Mitä on ”lämpövirta”?

Lämpövirta on lämmön (energian) siirtymistä maapallon sisältä maan pinnalle. Suurin osa lämmöstä on peräisin Maan ytimen jäähtymisestä ja radioaktiivisesta lämmöntuotannosta maankuoren ylimmässä 20-40 kilometrissä. Radioaktiivinen lämmöntuotanto on seurausta maankuoren kivistä, jotka sisältävät suuria pitoisuuksia luonnossa esiintyviä radioaktiivisia alkuaineita: toriumia, kaliumia ja/tai uraania. Lämpövirtaukset ovat suurempia alueilla, joilla on joko korkea radioaktiivisuus tai joissa maankuori on ohuempi, kuten valtameren keskiharjanteilla tai Yhdysvaltojen länsiosien Basin and Range -provinssissa. Lisäksi on alueita, joilla on lämpövirtauksen ”anomalioita”, joissa maankuoren lämpövirtaus on keskimääräistä suurempi ilman selvästi tunnistettua tektonista tai radioaktiivista selitystä, ja jotka yleensä liittyvät nestevirtaukseen, kuten Etelä-Dakotassa.
Lämpövirtauksen laskennassa käytetään kiven lämmönjohtavuutta kerrottuna lämpötilagradientilla. Standardiyksiköt ovat mW/m2 = milliwattia neliömetriä kohti. Ajattele siis tasaista tasoa, jonka pinta-ala on 1 metri kertaa 1 metri, ja se, kuinka paljon energiaa siirretään tuon tason läpi, on lämpövirran määrä.
Lämmönjohtavuus määritetään käyttämällä kalliosydämiä tai leikkaamalla laitteella, joka mittaa energiamäärän, jonka kallionäyte voi siirtää. Esimerkkejä laboratoriossa käytettävistä laitteista ovat jaettu tanko tai neulasondi. Lämmönjohtavuuden yksiköt ovat yleensä W/mK = wattia per kelvinimetri. Kiven (mineraalin) lämmönjohtavuusarvot muuttuvat lämpötilan noustessa, minkä vuoksi yksiköissä käytetään kelviniä.

Maailman lämpötilagradientti mittauspaikalla määritetään keräämällä lämpötila kaivosta tietyissä syvyyksissä. Usein gradientin yksiköt ovat joko °C/km tai °F/100 ft. Jos lämpötilamittaukset tehdään sen jälkeen, kun porausneste ei enää vaikuta kaivoon, sen katsotaan olevan tasapainossa. Nämä arvot ovat korkealaatuisia ja sisältävät sarjan datapisteitä, jotka auttavat ymmärtämään maan geologian/rakenteen muutoksia. Lämpötilakartoituksesta on opas, jossa selitetään esimerkkien avulla, miksi gradientti muuttuu.

Lämpötilamittauksia kerätään myös porattaessa kaivoja, erityisesti öljy- ja kaasukaivoja. Näitä tietoarvoja kutsutaan porausreiän pohjalämpötiloiksi, koska ne on otettu sen jakson pohjasta, johon porauskaivanto tuolloin porattiin. Näihin arvoihin on siis lisättävä korjauksia, joilla kompensoidaan porausnesteen lämpeneminen (matalat kaivot) tai jäähtyminen (syvemmät kaivot). Lisäksi yhdellä porausreiän sijaintipaikalla voi olla useita porausreiän pohjalämpötiloja (BHT). Vaikka jokaisesta paikasta kerätään vähemmän lämpötilatietoja kuin tasapainopaikoista, öljy- ja kaasukentällä on yleensä saatavilla useita BHT-arvoja vertailua varten; mahdollisuus vertailla lämpötiloja parantaa yksittäisen arvon tarkkuutta.
Lämpövirta-arvon täydelliseen kalibrointiin tarvitaan lämmönjohtavuuden ja gradientin laskemisen jälkeen korjauksia, jotka voivat perustua siihen, missä kaivo on porattu. Esimerkkejä näistä ovat jyrkkä pinnanmuodostus (vuoren pohjoiseen suuntautuva rinne on kylmempi kuin etelään suuntautuva rinne) ja geologinen rakenne (ruhje, joka aiheuttaa jyrkän muutoksen kivilajissa, joilla on hyvin erilaiset lämmönjohtavuudet).

Maailmanlaajuisia lämpövirtaustietoja saa International Heat Flow Commissionilta.

Kansainvälinen lämpövirtakomissio.