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Inhalt
Rezente Wärmeflüsse im Alpenraum
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Spärliche Datengrundlage
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Hauptfaktor der Wärmeflüsse kommt aus interner Wärmeproduktion durch radioaktiven Zerfall
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Sehr hohe Wärmeflüsse im Oberrheingraben
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Geringere Wärmeflüsse im Bereich der Molasse auf Grund vom Absenkung und Eintrag „kalter Sedimente“.
- Mittlere bis höhere Wärmeflüsse im oberen Teil der Alpen durch Aufstieg warmen Gesteins. Vergleichsweise geringer Wärmefluss in größeren Tiefen unter den Alpen durch tiefe Versenkung von Gesteinen mit geringer Wärmeproduktion.
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Regionale Unterscheide durch lithologische Unterschiede (granitische Intrusionen)
Geothermie:
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Großes Potential zur Wärme und Elektrizitätserzeugung
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Erfolgreiche Kraftwerke im nordalpinen Molassebecken
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Nutzung von Niedertemperatur-Reservoiren (~150°C) im Malm Karstgestein
Was beeinflusst die Wärmeflüsse in der Erdkruste?
Wenn man das Gestein in den Alpen betrachtet könnten folgende Faktoren die Wärmeflüsse beeinflussen : Wärmefluss aus dem Erdinneren, Erwärmung durch Orogenese, exogene Einflüsse (z.B. Abkühlen durch aufliegende Eismassen), Fluidflüsse und interne Wärmeproduktion durch radioaktiven Zerfall. Die meisten dieser Faktoren sind jedoch zu vernachlässigen oder nur regional von Bedeutung. So ist im rezenten Wärmefluss der Alpen der Einfluss durch die Orogenese nicht mehr spürbar da die Orogenese vergleichsweise langsam abgelaufen ist (Rybach et al. 1977). Fluidflüsse können im Bereich um große, tiefe Störungen für stark erhöhte Wärmeflüsse aus heißeren Tiefen sorgen. Wo diese Störungen mit der Oberfläche verbunden sind findet man häufig heiße Quellen im Alpenraum (z.B. Bormio). Dieser Effekt ist jedoch nur regional von Bedeutung. Exogene Einflüsse wirken sich nur im oberen Kilometerbereich auf die Gesteinstemperaturen aus und sind somit zu gering, um in weiteren Tiefen einen Einfluss zu haben.
Als wichtigster Faktor bleibt also die interne Wärmeproduktion durch radioaktiven Zerfall neben dem die anderen Faktoren zu vernachlässigen sind. (Rybach et al. 1977)
Die Wärmeproduktion ist also stark abhängig davon ob das Gestein radiogene Wärmequellen (Zerfall der Isotope 238 U, 235 U, 232 Th, 40 K) enthält. Diese sind vor allem in sauren Intrusionen zu finden und eher selten in Sedimenten und ultrabasischen Gesteinen (Werner 1977).
Tabelle1: Wärmeproduktionsraten (Rybach et al. 1977)
Regionen im Überblick
Oberrheingraben
Der Oberrheingraben zeichnet sich durch sehr hohe Wärmeflüsse aus. Im Gegensatz zu den Alpen ist hier nicht die interne Wärmeproduktion der Gesteine dominierend, sondern externe Einflüsse. Auf Grund starker Krustendehnung entlang des Oberrheingrabens ist die Kruste verdünnt und mit vielen großen Störungen durchzogen. Diese Störungen ermöglichen einen idealen Fluidfluss durch die dünnere Kruste und somit einen starken Wärmetransport von heißen, tiefen Regionen nach oben
Abb. 1:Geothermische Gradienten im Alpenram(Werner1977) Abb. 2: Wärmeflüsse im Alpenraum(Werner1977)
Nordalpines Molassebecken
Im Bereich der Molasse ist ein kontinuierliches Absenken des Beckens mit gleichzeitig großem Sedimenteintrag aus den Alpen zu beobachten. Die versenkten Sedimente sind sehr kalt, da sie von der Oberfläche stammen und produzieren drüber hinaus sehr wenig Eigenwärme. Der geothermische Gradient ist deswegen im Bereich der Molasse geringer als normal.
Alpen
Durch die alpine Orogenese wurde kaltes Krustenmaterial in große Tiefen verfrachtet. Es befinden sich also große Mengen Sedimentgestein mit geringer Wärmeproduktion in großen Tiefen. Dies führt zu einem stark verringerten geothermischen Gradienten unterhalb der Alpen in Tiefen unterhalb 50 km. In geringeren Tiefen zeichnet sich jedoch ein anderes Bild ab. Durch den kontinuierlichen Aufstieg der zentralen Alpen wird wärmeres Material aus größeren Tiefen nach oben transportiert und erodiert. Durch diesen Aufstieg ist der geothermische Gradient im Gestein oberhalb 50 km normal bis leicht erhöht. Erhöhter Wärmefluss ist im besonderen auch im Bereich großer granitscher Intusionskörper zu verzeichnen, da die innere Wärmeproduktion von Granit sehr hoch ist. Der rezente Wärmefluss kann sich somit regional durch Vorkommen von Intrusionen, permeablen Störungen und Aufstieg stark unterscheiden.
Abb. 3: Hebungsentwicklung im Alpenraum(Rybach et al. 1977)
Neben vielen Oberflächennahen Geothermieprojekten im gesamten Alpenraum, die meist nur geringe Mengen Energie und Wärme produzieren, wird die Geothermie im Bereich der Alpen Molasse erfolgreich im größeren Umfang eingesetzt.
Hierzu wird ein tiefliegender Grundwasserleiter (Aquifer) als Quelle für heißes Grundwasser verwendet. Die heutigen Kraftwerke arbeiten mit Niedertemperatur-Reservoiren, also mit Temperaturen um 150°C. Neben dieser Technologie existieren auch weitere Ansätze zur Nutzung der Geothermie im Alpenraum. Ein Ansatz ist die Geothermienutzung in Bereichen mit erhöhtem geothermischen Gradienten, wie er im Alpenraum im Bereich granitischer Intrusionen zu finden ist. Durch das Fehlen großer Mengen heißer Fluide wie in einem Aquifer, muss hier Wasser direkt induziert werden, weswegen für eine wirtschaftliche Nutzung meist tiefer gebohrt werden muss, als bei der Erschließung von Niedertemperatur-Reservoiren. Das berühmteste Beispiel für ein gescheitertes Projekt dieser Art ist das „Deep Heat Mining Basel“ Projekt welches 2006 eingestellt wurde, nachdem mehrere leichte Beben ausgelöst wurden.
Das nordalpine Molassebecken ist ideal zur Nutzung der Geothermie aus Niedertemperatur-Reservoiren. Als Reservoir dient der 600 m mächtige Malm Kalkstein (Alter: Jura 150 Ma) der zu den Alpen hin abfällt und somit in Tiefen ab ca. 3,5 km die gewünschten Fluidtemperaturen (130-160°C aufweist. Da das Gestein des Malm, auch Malmkarst genannt, sehr stark verkarstet und ge klüftet is t, verfügt es über e ine extrem hohe Perm eabilität, wodurch g roße Menge n heißem W assers zu r Verfügun g stehen. Durch das Abfallen d er Schicht en zu den Alpen hin können die Gesteine des Malm bis zu Tiefen von 6 km und somit auch bei Temperaturen von 200-300°C genutzt werden. Auf Grund des hohen Aufwandes für Bohrungen in diesen Tiefen wird dies zur Zeit jedoch noch nicht durchgeführt.
Abb. 4: Profil Molasse (Malm: schwarz)
Zur Zeit existieren drei stromerzeugende Geothermiekraftwerke im Alpenraum: Unterhaching bei München und Altheim und Bad Bulmenau in Österreich. Darüber hinaus befinden sich 20 weitere Projekte im Bau von denen acht auch zur Elektrizitätsgewinnung genutzt werden sollen.
Problematisch bei der geothermischen Nutzung der Malmgesteine sind die kaum bekannten Wegsamkeiten durch das Karstgetsein. Da die Karstwegsamkeiten keine Ordnung wie tektonische Kluftsysteme aufweisen sind die Fluidflüsse im Untergrund meist nicht nachzuvollziehen. Hierdurch kann es dazu kommen, dass sich verschiedene Geothermieprojekte gegenseitig behindern, obwohl sie weit voneinander entfernt sind. Darüber hinaus kann nicht kontrolliert werden wohin verunreinigte Wässer aus Injektionbohrungen gelangen können.