Värmeflödet från jordens inre och dess användning som energikälla
Syftet med denna uppsats var att beräkna värmeflödet på Gotland, samt göra en uppskattning av tillgången till jordvärmeenergi i Sverige och möjligheterna till dess användning som del av energiförsörjningen. Uppskattningarna baseras på de värmeflöden och värmeproduktionsvärden samt på de geologiska förutsättningarna i Sverige. Förnyelsebara energikällor blir allt viktigare för den framtida energiförsörjningen. På längre sikt och med förbättrad teknik kan t.ex. jordvärme bli en värdefull energikälla. Källan till jordens värmeenergi är radioaktivt sönderfall. Den nukleära bindningsenergi som frigörs vid sönderfallet av radioaktiva mineraler i en bergmassa omvandlas till värme. Det finns fyra naturliga isotoper med halveringstider vilka är jämförbara med jordens ålder: 238U (4470 miljoner år), 235U (700 miljoner år), 232Th (1400 miljoner år), 40K (1250 miljoner år). De flesta av jordens bergarter innehåller dessa isotoper i mer eller mindre grad. Värmeflödestätheten har inte varit stabil under geologisk tid. Temperatur- gradienten i tex östra delen av Fennoskandiska Skölden, Norra Europiska Plattformen och Ural har blivit påverkade av nedisning under Pleistocen tid. Detta påverkar nutidens temperaturgradient i de översta tre kilometrarna, vilket minskar värmeflödestätheten. Undersökningar har även visat att vid förekomst av cirkulerande grundvatten i skorpan blir det svårt att beräkna värmeflödestätheten och temperaturen i de djupare delarna av skorpan. Studier av relationen mellan värmeflödesdensitet och tektoniska zoner visar att unga tektoniska områden har hög värmeflödestäthet. Stabil sköld och plattformområden har låg till medelhög värmeflödestäthet. Litologiska och geokemiska egenskaper av bergarterna påverkar variationen av värmeproduktion och värmeflöde. Berggrund av Arkeiskt ursprung har låg värmeflödestäthet på grund av låga halter av U, Th, och K, medan Proterozoiska bergarter visar högre värmeflödestäthet. De högsta värmeproduktionsvärden i skölden finns i de anorogena rapakivi graniterna och i de senkinematiska granitoiderna (ca. 3uW/m3). Metamorfism av granulit faser medfär olikheter i bergarternas sammansättning, som i sig orsakar olikheter av värmeproduktionsvärde. Mätningar på U, Th, och K visar värmeproduktionsminskning från faser av amfibolit bergarter (3.23 +-1.89 uW/m3) till faser av granulitbergarter (1.26 +- 0.71 uW/m3), medan retrograd granulit faser, som utgör en mellanfas har en värmeproduktion av 2.09 +- 0.75 uW/m3. Höga halter av U och Th har påträffats i Svekofennisk- sen orogen och Post- Svekokareliska anorogena granitoiderna, medan Svekofenniska synorogena granitoider hade låga halter av dessa elementer. Fyra viktiga orogena enheter har bestämts inom den Fennoskandiska Skölden. (1) Kola- karelska enheter av bergarter med åldrar av 2.0-1.9 Ga, som bildar den norra delen av skölden, (2) Svekofenniska provinsen, som bildats genom genom tillväxt och kollision av juvenila ö-bågar(2.0- 1.8 Ga), (3) Gotiska enheter, bildades längs sydvästra kanten av Svekofenniska provinsen (1.77- 1.5 Ga) och (4) Svekonorvegiska enheter som utgör den yngsta orogenen skölden (1.1-0.95 Ga). Värmekonduktiviteten i den Fennoskandiska Sköldens kristallina bergarter ligger mellan 2.4-3.6 W/mK och den genomsnittliga värmekonduktiviteten i Sverige, Norge och Finlands bergrund är mellan 2.8- 3.3 W/mK.Det globala genomsnittsvärdet av värmeflödet i Arkeiska sköldar är 41 mW/m2, medan den Arkeiska delen av den Fennoskandiska Skölden visar värmeflöde av < 30mw/m2. värmeflödet i den fennoskandiska skölden ökar från nordost mot syd. i norr ligger värmeflödet mellan 30-50 mw/m2 mot 50-60 mw/m2 i de centrala och södra delarna. eftersom sveriges berggrund är ett av de äldsta och mest stabila områdena på jorden är värmeflödet relativt lågt. de bergarter som är värmeproducerande är framför allt magmatiska graniter, men även gnejser. i sverige finns inte tektoniskt aktiva zoner, utan värmeproduktionen i svenska bergarter härrör framför allt från sönderfallsenergi från u,th och k. möjligheten att kunna utnyttja geotermisk energi i den svenska berggrunden är generellt små. eftersom större delen av denna berggrund utgörs av prekambriska bergarter, är värdena på såväl värmeflöden som temperaturgradienter låga. ett undantag är sydvästra skåne, vilket är uppbyggt av sedimentära bergarter. i dessa förekommer ett antal porösa sandstenar vars formationsvatten är uppvärmt av värmeflödet från det underliggande urberget. i en del fall kan dessa formationer komma i kontakt med det cirkulerande geotermalvattnet i öppna djupgående sprick-och krosszonerna. gotland, som är sveriges största ö, har en berggrund som består av siluriska marina sediment. norra, centrala och östra delarna av gotland domineras av kalksten. mellan dessa kalkstenområden finns två zoner av kalkskiffer, slamsten och lerig kalksten. en beräkning av värmeflödet gjordes i ett borrhål där bergrunden består av skiffer, sandsten, kalksten, kråksten, oolit och konglomerat. de siluriska sedimenten på gotland har samma stratigrafi och litologi som i estland. mätningar av värmekonduktivitet som utfördes i estland gav ett värde av 2.65 w/mk, något som stämmer överens med den medelkonduktivitet, 2.35 w/mk, jag beräknat för bergarterna i borrhålet på gotland. värmeflödet beräknat för detta borrhål är 60.1 mw/m2 och ett genomsnittligt värmeflöde baserat på 74 bottenhålstemperaturer uppskattdes till 77.92 mw/m2. detta flöde är i sig inte tillräckligt för att producera exempelvis elkraft i stor skala men skulle kunna utnyttjas för uppvärmning av t.ex. hus och badanläggningar. med dagens teknik kan jordvärmeutvinning kosta mer än den värme som man får från vanliga energikällor. det finns inte heller någon jordvärmeenergi- planering från kommunernas sida. men eftersom många av våra existerade energikällor är ändliga blir det nödvändigt att hitta nya vägar för energiutvinning. med hjälp av ny teknik identifieras och tas nya energikällor i bruk. många av dessa källor är ekonomisk olönsamma men på sikt kan för dagen, dyra och obrukbara energikällor bli intressanta för utvinning. värmeflödet från jordens inre är en sådan källa som under speciella betingelsen kan utnyttjas för energiutvinning.