung international

Im Jahr 2005 waren zur direkten Nutzung von Geothermie weltweit Anlagen mit einer Leistung von 27.842 Megawatt (fast 28 Gigawatt) installiert. Diese haben Energie in der Größenordnung von 261.418 Terajoule pro Jahr (72.616 Gigawattstunden pro Jahr), das entspricht einer mittleren Leistungsabgabe im Jahr von 8,29 GW oder bei einer Weltbevölkerung 2005 von 6,465 Mrd. Menschen 1,28 Watt/Mensch – durchschnittlicher Primärenergieverbrauch 2.100 Watt/Mensch – oder 0,061 % des Primärenergieverbrauchs der Welt. Der Ausnutzungsgrad der installierten Leistung beträgt also etwa 30 % (diese Kennzahl ist wichtig für die überschlägige Kalkulation der Wirtschaftlichkeit von geplanten Anlagen). Länder mit Energieumsätzen größer als 5.000 TJ/Jahr zeigt die Tabelle. Besonders hervorzuheben sind Schweden und Island. Schweden ist geologisch eher benachteiligt, hat aber durch eine konsequente Politik und Öffentlichkeitsarbeit diesen hohen Anteil bei der Nutzung erneuerbarer Energien vorwiegend zum Heizen erreicht. Auch in Island hat die Nutzung dieser Energie einen beträchtlichen Anteil an der Energieversorgung des Landes (ca. 16%), vgl. Geothermale Energie in Island. Es ist inzwischen weltweit Vorreiter auf diesem Gebiet.

Stromerzeugung international

Stromerzeugung aus Geothermie konzentriert sich traditionell auf Länder die über entsprechende Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen (meist Vulkangebiete). In Ländern, die dies, wie Deutschland nicht haben, kann Strom bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wie 100-150 °C erzeugt werden, oder es ist entsprechend tief zu bohren. Weltweit ist geradezu ein Boom bei der Nutzung von Geothermie zur Stromerzeugung eingetreten. Die installierte Leistung beträgt 2005: 8912 GW und damit werden 56 798 GWh/a elektrische Energie erzeugt.

Niederenthalpie-Lagerstätten werden bisher weltweit wenig genutzt. Zukünftig werden sie an Bedeutung gewinnen, da diese Nutzung überall möglich ist und nicht spezielle geologische Bedingungen voraussetzt. Deutschland kann in dieser Technologie eine Führerschaft übernehmen. Im November 2003 wurde das erste derartige Kraftwerk Deutschlands, das Geothermie-Kraftwerk Neustadt-Glewe, in Betrieb genommen. In den letzten 5 Jahren wurde die Stromerzeugung stark ausgebaut. Auf Länder bezogen ergeben sich weltweit die in der Tabelle angegebenen Zuwächse für den Zeitraum 2000-2005.

Bezogen auf die pro-Kopf-Nutzung der Erdwärme ist Island heute Spitzenreiter mit 200 MW_e installierte Gesamtleistung (Geothermale Energie in Island). Die USA führen dagegen mit einer installierten Gesamtleistung von 2000 MW_e vor Indonesien.

Situation in Deutschland

Auch in Deutschland ist die direkte Nutzung (Wärmepumpenheizung) schon verbreitet und hat hohe Zuwachsraten. Die Stromerzeugung steckt noch in den Anfängen, jedoch sind eine Vielzahl von Kraftwerken im Bau oder in der Planung. Aus den derzeit bekannten Ressourcen hydrothermaler Geothermie könnte bis zu 29 Prozent der in der Bundesrepublik benötigten Wärme bereitgestellt werden. Für Deutschland ergibt sich laut der Zahlen des BMU [http://www.erneuerbare-energien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/erneuerbare_energien_zahlen.pdf] für das Jahr 2004 das folgende Bild: Der Energieerzeugung im Jahr 2004 aus der Geothermie von 5.609 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistungsabgabe von 0,178 GW im Jahr 2004) steht ein Primärenergieverbrauch in Deutschland im selben Jahr von 14.438.000 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistung von 458 GW) gegenüber. Es wurden also im Jahr 2004 0,04 % des Primärenergieverbrauchs in Deutschland durch Geothermie gedeckt. Die Geothermie-Branche rechnet in Deutschland mit einem jährlichen Wachstum von 14 Prozent. Im laufenden Jahr (Stand: März 2005) werden sich der Umsatz auf etwa 170 Millionen Euro und die Investitionen auf 110 Millionen Euro belaufen. Etwa 10.000 Menschen arbeiten bereits direkt oder indirekt für die geothermische Energieversorgung (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 2.).

Direkte Nutzung

Im Bereich der tiefen Geothermie gibt es in Deutschland zurzeit 30 Installationen mit Leistungen über 100 kW. Dies leisten zusammen 105 MW (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 4.). Die meisten dieser Einrichtungen stehen im
- Norddeutschen Becken, in der
- Süddeutschen Molasse oder in der
- Oberrheinischen Tiefebene/Oberrheingraben. Der norddeutsche Raum verfügt geologisch bedingt über ein großes Potential geothermisch nutzbarer Energie in thermalwasserführenden Porenspeichern des Mesozoikums in einer Tiefe von 1000 bis 2500 m mit Temperaturen zwischen 50 °C und 100 °C. Die Geothermische Heizzentrale (GHZ) in Neubrandenburg war eines der Pilotprojekte zur Nutzung der Geothermie. Der Oberrheingraben bietet deutschlandweit besonders gute geologische Voraussetzungen (u. a. Temperatur, Wärmefluss, Struktur im Untergrund). An verschiedenen Standorten sind Projekte in Planung und im Bau. Für viele Regionen sind bereits Konzessionen erteilt worden. Untersucht wird zum Beispiel, ob in das Fernwärme-Netz der Ruhr-Universität und der Fachhochschule Bochum Erdwärme eingespeist werden kann. Baden-Württemberg hat genau wie Nordrhein Westfalen ein Förderprogramm für Erdwärmesonden-Anlagen für kleine Wohngebäude aufgelegt, mit einer Förderung der Bohrmeter, siehe Weblinks. Zusätzlich gibt es in Deutschland mehr als 50.000 oberflächennahe Geothermieanlagen, bei denen Wärmepumpen zum Anheben der Temperatur eingesetzt werden. Diese haben zusammen eine Leistung von mehr als 500 MW. Im Vergleich zu Schweden, Schweiz oder Österreich ein eher geringer Marktanteil. Im Jahr 2000 betrug er in Deutschland 2 bis 3 %, in Schweden 95 %, und in der Schweiz 36 % (Siehe auch Wärmepumpenheizung)

Stromerzeugung

Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist im November 2003 in Mecklenburg-Vorpommern in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des Geothermie-Kraftwerks Neustadt-Glewe beträgt bis zu 230 kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wird etwa 97 °C heißes Wasser gefördert und zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424 000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU), angestrebt sind jährlich ca. 1,2 Mio. Kilowattstunden (entspricht einer mittleren Leistung von 48kW, bzw. 137kW). Die Inbetriebnahme stellt einen Meilenstein in der Entwicklung der geothermischen Stromerzeugung dar, dem weitere Projekte folgen werden. Der Bau von Geothermiekraftwerken erlebt in Deutschland zurzeit geradezu einen Boom. Viele Kraftwerke sind im Bau oder in der Planung. Die meisten davon am Oberrhein und in der oberbayrischen Molasse. Die Bergämter haben dort zahlreiche Aufsuchungsgenehmigungen vergeben (bis 2005 fast 50). Die für die Stromerzeugung erforderlichen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in großer Tiefe vorhanden. Theoretisch kann fast überall im Land eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erfolgen. Mit Leistungsgrößen von 20 bis 50 MW könnten Heizkraftwerke etwa 30 Prozent des deutschen Stromverbrauchs bereitstellen. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen, ist ein eher finanzielles und kein technisches Problem. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender weitgehend wasserundurchlässiger Gesteine laufen und versprechen die Möglichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erhöhen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 10²¹ Joule an.

Staatliche Fördermaßnahmen

- Marktanreizprogramm zu Gunsten erneuerbarer Energien
- Programme der KfW
- Förderprogramme von Länder und Kommunen

Ökonomische Aspekte

Die geringe Nutzung der überall vorhandenen und vom Energieangebot her kostenlose Geothermie liegt darin begründet, dass sowohl der Wärmestrom, mit ~0,06 Watt/m² als auch die Temperaturzunahme mit der Tiefe, mit ~3°C/100 m in den zugänglichen Teilen der Erdkruste, von besonderen Standorten abgesehen, so gering sind, dass eine Nutzung zu Zeiten niedriger Energiepreise nicht wirtschaftlich war. Durch das Bewusstwerden des

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-Problems und der absehbaren Verknappung der fossilen Energieträger setzte eine stärkere geologische Erkundung und technische Weiterentwicklung der Geothermie ein. Da die eigentliche Energie, die Geothermie kostenlos ist, wird die Wirtschaftlichkeit einer Geothermienutzung vor allem durch die Investitionskosten (Zinsen) und Unterhaltskosten der Anlagen bestimmt. Unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen (Erneuerbare-Energien-Gesetz) ist eine Wirtschaftlichkeit bei größeren Geothermieanlagen auch in Deutschland in vielen Gebieten, wie in z.B. Oberbayern, Oberrheingraben und Norddeutsches Becken, erreichbar. Grundsätzlich sind größere Geothermieanlagen (über 0,5 MW und mit einer Tiefe von mehr als 500 m) immer mit gewissen Fündigkeitsrisiken behaftet, da die tieferen Erdschichten eben nur punktuell und oft in geringem Ausmaß erkundet sind. Dabei lassen sich die anzutreffenden Temperaturen meist recht gut prognostizieren, die bei hydrothermalen Anlagen aber besonders relevanten Schüttmengen sind jedoch häufig nicht gut vorhersehbar. Neuerdings werden allerdings Risikoversicherungen dazu angeboten. Die oberflächennahe Erdwärmenutzung für die Heizung von Gebäuden mittels einer Wärmepumpe ist bereits konkurrenzfähig und zeichnet sich durch sehr niedrige Betriebskosten aus. Wärmepumpenheizungen bestehen in der Regel aus einer oder mehreren Erdwärmesonde(n) und einer Wärmepumpe. 2004 wurden in Deutschland etwa 9.500 neue Anlagen errichtet, der Bestand übersteigt 50.000. In der Schweiz waren es 2004 rund 4.000 neue Anlagen mit Erdwärmenutzung. Der Marktanteil in Deutschland ist im Gegensatz zu Ländern wie Schweden oder Österreich jedoch sehr gering. Bei den Betriebskosten spielt die Beständigkeit der Anlagen gegen Verschleiß (z.B. bewegte Teile einer Wärmepumpe oder eines Stirlingmotors) eine Rolle. Bei offenen Systemen kann Korrosion durch aggressive Bestandteile im wärmetransportierenden Wasser entstehen (alle Teile in der Erde und die Wärmeübertrager). Diese anfänglich bedeutenden Probleme sind jedoch heute weitgehend technisch gelöst.

Ökologische Aspekte

Die Geothermie erfüllt die Kriterien der Nachhaltigkeit. Sie ist zwar im strengen Sinne nicht vollständig regenerativ, aber ihr Potenzial ist sehr groß. Theoretisch würde allein die in den oberen 3 Kilometer der Erdkruste gespeicherte Energie ausreichen, um die Welt für etwa 100.000 Jahre mit Energie zu versorgen. Geothermie ist eine der wenigen erneuerbaren Energien, die bei der Stromerzeugung grundlastfähig ist. Sie leistet daher einen entscheidenden Beitrag bei der Gestaltung eines Energiemixes aus regenerativen Energien. Nach den Vorstellungen der Branche werden durch Geothermie bis zum Jahr 2020 mehr als 20 Millionen Tonnen Kohlendioxid eingespart. Die Kosten für eine Tonne

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Einsparung liegen bei etwa 70 €/t (Vergleich: Fotovoltaik 2210 €/t).

Siehe auch

- geothermische Tiefenstufe
- Meereswärmekraftwerk
- Wärmepumpenheizung
- Kältemaschine
- Wärmeleitung
- Erdwärmeübertrager
- Portal:Geowissenschaften

Literatur

Statistikquellen # Bertini, R.:World geothermal generation 2001-2005. World Geothermal Congress, Antalya, 2005. # [http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=50 Imagekampagne: Unendlich viel Energie] # Lund,J. et al.:World wide direct use of geothermal energy 2005. World Geothermal Congress, Antalya, 2005. # Schellschmidt, R. et al.:Geothermal energy use in Germany. World Geothermal Congress, Antalya, 2005. # Steffansson, V.:World geothermal assessment. World Geothermal Congress, Antalya, 2005. # Lund,J.:Ground Heat - worldwide utilization of geothermal energy. Renewable Energy World. 2005 Allgemeines
- Geothermische Vereinigung (Hrsg.): Erdwärme zum Heizen und Kühlen. Potentiale, Möglichkeiten und Techniken der Oberflächennahe Geothermie. Kleines Handbuch der Geothermie. Band 1. Red.: Sanner, B. & Bußmann, W., 113 S., Geeste, 3. überarbeitete Auflage Oktober 2001
- Eugster, W.J. & L. Laloui (Hrsg.): Geothermische Response Tests, Verlag der Geothermischen Vereinigung, 130 Seiten, Geeste 2002,
- Geothermische Vereinigung & GeoForschungsZentrum Potsdam (Hrsg.): Start in eine neue Energiezukunft. Tagungsband 1. Fachkongress Geothermischer Strom 12.-13.11.2003, Neustadt-Glewe, Geeste November 2003
- Huenges, Ernst: Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung. Physik in unserer Zeit 35(6), S. 282 – 286 (2004),

Weblinks

Allgemeines

- [http://www.bine.info/templ_main.php/erneuerbare_energien/geothermie/257/link=clicked&search=&broschuere=&cd=&buecher=&foto=/ www.bine.info/...] Projektinformation: Erdwärme
- [http://www.tab.fzk.de/de/projekt/zusammenfassung/ab84.pdf www.tab.fzk.de/de/projekt/zusammenfassung/ab84.pdf] Studie des Büros für Technikfolgenabschätzung (TAB) des Deutschen Bundestages: Sachstandsbericht "Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland" aus dem Jahr 2003 (PDF-Datei)
- [http://www.heise.de/tr/artikel/51474 www.heise.de/tr/artikel/51474] Technology Review "Atomkraftwerk unter der Erde"
- [http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb52/services/glossar/start.html www.gfz-potsdam.de/pb5/pb52/services/glossar/start.html] Geothermie Glossar von A-Z
- [http://www.bmu.de/de/1024/js/publikationen/ansicht/geothermie/ www.bmu.de/de/1024/js/publikationen/ansicht/geothermie] Information des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Sept. 2004)
- [http://www.geothermal-energy.ch www.geothermal-energy.ch] Geothermie in der Schweiz

Regionales

- [http://www.superc.rwth-aachen.de/cms/front_content.php?idcat=4 Nutzung der Erdwärme an der RWTH Aachen]
- [http://www.soultz.net www.soultz.net] Webseite des europäischen HDR-Forschungsprojekts Soultz-sous-Forêts, Frankreich
- [http://www.iceland.de/index.php?id=176 www.iceland.de/index.php?id=176] Erdwärmenutzung in Island
- [http://www.thema-energie.de/category/show_category.cfm?cid=1302 www.thema-energie.de/...] Geothermie: Pilotprojekt in Deutschland
- [http://www.geothermie.de/geothermischer_strom/geothermische_energieversorgung_altheim.htm www.geothermie.de/geothermischer_strom/geothermische_energieversorgung_altheim.htm] Beschreibung eines geothermischen Kraftwerkes
- [http://www.erdwaerme.baden-wuerttemberg.de www.erdwaerme.baden-wuerttemberg.de] Erdwärme in Baden-Württemberg, Förderprogramm
- [http://tsb.fh-bingen.de/service/publikationen/2005/tsb_geo.pdf tsb.fh-bingen.de/.../tsb_geo.pdf] Geothermieleitfaden für den rheinland-pfälzischen Teil des Oberrheingrabens (PDF-Datei)

Organisationen

- [http://www.geothermie.de/indexgn/indexgtv-1024x768/gtv_startseite_gr.htm www.geothermie.de] - Geothermische Vereinigung e.V.
- [http://iga.igg.cnr.it/index.php iga.igg.cnr.it] - International Geothermal Association (englisch)
- [http://www.ehpa.org www.ehpa.org] - European Heat Pump Association (englisch)
- [http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=50 www.unendlich-viel-energie.de] - Imagekampagne: Unendlich viel Energie
- [http://www.iwr.de/geo www.iwr.de] - Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR)
- [http://www.izw-online.de www.izw-online.de] - Informationszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik e.V.
- [http://www.wpz.ch www.wpz.ch] - WPZ - Wärmepumpentestzentrum Buchs
- [http://www.heatpumpcentre.org www.heatpumpcentre.org] - IEA Heat Pump Centre (englisch) ! Kategorie:Geowissenschaft Kategorie:Umwelttechnik ja:地熱発電

Erdkruste

Die Erdkruste ist die äußerste Schicht der Erde, vergleichbar der Haut eines Apfels. Unter ihr liegen der feste bzw. zäh-plastische Erdmantel und darunter auf halbem Weg zum Mittelpunkt der Erdkern. Letzterer ist in einen flüssigen und einen inneren, festen Bereich unterteilt. Die Erdkruste setzt sich aus einem Mosaik vieler Erdplatten zusammen, deren Bewegung (einige Zentimeter pro Jahr) in der Theorie der Plattentektonik beschrieben wird. Erdbeben entstehen, wenn sich Spannungen in der Erdkruste ruckartig abbauen. Es werden zwei Typen von Erdkruste unterschieden: die kontinentale Erdkruste (Sial genannt, da sie, nebst Sauerstoff, hauptsächlich aus Silizium und Aluminium besteht) und die ozeanische Erdkruste (Sima genannt, da sie, nebst Sauerstoff, hauptsächlich aus Silizium und Magnesium besteht). Sie unterscheiden sich in ihrer Entstehung, in ihrer Zusammensetzung und in ihrer Dicke. Ozeanische Erdkruste entsteht an auseinander driftenden Plattengrenzen am Meeresgrund (Mittelozeanische Rücken MOR), wo Magma austritt und erstarrt. Das hier entstehende ozeanische Erdkrustengestein, hauptsächlich aus Basalt (basisch) bestehend, hat eine relativ hohe Dichte, was mit der geringen Dicke der ozeanischen Erdkruste von 5-7 km einhergeht. Kontinentales Erdkrustengestein, bestehend hauptsächlich aus Granit ("sauer", SiO₂ >66%), ist das Endprodukt eines Prozesses, der weniger dichte Mineralien im Laufe der Erdzeit zur Erdoberfläche transportiert hat. Vulkanismus hat dabei eine bedeutende Rolle gespielt, aber auch Metamorphose und chemische Umwandlungen bei Verwitterungsprozessen, die zur Ablagerung von Sedimenten führen. Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 - 60 km; wegen ihrer geringen Gesteinsdichte (Mittel 2,7 g/cm³) „schwimmt“ sie höher im Erdmantel als die dichtere ozeanische Kruste. Da sich Gesteine bei geologisch langsamen Bewegungen plastisch verhalten, hat sich im Laufe der Jahrmillionen fast ein Gleichgewicht eingestellt. Diese Isostasie und seismische Methoden zeigen, dass die Erdkruste unter Gebirgen 2x dicker ist als unter Ebenen. 93 der chemischen Elemente findet man in der Erdkruste mitsamt Ozeanen und Atmosphäre. Sauerstoff macht dabei mit 49,5 % (Gewicht) den größten Teil aus, gefolgt von Silicium mit 25,8 % und Aluminium mit 7,6%. Weitere wichtige Bestandteile: Eisen (4,7 %), Calcium (3,4 %), Natrium (2,6 %), Kalium (2,4 %), Magnesium (1,95 %). Alle anderen machen jeweils unter einem Prozent aus. Ozeanisches Erdkrustengestein besteht hauptsächlich aus Basalt und Gabbro. Ozeanische Kruste entsteht laufend an den mittelozeanischen Rücken durch die Ozeanbodenspreizung. Dieser Prozess wird nach unserem heutigen Wissen durch Konvektionsströme im Erdmantel vorangetrieben. Zwei ozeanische Lithosphärenplatten weichen dabei typischerweise mit Geschwindigkeiten von einigen Millimetern bis Zentimetern im Jahr auseinander (Spreizungsrate). Siehe auch: Geologie, Geophysik, Erdschwerefeld, Lithosphäre Lithosphäre Kategorie:Geologie Kategorie:Erde ja:地殻 ms:Kerak bumi simple:Crust th:เปลือกโลก

Wärme

Wärme kann sowohl mikroskopisch durch die Kinetische Theorie, als auch makroskopisch durch die Thermodynamik beschrieben werden. Wärme in der Thermodynamik ist über eine Systemgrenze hinweg transportierte thermische Energie. Wärme tritt als Vorgangs- oder Prozess-Größe nur bei dem Vorliegen eines Temperaturgradienten auf. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff Wärme aber häufig mit der thermischen Energie selbst verwechselt. Wärme ist wie Arbeit an Transportvorgänge gebunden und daher eine Vorgangs- oder Prozessgröße, im Gegensatz zu einer Zustandsgröße. Dabei wird thermische Energie aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik immer vom System mit der höheren Temperatur in Richtung des Systems mit der geringeren Temperatur übertragen. Dies gilt solange, wie eine Temperaturdifferenz zwischen zwei thermisch gekoppelten Systemen besteht und sich diese noch nicht im thermischen Gleichgewicht befinden. Die übertragene Wärme Q ist meist mit einer Temperaturänderung

\mathrmT

verbunden: :

Q= C_V \; \mathrmT \!

Hierbei ist C_V die Wärmekapazität bei konstantem Volumen V. Es existieren jedoch auch Systeme, bei denen eine Wärmezufuhr zur Phasenumwandlung und nicht zur Temperaturerhöhung führt, zum Beispiel beim Verdampfen von Flüssigkeiten. Als thermodynamische Größe ist die Wärme eindeutig über den ersten Hauptsatz definiert. Die Einzelheiten der physikalischen Vorgänge, die zum Transport von thermischer Energie führen, sind damit allerdings nicht genau festgelegt. In der Theorie der Wärmeübertragung wird der Wärmestrom nach Jean Baptiste Joseph Fourier mit Hilfe eines Temperaturgradienten definiert. Bei der Wärmeabgabe bzw -aufnahme hat die Masse des Körpers einen direkt proportionalen Einfluss, so dass die Wärme mit Q = c
- m
- dT berechnet werden muss.

Siehe auch

Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitungsgleichung, Wärmedurchgangswiderstand, Kälte, Wärmebad, Wärmezähler, Abwärme, Gasenergie Kategorie:Thermodynamik Kategorie: Eigenschaft ja:熱 Kategorie:Thermodynamik

Regenerative Energie

Erneuerbare Energie, auch regenerative Energie genannt, bezeichnet Energie aus nachhaltigen Quellen, die nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich sind (siehe unten). Das Grundprinzip der Nutzung erneuerbarer Energie besteht darin, dass aus den in unserer Umwelt laufend stattfindenden Prozessen Energie abgezweigt und der technischen Verwendung zugeführt wird. Die anthropogen nutzbare Energieströme entspringen aus drei grundsätzlich unterschiedlichen Primärquellen:
- der thermonuklearen Umwandlung in der Sonne
- der Isotopenzerfall im Erdinnern und
- die Planetenbewegung

Begriff

Quellen]] Quellen]] Unter Erneuerbaren Energien werden im allgemeinen Sprachgebrauch diejenigen Energiequellen oder Energiegewinnungsmethoden verstanden, die mit menschlichen Maßstäben gemessen unerschöpflich sind. Unerschöpflich bedeutet zweierlei: Entweder ist die vorhandene "Energiemenge" so groß, dass sie durch menschliche Nutzung nicht erschöpft werden kann (z. B. Sonnenenergie) oder sie erneuert sich zeitnah und kontinuierlich (z. B. Biomasse) in noch über einen langen Zeitraum auf der Erde ablaufenden Prozessen. Im physikalischen Sinne wird Energie nicht erneuert, sondern vor allem von der Sonne zugeführt und in unterschiedliche Energieformen und Energieträger umgewandelt. Fallweise kann diese Energie sofort genutzt oder auch zwischengespeichert werden. Die umgangssprachliche Verwendung der Begriffe "Erneuerbarkeit" und "Regenerativität" weist auf die für menschliche Verhältnisse wesentlich kürzeren Regenerationszyklen von z. B. Biogas gegenüber fossilen Energieträgern hin. Die Sonne wird für das menschliche Zeitempfinden noch über eine fast unendlich lange Zeit hinweg ein Lieferant eines endlichen Energieflusses sein. Für viele laufende Prozesse in der irdischen Biosphäre ist die Sonne der ständige Energielieferant. Diese Prozesse können den Menschen Energie liefern und auch sogenannte nachwachsende Rohstoffe hervorbringen. Die Strömung des Windes, den Fluss des Wassers und die Wärme der Sonne nutzten die Menschen schon in der Vergangenheit. Am bedeutendsten wurde davon im Industriezeitalter die Wasserkraft, sowohl hinsichtlich der großtechnischen Nutzung wie auch hinsichtlich der ökologischen Kosten. Im Gegensatz zur Nutzung laufender Prozesse steht der Abbau von Energieträgern wie Steinkohle oder Erdöl, die heute sehr viel schneller verbraucht werden als sie erzeugt wurden. Im Sinne der Definition der "unendlichen" Verfügbarkeit wären auch Kernfusion, wenn sie technisch realisierbar ist, und Kernspaltung mit Brutreaktoren, wenn der Energieaufwand für den Uran- oder Thoriumabbau hinreichend niedrig gehalten werden kann, erneuerbare Energien, obwohl sie meist nicht zu diesen gezählt werden.

Arten erneuerbarer Energie

- Bioenergie (aus Biomasse wie Holz oder Raps)
- Biodiesel
- Biogas (Biogasanlage)
- Kraftstoff Pflanzenöl (Pöl)
- Solarenergie
- Fotovoltaik (Fotovoltaikanlage)
- Solarthermie
- Solarchemie
- Thermik (Thermikkraftwerk)
- Wasserkraft
- Staudämme und Staumauern
- Gezeitenkraft
- Strömungsenergie des Meeres
- Wellenenergie des Meeres
- Meereswärme
- Umgebungswärme (Wärmepumpenheizung)
- Windenergie (Windmühlen bzw. (Windenergieanlage)
- Geothermie

Globale Bedeutung

Erneuerbare Energiequellen haben das Potenzial, die fossilen und nuklearen Energiequellen zu ersetzen. Theoretisch ist es denkbar, bei einem Wirkungsgrad der Umwandlung von 10% auf einer Fläche von 700 x 700 km in der Sahara den Weltenergiebedarf durch Nutzung von Sonnenenergie komplett zu decken (Stand von 2003). In theoretischen Berechnungsmodellen wird auch versucht nachzuweisen, dass es mit dem heutigen Technologiestand trotz Leitungsverlusten und steigendem Energiebedarf möglich ist, den gesamten elektrischen Energiebedarf Europas mit Windenergieanlagen entlang der westafrikanischen Küste oder mit sogenannten Offshoreanlagen vor den europäischen Küsten zu decken. Gleiches gilt für den privaten Warmwasserbedarf bei konsequenter Nutzung solarwärmetechnischer Anlagen. So sind die ökologischen, sozialen und ökonomischen Auswirkungen von regenerativen Energien nicht zu unterschätzen. Es ist bei den meisten Technologien keine umfangreiche Infrastruktur notwendig, Strom kann in der Region verbraucht werden, in der er erzeugt wird und es sind damit deutlich weniger verlustreiche Überlandleitungen notwendig. Das gilt allerdings nicht, wenn man die Weltenergieversorung in der Sahara oder an der afrikanischen Westküste konzentriert. Vom Einsatz erneuerbarer Energien verspricht man sich sowohl ökologische als auch indirekt ökonomische Vorteile. Diese Vorteile sollen im Vergleich zu anderen Energieformen durch das Vermeiden negativer Begleiterscheinungen (Folgeschäden) realisiert werden. Ob die erhofften ökologischen Vorteile realistisch sind, kann aber immer nur im Einzelfall durch eine Ökobilanz festgestellt werden. So muss man bei der Biomassenutzung z.B. Landverbrauch, chemischen Pflanzenschutz und Reduzierung der Artenvielfalt der erwünschten CO₂-Reduzierung gegenüberstellen. Die Abschätzung wirtschaftlicher Nebeneffekte ist ebenfalls mit großen Unsicherheiten behaftet. Eine nachhaltig regenerative Energiewirtschaft könnte langfristig auch Auswirkung auf die Entwicklung des Erdklimas haben. Umstritten ist jedoch, ob Ende des 20. Jahrhunderts die Zahl von Naturkatastrophen bedingt durch menschliche Aktivitäten zunahm und ob die Nutzung regenerativer Energiequellen die Zahl der von Naturkatastrophen betroffenen Menschen verringern kann. Ein regional verschiedenartiger und gut durchdachter Mix an regenerativen Energiequellen gemeinsam mit intelligentem Solaren Häuserbau bietet durchaus die Möglichkeit, den deutschen Energieverbrauch zu decken.

Interessenkonflikte innerhalb der Energiewirtschaft

Anders als in Entwicklungsländern, wo die Infrastruktur unterentwickelt ist, steht der Ausbau erneuerbarer "Energiequellen" in den Industriestaaten im Wettbewerb mit traditionellen Kraftwerkstechnologien. Auf Seiten der Energiekonzerne, die einen überwiegend auf fossilen Energieträgern beruhenden Kraftwerkpark betreiben, geht es dabei zum Teil um existenzielle Fragestellungen. Im Zusammenhang damit stellt sich die Frage der Schaffung von neuen Arbeitsplätzen im ökologischen Bereich und neuer Technologien und Unternehmen. Der deutsche Strommarkt ist momentan zwischen den vier Oligopolisten EON, RWE, Vattenfall und EnBW aufgeteilt. Ein freier Zugang der Verbraucher zu anderen Anbietern in der EU ist jedoch gesetzlich garantiert. Das etablierte Stromversorgungssystem in Industriestaaten wie Deutschland basiert auf einer zentralisierten Infrastruktur mit Großkraftwerken und Fernleitungen. Eine zunehmend dezentrale Energieversorgung mit Blockheizkraftwerken, Fotovoltaik- und Windenergieanlagen sowie Geothermieanlagen und anderen regenerativen Energiequellen könnte diese Infrastruktur mittelfristig verändern. Zwar sind heute Großkraftwerke noch unersetzbar für die Stabilisierung des Stromnetzes. Jedoch ist dies deutlich effizienter durch eine Vielzahl von Kleinkraftwerken zu bewerkstelligen, die modular hoch- oder heruntergefahren werden. Ein Beispiel sind die bereits heute eingesetzten Gaskraftwerke oder Biomasse- und Biogaskraftwerke oder auch Fotovoltaikanlagen auf Dächern. Durch verbrauchsnahe Nutzung erneuerbarer Energien würde der Bedarf an Fernleitungsnetzen und damit auch die Leitungsverluste in diesen verringert. Örtliche Anbieter wie Stadtwerke könnten wieder in höherem Maße eigenständig die Energieversorgung der Bevölkerung sicherstellen, der Bedarf für Großkraftwerke ginge dort deutlich zurück, wo Größe nicht zu besseren Wirkungsgraden führt. Die Gesetzgebung fördert Energieversorger, die sich auch für regenerative Energiequellen engagieren.

Interessenkonflikte zwischen unterschiedlich Betroffenen

Die Nutzung erneuerbarer Energie kann Eingriffe in die Umwelt erforderlich machen, die zum Nachteil der dort lebenden Bevölkerung sind. Ein konkretes Beispiel geben Talsperren mit Staumauern. So mussten im Fall des chinesischen Drei-Schluchten-Damms etwa 2 Millionen Menschen umgesiedelt werden, denen der in Rechtsstaaten mögliche Rechtsweg in der Praxis weitgehend verschlossen ist.

Naturwissenschaftliche Betrachtung

Die Sonne ist als Quelle der meisten regenerativen oder solaren Energien anzusehen (Ausnahme: Geothermie). Sie hat eine voraussichtliche weitere Brenndauer von etwa 5 Milliarden Jahren, so dass bei regenerativen Ressourcen nicht das Problem der begrenzten Reserven auftritt, unter dem fossile Energieträger leiden. Zwar sind letztere durchaus als solare Ressourcen zu verstehen, da sie aus Biomasse bestehen. Der Begriff Regenerative Energien umfasst diese Energieträger aber gerade nicht. Weil die Menschheit seit Beginn der Industrialisierung die darin gebundenen Energien (und das CO₂) in Zeiträumen freisetzt, die unvergleichlich kürzer sind, als die Bildung derselben gedauert hat, sind sie nicht regenerativ. Pro Tag verbrennen wir etwa so viel fossile Energie, wie die Natur in 500.000 Tagen geschaffen hat. Durch ihre erschöpfbaren Reserven werden so genannte fossile und auch atomare Energieträger als Gegensatz zu regenerativen Energiequellen angesehen.

Politische Betrachtung

Das Gesetz über Erneuerbare Energien (EEG) soll den Anteil von Wind-, Wasser- und Sonnenenergie an der Stromerzeugung in Deutschland bis 2010 auf mindestens 12,5 Prozent steigern. Eine diesbezügliche Novelle wurde am 2. April 2004 im Bundestag abschließend beraten. Man erhofft sich neben einem verbesserten Klimaschutz auch mehr Arbeitsplätze in den Branchen, die mit der Produktion erneuerbarer Energien verbunden sind. Seit 1991 müssen Energieversorger Strom aus erneuerbaren Energien zu Mindestpreisen abnehmen. Anfang Juni 2004 fand in Bonn die Internationale Konferenz für erneuerbare Energien ("Renewables") statt. Sie führte zu der Annahme, dass erneuerbare Energien ausgebaut werden müssten, da dies im Sinne der Armutsbekämpfung und des Klimaschutzes sei. Auf der Internationalen Konferenz für erneuerbare Energien wurden dazu politische Strategien und konkrete Maßnahmen weiterentwickelt. Die Beratungen mündeten in drei Beschlüsse:
- Ein internationales Aktionsprogramm mit 165 bestätigten Aktionen und Verpflichtungen fasst konkrete Maßnahmen, Ausbauziele und freiwillige Verpflichtungen einzelner Länder und Regionen zusammen.
- In einer Deklaration von Bonn haben die Ministerinnen und Minister eine politische Vision für eine globale Energiewende formuliert und sich auf einen Folgeprozess der Bonner Konferenz verständigt.
- Es wird angenommen, dass Politikempfehlungen praktikable Wege für den Ausbau erneuerbarer Energien zeigten. Nach den Wahlen 2005 werden Veränderungen am EEG erwartet. Wohingegen Rot-Grün nahezu geschlossen hinter dem EEG steht, möchte die FDP das EEG abschaffen. So sagte der für Umwelt- und Naturschutz zuständige FDP-Abgeordnete Horst Friedrich in einem Interview mit der Plattform www.solarserver.de im Sommer 2005, dass Solarenergie nicht grundlastfähig sei, da sie nur unregelmäßig Strom produziere. Ähnlich, wenn auch nicht so stark kritisch gegenüber dem EEG, äußerte sich der CDU-Abgeordnete Paziorek am 7. Juli 2005 in der FAZ, dass die Fördersätze für Solarstrom von der Union gesenkt werden könnten, sofern sie die Wahl gewinne. Im Falle eines Wahlsieges der Union sind Verschlechterungen im EEG zu erwarten. Dies hätte Auswirkungen auf die Ausbaugeschwindigkeit der erneuerbaren Energien sowie auf die Umsätze und Gewinne der beteiligten Unternehmen.

Anteil regenerativer Energien in der deutschen Stromerzeugung

Internationalen Konferenz für erneuerbare Energien

Siehe auch

- Atomausstieg
- Brennstoffzelle
- Bürgerkraftwerk
- Energiesparen
- Greenpeace Energy
- Geothermie
- Peak-Oil
- Portal:Umweltschutz
- Ölkrise
- Renewables made in Germany
- Virtuelles Kraftwerk
- Wirtschaftsethik
- Zukunftstechnologie

Literatur

- Sven Geitmann: Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe, Hydrogeit Verlag, 2. Aufl., Jan. 2005, ISBN 3937863052, 19,90 EUR
- M.Faber / H.Niemes / G.Stephan: Entropy, Environment and Resources; 1995, ISBN 3-540-58984-8 (2nd ed.)
- M. Kaltschmitt, A. Wiese und W. Streicher (Hrsg.), Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, Springer Verlag, Heidelberg, 2003, 3. Auflage, ISBN 3-540-43600-6
- A. Kleidon, R. D. Lorenz: Non-Equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy, Springer Verlag, Heidelberg, 2004, ISBN 3540224955 ("Erneuerbare" Energien sind im Wesentlichen solche, die direkt nach dem Eintrag in die Biosphäre genutzt werden. Nutzen und Auswirkungen technischer Energieumwandlung leisten einen Beitrag zur Energie- und Entropiebilanz der Biosphäre. Dieser Bilanz muss sich auch die Nutzung "erneuerbarer" Energien unterwerfen. Das Buch vermittelt Grundlagen dazu.)
- Harris Krishnan, Goodwin Krishnan: A Survey of Ecological Economics, 1995, Island Press
- Hermann Scheer, Solare Weltwirtschaft, Strategie für eine ökologische Moderne, Kunstmann, Oktober 1999, ISBN 3-920328-48-5
- Karl-Heinz Tetzlaff: Bio-Wasserstoff. Eine Strategie zur Befreiung aus der selbstverschuldeten Abhängigkeit vom Öl; BoD Verlag (2005)ISBN 3-8334-2616-0
- Jens-Peter Springmann: Förderung erneuerbarer Energieträger in der Stromerzeugung - Ein Vergleich ordnungspolitischer Instrumente, DUV 2005, ISBN 3-8350-0038-1

Weblinks

- [http://www.erneuerbare-energien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ee_zahlen_fruehjahr_2005_de.pdf]- Aktuelle Zahlen Bundesumweltministerium
- [http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=50 www.unendlich-viel-energie.de] - Imagekampagne: Unendlich viel Energie
- [http://www.volker-quaschning.de/datserv/gesetze/EU-Richtlinie2001-77.pdf www.volker-quaschning.de] - EU-Richtlinie 77/2001/EG (pdf-Datei)
- [http://www.volker-quaschning.de www.volker-quaschning.de] - Informative Seite zu regenerativen Energien und Klimaschutz
- [http://www.renewables2004.de/de/ www.renewables2004.de] - Internationale Konferenz für erneuerbare Energien (Bonn, 2004)
- [http://www.energie-zeitung.de www.energie-zeitung.de] - Wissenssammlung
- [http://www.energie-evolution.de/ www.energie-evolution.de] - Infoportal regenerative Energien und nachhaltige Entwicklung
- [http://www.renergo.de www.renergo.de] - Gesellschaft zur Förderung regenerativer Energien im Odenwaldkreis (rEnergO)
- [http://www.tud.uni-essen.de/exarb/imig/sonnewindwasser/reg-energie.html www.tud.uni-essen.de] - Regenerative Energiequellen
- [http://www.aee.at www.aee.at] - Arbeitsmeinschaft Erneuerbare Energie
- [http://www.newenergy.ch.vu www.newenergy.ch.vu] - Wissensseite zu Solarenergie, Geothermie, Windenergie, Wasserkraft
- [http://www.lebenshaus-alb.de/mt/archives/subcategories/erneuerbare_energien.html www.lebenshaus-alb.de] - Artikelsammlung zu Erneuerbare Energien in Lebenshaus-Webseite
- [http://www.rencomp.net www.rencomp.net] - Informations- und Handelsplattform der erneuerbaren Energien mit Job Börse
- [http://www.objectfarm.org/Activities/Publications/SolareWeltwirtschaft/Selbstversorgung/ Modellrechnung einer solaren Selbstversorgung in Deutschland] ! Kategorie:Elektrische Energie Kategorie:Energiewirtschaft ja:再生可能エネルギー

Kraft-Wärme-Kopplung

Bei einer mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) betriebenen Energiewandlungsanlage wird sowohl die bei der chemischen oder physikalischen Verwertung von Energieträgern entstehende thermische Energie (Wärme) als auch die durch die Energieumwandlung erzeugte elektrische Energie genutzt. Im Gegensatz zu thermischen Elektrizitätswerken, die nur auf Stromproduktion ausgelegt sind, wird bei KWK-Anlagen durch die gleichzeitige Nutzung der Abwärme ein sehr viel höherer Gesamt-Wirkungsgrad erreicht, wodurch wiederum Brennstoff eingespart wird. Diese Steigerung des Wirkungsgrades geht allerdings mit einer Verringerung der Stromproduktion einher, da die Enthalpiedifferenz des Wasserdampfes nicht vollständig in der Dampfturbine ausgenutzt werden kann. Bei konventionellen Kraftwerken wird die Restwärme dagegen über den Kondensator und Kühlturm in die Umwelt abgelassen. Eine besondere Rolle spielt die KWK im Zusammenhang mit der Nutzung regenerativer Energien, also beispielsweise bei der Stromerzeugung aus Solarthermie und aus Geothermie. Man unterscheidet zwischen strom- und wärmegeführten KWK-Anlagen nach der Priorität, die jeder der beiden Energieformen zugemessen wird - stromgeführte Anlagen optimieren den Stromertrag, wärmegeführte Anlagen den Wärmeertrag, jeweils zu Lasten der anderen Energieform. Die gewonnene Wärme wird als heißes Wasser oder Wasserdampf über Rohrleitungen zur Gebäudeheizung oder für industrielle Zwecke verwendet. Eine häufige Anwendung sind so genannte Blockheizkraftwerke (BHKW). Während bei diesen die Wärmeversorgung auf die nähere Umgebung beschränkt ist (zum Beispiel auf einen Häuserblock), dienen Großanlagen zur flächigen Fernwärme-Versorgung. Bei dieser Anwendung sind jedoch die Leitungsverluste wesentlich höher als bei Blockheizkraftwerken, wodurch die Effizienz des Energieeinsatzes sinkt. KWK-Anlagen können unter anderem sein:
- Dampfturbinen-,
- Gasturbinen-,
- Verbrennungsmotoren- oder
- Brennstoffzellen-Anlagen Von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung spricht man, wenn die Anlage zusätzlich Kälte erzeugen kann.

KWK-Gesetz

Mit dem Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz) wird in der Bundesrepublik Deutschland der Ausbau von KWK-Anlagen gefördert. Die Betreiber begünstigter KWK-Anlagen erhalten bis zum Jahr 2010 einen Zuschlag von 5,11 Cent pro in das Stromnetz eingespeister Kilowattstunde. Durch eine verstärkte Nutzung von KWK-Anlagen soll eine zusätzliche Minderung der Kohlendioxid-Emission erreicht werden. Das KWK-Gesetz trat am 1. April 2002 in Kraft.

Weblinks

- [http://www.bhkw-infozentrum.de/ BHKW-Infozentrum Rastatt]
- [http://www.bkwk.de/ Homepage - Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung]
- [http://www.bine.info/templ_main.php/energieerzeugung/kraft-waerme-kopplung Portal zur Energieforschung]
- [http://www.bine.info/magazin_folgeseite.php?id_thema=22&id=200 Mag@zin: Kraft-Wärme-Kopplung – das Gesetz und seine Wirkung]
- [http://www.thema-energie.de/category/show_category.cfm?cid=118 Wissenskatalog Energie: Kraft-Wärme-Kopplung]
- [http://www.energie-fakten.de/html/kosten_kwk_eeg.html Was kostet die Stromkunden die Förderung von regenerativen Energien und von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen?] Kategorie:Kraftwerk

Erdkörper

Die Erde (von indogermanisch er[t]) ist der dritte Planet des Sonnensystems. Sie ist ca. 4,55 Milliarden Jahre alt und ist der einzige bekannte belebte Ort. Das Planetenzeichen ist 18px oder 14px. Der lateinische Name ist Terra. Die Erde zählt zu der Gruppe der erdähnlichen (terrestrischen) Planeten.

Entstehung und Aufbau der Erde

Hauptartikel: Entstehung der Erde, Innerer Aufbau der Erde, Erdfigur und Plattentektonik Plattentektonik Die Erde ist der größte Gesteinsplanet im uns bekannten Sonnensystem. Alle anderen Planeten sind kleiner oder bestehen wie Jupiter hauptsächlich aus Gas in stark komprimierten Zuständen. Die Erde entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Man geht heute allgemein davon aus, dass sie während der ersten 100 Millionen Jahre einem intensiven Bombardement von Meteoriten ausgesetzt war. Heute ist nur noch ein geringer Beschuss zu verzeichnen. Die meisten der Meteore werden von Objekten kleiner als 1 cm hervorgerufen. Im Gegensatz zum Mond sind auf der Erde die meisten Einschlagkrater durch geologische Prozesse wieder ausgelöscht worden. Durch die kinetische Energie der Impakte während des schweren Bombardements und durch die Wärmeproduktion des radioaktiven Zerfalls erhitzte sich die junge Erde, bis sie größtenteils aufgeschmolzen war. In der Folge kam es zu einer gravitativen Differenzierung des Erdkörpers in einen Erdkern und einen Erdmantel. Die schwersten Elemente, vor allem Eisen, sanken in die Richtung des Schwerpunkts des Planeten, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium nach oben stiegen. Aus diesen Elementen bildeten sich hauptsächlich silikatische Minerale, aus denen auch die Gesteine der Erdkruste bestehen. Aufgrund ihres vorwiegenden Aufbaus aus Eisen und Silikaten hat die Erde wie alle terrestrischen Planeten eine recht hohe mittlere Dichte von 5,515 g/cm³. Die Erde hat, wie alle Planeten, durch die Eigengravitation ihrer großen Masse annähernd die Form einer Kugel. Durch die Fliehkräfte ihrer ziemlich schnellen Rotation ist sie an den Polen geringfügig abgeplattet. Der Äquatorumfang ist dadurch mit 40.075,004 km um 67,183 km bzw. um 0,17 % größer als der Polumfang mit 39.940,638 km. Der Poldurchmesser ist mit 12.713,500 km dementsprechend um 42,77 km bzw. um 0,34 % kleiner als der Äquatordurchmesser mit 12.756,270 km. Solch ein geometrisches Verhältnis ist das eines Ellipsoids. Der Meeresspiegel (das Geoid) weicht davon nochmals um ± 100 Meter ab. Die Unterschiede im Umfang tragen mit dazu bei, dass es keinen eindeutig höchsten Berg auf der Erde gibt. Nach der Höhe über dem Meeresspiegel ist es der Mt. Everest im Himalaya und nach dem Abstand des Gipfels vom Erdmittelpunkt der auf dem Äquatorwulst stehende Vulkanberg Chimborazo in den Anden. Von der jeweils eigenen Basis an gemessen ist der Mauna Kea auf der vom pazifischen Meeresboden aufragenden großen vulkanischen Hawaii-Insel am höchsten. Wie die meisten festen Planeten und fast alle größeren Monde, z. B. der Erdmond, weist auch die Erde eine deutliche Dichotomie ihrer Oberfläche auf, d. h. eine Zweiteilung in unterschiedlich ausgeprägte Halbkugeln. Die Oberfläche der Erde unterteilt sich in eine Landhemisphäre und eine Wasserhemisphäre. Die Wasserfläche hat in der gegenwärtigen geologischen Epoche einen Gesamtanteil von 70,7 %. Die von der Landfläche umfassten 29,3 % entfallen hauptsächlich auf sieben Kontinente; der Größe nach: Asien, Afrika, Nordamerika, Südamerika, Antarktika, Europa und Australien. Wobei Europa als große westliche Halbinsel Asiens im Rahmen der Plattentektonik wahrscheinlich nie eine selbstständige Einheit gewesen ist. Die kategorische Grenzziehung zwischen Australien als kleinstem Erdteil und Grönland als größter Insel wurde nur rein konventionell festgelegt. Die Fläche des Weltmeeres wird im Allgemeinen in drei Ozeane einschließlich der Nebenmeere unterteilt: In den Pazifik, den Atlantik und den Indik. Die tiefste Stelle, das Witjastief 1 im Marianengraben, liegt 11.034 m unter dem Meeresspiegel. Nach seismischen Messungen ist die Erde hauptsächlich aus drei Schalen aufgebaut: Aus dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Diese Schalen sind durch seismische Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) voneinander abgegrenzt. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die so genannte Lithosphäre. Sie ist zwischen 50 und 100 km dick und zergliedert sich in große und kleinere tektonische Einheiten, die Platten. Die größten Platten entsprechen in ihrer Anzahl und Ordnung in etwa jener der von ihnen getragenen Kontinente, mit Ausnahme der pazifischen Platte. All diese Schollen bewegen sich gemäß der Plattentektonik relativ zueinander auf den teils aufgeschmolzenen, zähflüssigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km mächtigen Asthenosphäre. Der innere Erdkern ist fest, der äußere geschmolzen und gut 4.000 °C heiß. Ein dreidimensionales Modell der Erde wird, wie alle verkleinerten Nachbildungen von Weltkörpern, Globus genannt.

Atmosphäre

Hauptartikel: Erdatmosphäre Die Erde besitzt eine etwa 640 km hohe Atmosphäre. Deren Masse beträgt 5,13 x 10¹⁸ kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. Der mittlere Luftdruck auf dem Niveau des Meeresspiegels ist 1.013 hPa groß; bei einer mittleren Luftdichte von 1,293 kg/m³. In den bodennahen Schichten besteht die Lufthülle im Wesentlichen aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 1 % Edelgasen. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf (0 – 5 %), der das Wettergeschehen bestimmt. Die auf der Erde gemessenen Temperaturextreme betragen –89,6 °C (gemessen am 21. Juli 1983 in der Wostok-Station in der Antarktis auf 3.420 Metern Höhe, was einer Temperatur von –60 °C auf Meereshöhe entspräche) und +58 °C (gemessen am 13. September 1922 in Al 'Aziziyah in Libyen auf 111 Metern Höhe). Die mittlere Temperatur in Bodennähe beträgt 15 °C; die Schallgeschwindigkeit bei dieser Temperatur beträgt in der Luft am Meeresniveau etwa 340 m/s. Die Erdatmosphäre streut den kurzwelligen, blauen Spektralanteil des Sonnenlichts etwa fünfmal stärker als den langwelligen, roten und bedingt dadurch bei hohem Sonnenstand die Blaufärbung des Himmels. Dass die Oberfläche der Meere und Ozeane vom Weltall aus gesehen blau erscheinen, weswegen die Erde seit dem Beginn der Raumfahrt auch der Blaue Planet genannt wird, ist jedoch auf die stärkere Absorption roten Lichtes im Wasser selbst zurückzuführen. Die Spiegelung des blauen Himmels an der Wasseroberfläche ist dabei nur von nebensächlicher Bedeutung.

Globaler Energiehaushalt

Der Energiehaushalt der Erde wird im Wesentlichen durch die Einstrahlung der Sonne und die Ausstrahlung der Erdoberfläche bzw. Atmosphäre bestimmt, also durch den Strahlungshaushalt der Erde. Der sonstige vorwiegend durch radioaktive Zerfälle erzeugte Energiebeitrag beträgt nur etwa 0,1 %. Die Albedo der Erde beträgt im Mittel 0,367, wobei ein wesentlicher Anteil auf die Wolken der Erdatmosphäre zurückzuführen ist. Dies führt zu einer globalen effektiven Temperatur von 246 K (-27 °C). Die Durchschnittstemperatur am Boden liegt jedoch durch einen starken atmosphärischen Treibhauseffekt bzw. Gegenstrahlung bei etwa 288 K (15 °C), wobei die Treibhausgase Wasser und Kohlendioxid den Hauptbeitrag liefern.

Herkunft des irdischen Wassers

Hauptartikel: Herkunft des irdischen Wassers Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopen-Verhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Himmelsmechanik

Umlaufbahn

Der mittlere Abstand des Zentrums der Erde vom Zentrum der Sonne ist die große Bahnhalbachse und beträgt etwa 149.597.870 km. Ursprünglich wurde dieser Abstand der Definition der Astronomische Einheit (AE) zugrunde gelegt, die als astronomische Längeneinheit hauptsächlich für Entfernungsangaben innerhalb des Sonnensystems verwendet wird. Der sonnennächster Punkt der Erde, das Perihel, liegt bei 0,983 AE AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 1,017 AE. Sie läuft also auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0167 um die Sonne. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt sie 365 d 6 h 9 min 9,54 s, diese Zeitspanne wird auch als Siderischen Jahres bezeichnet. Die Bahnebene der Erde wird als Ekliptik bezeichnet.

Mond

Hauptartikel: Mond Die Erde wird von einem Mond umkreist. Dieser ist im Vergleich zur Erde deutlich größer als es bei den anderen Planeten mit Ausnahme des Pluto/Charon-Systems der Fall ist. Der große Mond ist verantwortlich für die Stabilität der Schiefe der Ekliptik der Erde und damit auch für die guten Bedingungen zum Entstehen von Leben auf der Erde.

Rotation und Gezeiten

Die Erde rotiert einmal in 23 h 56 min 4,09 s um ihre eigene Achse. Analog zum siderischen Jahr wird diese Zeitspanne als ein Siderischer Tag bezeichnet. Aufgrund der Bahnbewegung der Erde entlang ihrer Umlaufbahn und der daraus resultierenden leicht unterschiedlichen Position der Sonne an nacheinander folgenden Tagen ist ein Sonnentag, der als die Zeitspanne zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) definiert ist, etwas größer als ein Siderischer Tag und wird nach Definition in 24 Stunden eingeteilt. Aufgrund der Neigung der Rotationsachse der Erde von 23,44° gegen die Ekliptik werden die Nord- und die Südhalbkugel der Erde an verschiedenen Punkten ihrer Umlaufbahn um die Sonne unterschiedlich beleuchtet, was zu den das Klima der Erde prägenden Jahreszeiten führt. Jahreszeiten Der Mond verursacht auf der Erde Gezeiten. Ebbe und Flut in den Meeren und im Erdmantel bremsen die Erdrotation und verlängern dadurch gegenwärtig die Tage um etwa 20 Mikrosekunden pro Jahr. Die Gezeiten wirken sich auch auf die Landmassen aus, die sich um etwa einen halben Meter heben und senken.
Die Rotationsenergie der Erde wird dabei in Wärme umgewandelt. Der Drehimpuls wird auf den Mond übertragen, dessen Bahn sich dadurch um etwa 4 Zentimeter pro Jahr von der Erde entfernt. Dieser schon lange vermutete Effekt ist seit etwa 1995 durch Laser-Distanzmessungen abgesichert. Die zunehmende Tageslänge kann geologisch anhand von Wachstumsringen in fossilen Korallen nachgewiesen werden. Man findet in diesen Sedimenten eine Spur für jeden Tag, und eine jährliche Regelmäßigkeit, aus der sich die Anzahl der Tage im damaligen Jahr bestimmen lässt. In der Vergangenheit zeigt sich die Zunahme der Tageslänge anhand überlieferter Sonnenfinsternisse, die bei gleich bleibender Tageslänge an einem anderen Ort auf der Erde sichtbar gewesen wären. Extrapoliert man diese Abbremsung in die Zukunft, wird auch die Erde einmal dem Mond immer die gleiche Seite zuwenden, wobei ein Tag auf der Erde dann 47 Mal so lang wäre wie heute. Damit unterliegt die Erde dem gleichen Effekt, der in der Vergangenheit schon zur gebundenen Rotation des Mondes geführt hat. Zu dem Zeitpunkt, an dem diese Korotation eintreten wird, wird das Wechselspiel der Gezeiten beendet sein. Die Flutberge verbleiben dann immer an einem Ort auf der Verbindungslinie Erde-Mond und es wird zu einer dauerhaften Verformung des Erdkörpers kommen, ähnlich dem des Mondes. Diese Überlegungen kann man allerdings als hypothetisch betrachten, da zum einen die Stabilität der Erdrotation nicht gewährleistet ist. Zum anderen wird sich durch den Übergang der Sonne zu einem weißen Zwerg auch das gesamte Sonnensystem verändert haben.

Leben und Klima

weißen Zwerg Die Erde ist bisher der einzige Planet, auf dem Leben bzw. eine Biosphäre nachweisbar ist. Nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung begann das Leben auf der Erde möglicherweise innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums, gleich nach dem Ausklingen eines schweren Bombardements großer Asteroiden, dem die Erde nach ihrer Entstehung vor ca. 4,6 Milliarden Jahren bis etwa vor 3,9 Milliarden Jahren als letzte Phase der Bildung des Planetensystems ausgesetzt war. Nach dieser Zeit hat sich eine stabile Erdkruste ausgebildet und soweit abgekühlt, dass sich Wasser auf ihr sammeln konnte. Die ältesten direkten, allerdings umstrittenen Hinweise auf Leben, die als versteinerte Cyanobakterien gedeutet werden, sind 3,5 Milliarden Jahre alt und wurden in Gesteinen der Warrawoona-Gruppe im Nordwesten Australiens gefunden. In 3,85 Milliarden Jahre altem Sedimentgestein aus der Isua-Region im Südwesten Grönlands wurden in den Verhältnissen von Kohlenstoffisotopen Anomalien entdeckt, die auf biologischen Stoffwechsel hindeuten könnten; bei dem Gestein kann es sich aber auch statt um Sedimente lediglich um ein stark verändertes Ergussgestein ohne derartige Bedeutung handeln. Die ältesten und eindeutigen Lebensspuren auf der Erde sind 1,9 Milliarden Jahre alte fossile Bakterien aus der Gunflint-Formation in Ontario. Die chemische wie die biologische Evolution sind untrennbar mit der Klimageschichte verknüpft. Das Leben wird in seiner Entwicklung von den herrschenden Bedingungen geprägt und hat seinerseits Einfluss auf die Entwicklung und das Erscheinungsbild der Erde. Durch den Stoffwechsel des pflanzlichen Lebens bzw. durch die Photosynthese wurde die Erdatmosphäre mit molekularem Sauerstoff angereichert und bekam ihren oxidierenden Charakter. Zudem wurde die Albedo und damit die Energiebilanz durch die Pflanzendecke merklich verändert.

Klimazonen

Die Erde wird anhand unterschiedlich intensiver Sonneneinstrahlung in Klimazonen eingeteilt, die sich vom Nordpol zum Äquator erstrecken – und auf der Südhalbkugel spiegelbildlich verlaufen. Die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sind umso stärker, je weiter die Klimazone vom Äquator und vom nächsten Ozean entfernt liegt.

Polarzone

Unter den Polargebieten versteht man zum einen die Region innerhalb des nördlichen Polarkreises, die Arktis, sowie den Kontinent der Antarktis auf der Südhalbkugel der Erde. Besonderes Kennzeichen der Polarregionen sind neben dem kalten Klima mit viel Schnee und Eis der bis zu einem halben Jahr dauernde Polartag mit der Mitternachtssonne bzw. die Polarnacht, aber auch die Polarlichter.

Gemäßigte Zone

Die gemäßigte Klimazone erstreckt sich vom Polarkreis bis zum vierzigsten Breitengrad und wird in eine kalt-, kühl- und warmgemäßigte Zone eingeteilt. Diese Zone weist einen großen Unterschied zwischen den Jahreszeiten auf, der in Richtung der Erdmitte jedoch etwas abnimmt. Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede zwischen Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen, je näher man dem Pol kommt, immer mehr zu. Die Vegetation wird durch Nadel-, Misch- und Laubwälder geprägt, wobei die Nadelwälder in Richtung Äquator immer weniger werden.

Subtropen

Die Subtropen liegen in der geographischen Breite zwischen den Tropen in Äquatorrichtung und den gemäßigten Zonen in Richtung der Pole, ungefähr zwischen 25°-40° nördlicher und südlicher Breite. Diese Gebiete haben typischerweise tropische Sommer und nicht-tropische Winter. Man kann sie unterteilen in trockene, winterfeuchte, sommerfeuchte und immerfeuchte Subtropen. Eine weit verbreitete Definition definiert das Klima dort als subtropisch, wo die Mitteltemperatur im Jahr über 20 Grad Celsius liegt, die Mitteltemperatur des kältesten Monats jedoch unter der Marke von 20 Grad bleibt. Die Unterschiede zwischen Tag und Nacht fallen relativ gering aus. Die Vegetation reicht von der Artenvielfalt, wie sie z.B. im Mittelmeer auftritt, über die Vegetation der trockenen Savanne bis hin zur kargen oder auch völlig fehlenden Vegetation in Wüsten wie der Sahara.

Tropen

Die Tropen befinden sich zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. Die Tropen können in die wechselfeuchten und immerfeuchten Tropen unterschieden werden. In den Tropen sind Tag und Nacht immer gleichlang (jeweils 12 Stunden). Jahreszeiten gibt es als Solches nur in den wechselfeuchten Tropen und lassen sich nur in eine Trocken- und Regenzeit unterscheiden. Typisch für die wechselfeuchten Tropen sind die Feuchtsavannen, die sich nördlich und südlich der großen Regenwälder befinden. Sie zeichnen sich durch ihre weiten Grasländer aus. Beispiele sind die afrikanische Savanne und der Bantanal in Südbrasilien und Paraguay. Für die immerfeuchten Tropen, die sich rund um den Äquator befinden, sind die großen, sehr artenreichen Regenwälder, wie z.B. der Amazonas typisch.

Jahreszeiten

Die Jahreszeiten werden in erster Linie von der Einstrahlung der Sonne verursacht und sind in der gemäßigten Zone am stärksten ausgeprägt. Die Unterschiede entstehen durch die Neigung der Erde. Dies hat zur Folge, dass die Sonne zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin- und herwandert (daher auch der Name). Dadurch entstehen auch neben den unterschiedlichen Einstrahlungen auch die Unterschiede zwischen Tag und Nacht. Die Wanderung erfolgt im Jahresrhythmus wie folgt:
- 21. Dezember (Wintersonnenwende): Die Sonne befindet sich auf dem südlichen Wendekreis bzw. auf dem Kreis des Steinbocks. Auf der Nordhalbkugel ist nun der kürzeste und auf der Südhalbkugel der längste Tag des Jahres. Durch die nun folgende geringe Einstrahlung der Sonne auf die Nordhalbkugel beginnt nun der Winter. Am Nordpol beginnt die Polarnacht und am Südpol der Polartag.
- 19. bis 21. März: Tagundnachtgleiche auf nördlicher und südlicher Halbkugel: Frühlingsbeginn im Norden und Herbstbeginn im Süden.
- 21. Juni (Sommersonnenwende): Längster Tag im Norden und kürzester Tag im Süden. Am Nordpol beginnt der Polartag und am Südpol die Polarnacht. Auf der Nordhalbkugel beginnt nun der astronomische Sommer und auf der Südhalbkugel der astronomische Winter. Die Sonne befindet sich am nördlichen Wendekreis (Kreis des Krebses).
- 22. oder 23. September: Tagundnachtgleiche: Im Norden beginnt der Herbst, im Süden der Frühling. Die Sonne ist auf Höhe des Äquators. Zwischen den beiden Wendekreisen, wo sich die Tropen befinden gibt es kaum Unterschiede zwischen den Jahreszeiten, da die Sonne dort immer im Zenit steht.

Einfluss des Menschen

Die ersten Menschen lebten als Jäger und Sammler. Mit der Neolithischen Revolution begannen im Vorderen Orient (11.), in China (8.) und im mexikanischen Tiefland (6. Jahrtausend vor Christus) Ackerbau und Viehzucht. Die Kulturpflanzen verdrängten die natürliche Pflanzenwelt. Im Zuge der Industrialisierung wurden weiträumige Landflächen in Industrie- und Verkehrsfläche umgewandelt. Die Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Klima haben heute durch den zunehmenden Einfluss des Menschen eine neue Quantität erreicht. Während im Jahr 1920 circa 1,8 Milliarden Menschen die Erde bevölkerten, wuchs die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2000 auf 6,1 Milliarden an. In den Entwicklungsländern ist für die absehbare Zukunft weiterhin ein starkes Bevölkerungswachstum zu erwarten, während in vielen hoch entwickelten Ländern die Bevölkerung stagniert oder nur sehr langsam zunimmt, deren industrieller Einfluss auf die Natur aber weiterhin wächst. Siehe auch: Klimazonen

Siehe auch

- Liste aller Länder und Staaten der Erde
- Biosphäre 2
- Magnetismus
- Jahreszeiten
- Satellit
- Geowissenschaften
- Envisat (ESA-Umweltsatellit)
- Merkurtransit, Venustransit
- Die Erde in Daten und Zahlen
- Nasa World Wind (Computerprogramm)
- Google Earth (Computerprogramm)

Literatur

- David Oldroyd: Die Biographie der Erde. Zweitausendeins 1998. ISBN 3-86150-285-2
- J. D. Macdougall: Eine kurze Geschichte der Erde. Econ Taschenbuchverlag 2000. ISBN 3-612-26673-X
- Cesare Emilliani: Planet Earth. Cosmology, Geology, and the Evolution of Live and Environment. Cambridge University Press 1992.

Weblinks

- [http://www.uni-muenster.de/MineralogieMuseum/vulkane/Vulkan-3.htm Bau der Erde und Vulkanismus]
- [http://www.raumfahrer.net/planeterde Raumfahrer.net Sonderseite: Planet Erde]
- [http://www.kowoma.de/gps/geo/mapdatum.htm Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen]
- [http://home.arcor.de/m.panitzki/html/navigation/index_navigation.htm Ellipsoide, Geoide und topografische Oberflächen II]
- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=050202.rm Wie schnell entstand die Erde?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020414.rm Warum ist die Erde warm?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010204.rm&g2=1 Wie alt ist die Erde?] Kategorie:Erde ja:地球 ko:지구 ms:Bumi simple:Earth th:โลก zh-min-nan:Tē-kiû

Entstehung der Erde

Die Frage nach der Entstehung der Erde bzw. der Welt beschäftigt die Menschheit schon seit vorgeschichtlichen Zeiten. Verschiedene Kulturkreise brachten zahlreiche Schöpfungsmythen, wie zum Beispiel den des 1. Buch Mose, hervor. Dagegen brachte erst die Neuzeit fundierte wissenschaftliche Erkenntnisse darüber, welche physikalischen Prozesse tatsächlich zur Bildung der Erde geführt haben. In einem größeren Kontext ist die Entstehungsgeschichte der Erde dabei mit der Geschichte des Universums und der Milchstraße im Allgemeinen sowie der Geschichte unserers Sonnensystems im Besonderen verknüpft.

Vorgeschichte

Sonnensystem Die Wissenschaft geht heute – stark vereinfacht – davon aus, dass sich die Materie seit dem Urknall im Universum immer weiter ausdehnt. Dies geschah – wieder stark schematisch formuliert – zunächst völlig ungeordnet, das heißt der Weltraum war voller Materieteilchen, die sich immer weiter voneinander entfernten. Erst im Laufe von Jahrmilliarden bildete sich schrittweise die uns heute bekannte Ordnung von Galaxien und Planetensystemen aus, indem sich Materie durch Gravitation und Zentrifugalkraft in bestimmten Systemen bündelte und ordnete. Dieser Vorgang wird auch als Akkretion bezeichnet. Man nimmt an, dass als Vorläufer unseres Sonnensystems zunächst ein gigantischer Sonnennebel (oder Sonnenwolke) bestand, der vor 4,6 bis 4,7 Milliarden Jahren zusammenbrach. Durch dieses Zusammenziehen erhöhte sich aufgrund der notwendigen Erhaltung des Bahndrehimpulses die Rotationsgeschwindigkeit des Gebildes, wodurch sich, im Zusammenspiel mit der Schwerkraft, die Materie entlang elliptischer Bahnen zu konzentrieren begann. Die im Zentrum akkumulierte Masse erreichte dabei eine so hohe Konzentration, dass ein nuklearer Fusionsprozess einsetzte; die Sonne war geboren. Die übrige, um die Sonne kreisende Materie ballte sich nun zu frühen Planeten, den Planetesimalen zusammen. Ab einer bestimmten Größe führt deren Gravitation zu einer immer weiter fortschreitenden, jedoch nicht unbedingt kontinuierlichen, Materialakkumulation, also einem Anwachsen der Gebilde bis hin zur Größe von Protoplaneten.

Eigenschaften der Erde in ihrem frühesten Stadium

Die im jungen Sonnensystem bestehende "Urerde" unterschied sich noch grundlegend von Planeten wie wir sie heute kennen. Unter anderem hatte sich die Form der Erde in ihrem frühesten, Hadaikum genannten Stadium, noch nicht zu ihrer heutigen, annähernd runden, Gestalt stabilisiert und sie besaß noch keine feste Oberfläche. Zudem war die Erde, bedingt durch häufige Impakte, noch im Wachsen begriffen. Die Atmosphäre der Urerde, die so genannte Uratmosphäre, bestand im wesentlichen aus Wasserstoff und Helium, war jedoch instabil und blieb nicht erhalten. Alle Elemente, aus denen unser Planet heute besteht, waren damals schon vorhanden, aber sie hatten aufgrund der hohen Temperatur zum Großteil keinen festen Aggregatzustand. So bildete sich der schalenförmige Aufbau der Erde aus einem eisenhaltigen Erdkern, einem Erdmantel und einer Erdkruste erst im Laufe von mehreren hundert Millionen Jahren über den Prozess der Differenzierung heraus. Ein weiteres wichtiges Charakteristikum der Erde in ihrem frühesten Stadium war, dass sie noch ständig von Meteoriten bomdardiert wurde, da das frühe Sonnensystem noch viel Materie enthielt, die nicht in Planeten gebunden war. Teile davon zog die Erde durch ihre große Masse an und absorbierte sie in ihrem teilweise aufgeschmolzenen Körper. In besonderer Beziehung hierzu steht die auch heute noch nicht vollständig geklärte Frage nach der Entstehung des Mondes.

Siehe auch

- Geologische Zeitskala

Literatur

- Meissner, Rolf: Geschichte der Erde. Von den Anfängen des Planeten bis zur Entstehung des Lebens. München 1999 Kategorie:Erde Kategorie:Geowissenschaft Kategorie:Historische Geologie

Akkretion

Akkretion bedeutet Wachstum durch Anlagerung (lat. accretio Zunahme) und wird in folgenden Zusammenhängen verwendet:
- Anwachsen eines astronomischen Objektes, meist in Form einer Akkretionsscheibe, siehe Akkretion (Astronomie)
- Anwachsen von Staatsgebiet, Akkretion (Recht)
- Anwachsen von tektonischen Platten ("Platten-Akkretion")

Einstrahlung

Die Einstrahlung von Sonnenstrahlung auf eine Oberfläche gehört zu den wichtigsten Parametern, wenn es um Berechnung von Temperaturen und Klimamodellen geht. Andere wichtige Größen für die Energiebilanz der Erdatmosphäre sind die Rückstrahlung (Albedo, die auch vom Bewuchs abhängt), die Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung (in Fluiden auch die Konvektion) und die geometrischen Eigenschaften der Fläche (Hangneigung, Exposition). Gegenteil: Ausstrahlung Siehe auch:
- Meteorologie, Klimatologie, Ozeanografie
- Globalstrahlung, Bodentemperatur

Erdkern

Der Erdkern ist die Materie im und um den Mittelpunkt der Erde. Aufgrund der Ausbreitung von Erdbebenwellen im Erdinneren kann man den Erdkern vom ihn umgebenden Erdmantel abgrenzen.

Erforschung

Eine direkte Untersuchung des Erdkerns ist nicht möglich. Es gibt jedoch einige indirekte Hinweise, aus denen Schlüsse über den Erdkern gezogen werden können:
- Das Magnetfeld der Erde weist darauf hin, das es im Erdinneren elektrisch leitendes Material geben muss.
- Gesteine der Erdkruste und des Erdmantels haben Dichten zwischen 2,5 und 4 g/cm³. Für den gesamten Erdkörper ergibt sich jedoch eine Dichte von etwa 5,5 g/cm³. Daraus ergibt sich, dass es im Erdinneren Bereiche mit wesentlich höherer Dichte geben muss.
- Eisenmeteoriten sind aus den metallischen Kernen von differenzierten Asteroiden, d. h. Asteroiden, die ähnlich der Erde aus einem eisenreichen Kern und einem Mantel aus Gestein aufgebaut waren, entstanden, die nach ihrer Entstehung durch Kollisionen zertrümmert wurden.
- An der Grenze zwischen Erdmantel und äußerem Erdkern werden Scherwellen entweder ganz in den Erdmantel zurückreflektiert oder durch Brechung in Verdichtungswellen umgewandelt. Ähnliches gilt für die Grenze zwischen äußerem und innerem Erdkern. Da Flüssigkeiten keinen Scherwiderstand haben, können sich Scherwellen in ihnen nicht ausbreiten.
- Longitudinalwellen (Kompressions- bzw. Verdichtungswellen oder auch P-Phasen genannt) passieren die Grenze zum Erdkern (Kern-Mantel-Grenze) und werden dort gebrochen. Der Erdkern wirkt für P-Phasen, die von einer seismischen Quelle (zum Beispiel Erdbeben oder Explosionen) ausgehen, wie eine Linse die zu einem Brennkreis in zirka 145° Entfernung vom Epizentrum führt. Da der Erdkern alle direkten P-Phasen zwischen einer Entfernung von 100° bis 145° durch diesen Effekt ablenkt, bildet sich hier der so genannte Kernschatten. In diesem Kernschatten kann man noch anderen Kernphasen messen z.B. die PKiKP Phase, welche am inneren Erdkern reflektiert wird. Durch die Entdeckung dieser Phase wurde die Existenz des inneren Erdkerns durch Inge Lehmann 1936 nachgewiesen.
- Superrotation: Erdbebenwellen verschiedener Erdbeben vom selben Entstehungsort, die durch den Erdkern laufen, werden mit wachsendem Zeitabstand immer unterschiedlicher im Erdkern abgelenkt (unterschiedlicher Ankunftspunkt auf der gegenüberliegenden Erdseite). Die Ablenkungsunterschiede kommen sehr wahrscheinlich von Inhomogenitäten des inneren festen Kerns, die durch eine leicht schnellere Drehung des Kerns ihren Ort ändern. Aus diesen Analysen ergibt sich, dass der innere Erdkern 0,3 bis 0,5 Grad pro Jahr schneller als der Erdmantel und die Erdkruste rotiert. Damit macht er zirka alle 900 Jahre eine zusätzliche Drehung. Die Energie dafür liefern vermutliche elektromagnetische Kräfte des Geodynamos im äußeren Erdkern.

Aufbau und Eigenschaften

Der innere Erdke