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Lexikon der Geowissenschaften: Geothermometer

Geothermometer, geologisches Thermometer, System, das eine Aussage über die Temperaturen bei der Bildung oder Umbildung von Stoffsystemen ermöglicht. Das Grundprinzip basiert darauf, daß bestimmte Stoffsysteme und Phasen nur in einem begrenzten Temperatur- oder Druck-Temperatur-Bereich im Gleichgewicht sind. Wenn die Phasengleichgewichtsbeziehungen von Druck und Temperatur abhängig sind, können Aussagen auch zu beiden Parametern gemacht werden (Geothermobarometrie). Von besonderer Bedeutung sind die Temperaturen von Schmelzpunkt (Temperatur im Erdinnern), Umwandlung und Entmischung. Es gibt ein sehr breites Spektrum von Geothermometern. Bekannt sind die reversiblen Umwandlungen von SiO2. So findet z.B. die Umwandlung von β-Quarz zu α-Quarz bei 573°C statt. Bei 840°C wird der α-Tridymit stabil, der bei 1470°C in α-Cristobalit übergeht. Aus dem Nachweis derartiger Phasen kann eine Aussage gemacht werden, welchen Temperaturen das Gestein unterworfen war. Geothermometer für große Tiefen beruhen auf der Druck-Temperatur-Abhängigkeit des Verhaltens v.a. von Ca und Al in Pyroxenen (Pyroxen-Geothermometer) oder der Olivin-Spinell-Transformation des Mg2SiO4-Fe2SiO4-Systems (Forsterit-Fayalit). So konnte daraus eine Temperatur von 1400°C in 380 km Tiefe, von 1550°C in 520 km und von 1610°C in 610 km Tiefe abgeleitet werden. In Sedimenten bietet die Untersuchung des Inkohlungsgrades die Grundlage für die Bestimmung der Temperaturen bei bestimmten Versenkungstiefen (Paläogeothermie). Der Inkohlungsgrad kann charakterisiert werden durch das mittlere Reflexionsvermögen Rm des Vitrinits (Vitrinit-Reflexion). Der Rm-Wert steigt in Abhängigkeit von der Temperatur. Am höchsten ist er bei Graphit. Von großer Bedeutung sind Geothermometer auch für die Bestimmung der Reservoir-Temperatur von geothermischen Systemen (geothermische Lagerstätten, hydrothermale Geothermie,). Man unterscheidet hier drei Klassen: Lösungsgeothermometer, Gasgeothermometer und Isotopengeothermometer. Zu den Lösungsgeothermometern gehört das SiO2-Geothermometer. Es beruht auf dem Zusammenhang zwischen der Temperatur in einem Heißwasser/Dampf-Reservoir und dem im Wasser gelösten SiO2-Gehalt. Die Obergrenze für dieses Geothermometer liegt bei 250°C. Eine typische Beziehung für gelösten Quarz ist t°C = [1309/(5,19-logSiO2)]-273. Weitere für Geothermometer geeignete Beziehungen sind: Na/K, Na-K-Ca, Na/Li, K/Mg, Li/Mg, Na-K-Mg, Ca/Mg. Das SO4/F-Geothermometer wurde erfolgreich in den italienischen geothermischen Feldern von Lardarello eingesetzt, in denen die Speichergesteine aus Carbonaten und Evaporiten bestehen. Die Isotopengeothermometer basieren auf Isotopenaustauschreaktionen. Erfahrungen gibt es mit Geothermometern auf der Grundlage von Isotopen von Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Schwefel. [EH]

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