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Explorationslog #3: Temperaturen fühlen

erstellt von Silvia Weber zuletzt verändert: 12.12.2016 11:47

Das Team unter der Leitung von Ulrich Schwarz-Schampera stellt im Umfeld des Lizengebietes im Indischen Ozean unter anderem Messungen zu Wärmestrom und Wärmestromdichte an. Um zu erfahren, was genau das ist und wie das Team bei der Messung vorgeht, berichtet Dr. Ingo Heyde in einem kleinen Exkurs dazu.

Die Wärmestromsonde auf offenem Meer. (Bild: U. Schwarz-Schampera, BGR)Aus dem heißen Erdinneren fließt stetig ein Wärmestrom zur Erdoberfläche ab. Die Wärmestromdichte liegt dabei im Bereich von 30 bis 150 Milliwatt pro Quadratmeter (mW/m²). Geologisch alte Kontinente weisen  niedrigere Werte auf als geologisch junge und aktive Regionen, in denen z.B. vulkanische Eruptionen große Mengen an Wärme aus dem Untergrund nach oben transportieren.

Die Messung der Wärmestromdichte am Meeresboden wird durch die Bedeckung weiter Teile der Ozeanböden mit weichen Sedimenten ermöglicht. In diesen kann man mit einer Wärmestromsonde den Temperaturgradienten und die in-situ Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Die Wärmestromdichte ist das Produkt  dieser beiden Werte. Das Prinzip dieser Sonde besteht darin, einen mehrere Meter langen Messstab, bestückt mit Temperaturfühlern, in den weichen Meeresboden zu drücken und den Temperaturgradienten in der Vertikalen zu messen.

Da die Temperaturdifferenz zwischen dem obersten und untersten Messpunkt der Sonde typischerweise nur mehrere hundertstel Grad Celsius beträgt, haben die Sensoren eine extrem hohe Messgenauigkeit von 0,002 °C. Nach Messung des Temperaturgradienten heizt ein Heizdraht die Lanze auf. Die Rate mit der die erzeugte Wärme an das umgebende Sediment abgegeben wird, ist das Maß der Wärmeleitfähigkeit des durchdrungenen Sediments.

Die Messungen im Umfeld des Lizenzgebietes erlauben Aussagen zum Wärmeregime der jungen ozeanischen Kruste und den Umweltbedingungen. Bei der Anfahrt haben wir bisher an vier Stationen Temperaturgradienten von 0,059 bis 0,116 °C/m bzw. Wärmestromdichten von 53 bis 104 mW/m² gemessen. 

Die an der BGR entwickelte so genannte „Hard Ground“ Wärmestromsonde ist für den Einsatz in Gebieten optimiert in denen von verfestigten Sedimenten und geringer Sedimentbedeckung auszugehen ist. Nachdem das Gestell langsam auf dem Meeresboden abgestellt worden ist, drückt das Kopfgewicht den 2,2 Meter langen Sensorstab zentral geführt in den Meeresboden. Der Durchmesser des Stabes beträgt lediglich zwei Centimeter. In dem insgesamt etwa 750 Kilo schweren Kopf befinden sich neben Bleigewichten auch die Elektronik für die Messung und die Online-Datenübertragung an Deck.


Maria S. MerianIm Rahmen der Ausfahrt MSM59 begeben sich Wissenschaftler der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe unter der Leitung von Ulrich Schwarz-Schampera in das Gebiet südöstlich von Madagaskar. Mit Hilfe moderner rohstoffgeologischer Explorationstechniken identifizieren sie Metallsulfidvorkommen an Schwarzen Rauchern. Die Geowissenschaftler berichten im Logbuch für planeterde direkt von Bord der MARIA S. MERIAN.

Eine Kooperation mit der BGR .