Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

Abb.4.46:Mit zunehmender Probenlänge nimmt bei semitransparenten
Proben wie Olivin der radiative Anteil der
Temperaturleitfähigkeit D zu und nähert sich für große
Probenlängen der Temperaturleitfähigkeit D∞. Bezogen
ist die Probenlänge in dieser Abbildung auf die mittlere
freie Weglänge der Photonen, dem reziproken Wert der
mittleren optischen Absorption. (Gibert et al., 2005)
With increasing sample length the radiative contribution
of thermal diffusivity D increases. For infinite sample
dimensions the value for radiative thermal diffusivity merges
to D∞. In this diagram the sample length is related to
the mean free path length of photons, the reciprocal of
mean optical absorption. (Gibert et al., 2005)
Wärmetransporteigenschaften von Olivineinkristallen
wurde der Wärmetransport der Dunite berechnet. Bei
Temperaturen unterhalb ca. 700 K (ca. 427 °C) wird das
Wärmetransportverhalten von Phononen – Gitterschwin-
gungen – dominiert, dies wird in der Abnahme der Temperaturleitfähigkeit
sichtbar. Bei höheren Temperaturen
wird eine Zunahme der Temperaturleitfähigkeit beobachtet
die auf einen Wärmetransport über Strahlung hinweist.
Bei Temperaturen oberhalb 1.000 °C (ca. 1.273 K) findet
20 % des Wärmetransports über Strahlung statt. Die
Ergebnisse zeigen, dass bei der Modellierung von Wärmetransportvorgängen
im Erdmantel der Strahlungswärmetransport
berücksichtigt werden muss, da im Erdmantel
Temperaturen oberhalb 1.000 °C erwartet werden.
Angaben über die Werte für den Wärmetransport über
Strahlung unter anderem bei Olivin variieren in der Literatur
gewaltig. Mit unserer Arbeit (Gibert et al., 2005)
haben wir für Olivin gezeigt, wie der Wärmetransport über
Strahlung von der Probengeometrie abhängt. In Abb. 4.46
ist ein entsprechendes Diagramm dargestellt. Die unterschiedlichen
Literaturangaben lassen sich im Wesentlichen
auf unterschiedliche Probengeometrien zurückführen.
Mit unserem Datensatz können jetzt, für unterschiedliche
Probegrößen, richtungsabhängig und als Funktion
der Temperatur, die Wärmetransporteigenschaften für Olivin
angegeben werden.
Wärmetransport in Karbonaten
Karbonate gehören zu den häufigsten Mineralen der Erdkruste.
Ihre Wärmetransporteigenschaften sind deshalb
Basisdaten unter anderem für die Modellierung von Reservoiren,
die Geothermie oder die Abkühlgeschichte magmatischer
Intrusionen in Raum und Zeit.
Die Wärmetransporteigenschaften verschiedener Karbonate
wurden als Funktion der Temperatur in verschiede-
Abb. 4.47: Wärmetransporteigenschaften von Karbonaten als Funktion der Temperatur. In dieser Abbildung sind
die aus den richtungsabhängig bestimmten und nach Voigt-Reuss-Hill gemittelten Temperaturleitfähigkeiten dargestellt.
Die Abnahme der Temperaturleitfähigkeit kann auf eine Zunahme von Phononen-Phononen-Wechselwirkungen
zurückgeführt werden. Mit zunehmender Masse des Kations nimmt dabei die Temperaturleitfähigkeit ab
(m Mg < m Ca < m Zn).
Thermal transport properties of carbonates as a function of temperature. From the anisotropic determined thermal diffusivities,
the average diffusivity is calculated according to Voigt-Reuss-Hill averaging scheme. The decrease in thermal
diffusivity with increasing temperature is related to the increase of phonon-phonon-interactions. With increasing
mass of the cation the thermal diffusivity decreases (m Mg < m Ca < m Zn).
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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