Erkennen
und Quantifizieren von
Strömung: |
Gemeinsames
Forschungsprojekt mit der Angewandten Geophysik und dem
Instituts
für Höchstleistungsrechnen der RWTH Aachen und des GGA-Instituts
Hannover, finanziert durch das Bundesministerium
für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)
über den Projektträger Bundesamt
für Strahlenschutz (BfS).
Die Temperatur
in der der Erde nimmt mit mit der Tiefe zu. Bis in einige
Kilometer Tiefe beträgt die Zunahme im Mittel 30°C pro
Kilometer. Die Abweichungen von diesem mittleren
Gradienten an einzelnen Standorten können allerdings
enorm sein. Hierfür sind verschiedene Einflüsse
verantwortlich, zum Beispiel:
Grundwasserströmung.
Wasser besitzt eine
hohe Wärmekapazität, d.h. es ist in der Lage Wärme sehr
effektiv zu speichern. Selbst geringste Grundwasserflüsse
(~ mm pro Jahr) führen erhebliche Wärmemengen mit sich.
Grundwasserströme bewirken damit oft eine deutliche
Verzerrung des Temperaturfelds im Untergrund. Besonders
evident wird die Wechsel- wirkung zwischen Temperatur und
Grundwasser an thermalen Quellen oder Geysiren, die
Temperaturen über 100°C bis an die Oberfläche
transportieren können.
Paläoklima.
Im Laufe der Erdgeschichte hat sich immer wieder die
mittlere Temperatur an der Erdoberfläche, also unser
Klima, geändert. Diese Schwankungen wandern als diffuses
Signal in den Untergrund. Beispielsweise kann die Erwärmung
Europas nach Ende der letzten Eiszeit (vor etwa 20,000
Jahren) noch heute in Bohrlungen mit 1-2 km Tiefe
nachgewiesen werden. Spätere Ereignisse, wie die kleine
Eiszeit (ca. 1500) oder die möglicherweise
zivilisationsbedingte Erwärmung des letzten Jahrhunderts
können durch Temperaturmessungen in nur wenige 100 m
tiefen Bohrungen nachgewiesen werden.
Heterogenität
des Untergrundes. Abhängig
von Mineralgehalt und Porosität können die
thermischen Eigenschaften der Gesteine beträchtlich
voneinander abweichen. Dies bedingt eine Brechung des
sonst vorwiegend vertikal gerichteten Wärmeflusses. Die
Untersuchung der vorhergenannten Effekte erfordert daher
eine gute Kenntnis der Gesteinseigenschaften und ihrer räumlichen
Verteilung.
Da Schadstoffe
in der Umgebung von Endlagern (oder auch in konventio-
nellen Deponien) durch Grundwasser transportiert werden
und somit in die Biosphäre gelangen können, war die
Forderung nach geringen Strömungen im Bereich eines
Endlagers verständlich. Dazu untersuchten wir
Temperaturmessungen in Bohrungen und versuchen, die
unterschiedlichen Einflüsse auf die Messung von einander
zu trennen. Ziel der Arbeiten war die Abschätzung von
regionalen Fliessgeschwindigkeiten des Grundwassers.
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