Vad är ”värmeflöde”?

Värmeflöde är rörelsen av värme (energi) från jordens inre till ytan. Källan till den mesta värmen kommer från nedkylningen av jordens kärna och den radioaktiva värmeproduktionen i de övre 20-40 km av jordskorpan. Radioaktiv värmeutveckling är en produkt av jordskorpans bergarter som innehåller höga koncentrationer av de naturligt förekommande radioaktiva grundämnena torium, kalium och/eller uran. Värmeflödet är större i områden med antingen hög radioaktivitet eller där jordskorpan är tunnare, t.ex. de mellanoceaniska ryggarna eller Basin and Range-provinsen i västra USA. Dessutom finns det områden med ”anomalier” i värmeflödet som har ett högre värmeflöde än genomsnittet i jordskorpan utan en klart identifierad tektonisk eller radioaktiv förklaring, vanligtvis relaterat till vätskeflöde som i South Dakota.
Värmeflödet beräknas med hjälp av bergets värmeledningsförmåga multiplicerat med temperaturgradienten. Standardenheterna är mW/m2 = milli Watt per kvadratmeter. Tänk på ett plant plan som är 1 meter gånger 1 meter och hur mycket energi som överförs genom det planet är mängden värmeflöde.
Värmeledningsförmågan bestäms med hjälp av bergkärnor eller genom att skära i en anordning som mäter hur mycket energi bergprovet kan överföra. Exempel på anordningar som används i ett laboratorium är en delad stav eller en nålsond. Enheter för värmeledningsförmåga är vanligtvis i W/mK = Watt per meter Kelvin. Värdena för värmeledningsförmågan hos en bergart (mineral) förändras när temperaturen ökar, vilket är anledningen till att enheterna inkluderar Kelvin.

Temperaturgradienten för jorden vid mätplatsen bestäms genom att samla in temperaturen i en brunn på specifika djup. Ofta är gradientenheterna antingen °C/km eller °F/100 ft. Om temperaturmätningarna görs efter att brunnen inte längre påverkas av borrvätskan anses den vara i jämvikt. Dessa värden är av högsta kvalitet och innehåller en rad datapunkter som hjälper till att förstå förändringarna i jordens geologi/struktur. Det finns en handledning om temperaturloggning med exempel som förklarar varför gradienten förändras.

Temperaturmätningar samlas också in när man borrar brunnar, särskilt olje- och gaskällor. Dessa datavärden kallas bottenhålstemperaturer, eftersom de tas i botten av det intervall som brunnen borrades till vid den tidpunkten. Därför måste dessa värden korrigeras för att kompensera för att borrvätskan antingen värms upp (grunda borrhål) eller kyls av (djupare borrhål). Dessutom kan en brunnsplats ha flera olika temperaturer i botten av borrhålet (BHT). Även om mindre temperaturinformation samlas in för varje plats än för jämviktsställen, har ett olje- och gasfält vanligtvis många BHT-värden tillgängliga för jämförelse; möjligheten att jämföra temperaturer förbättrar noggrannheten hos det enskilda värdet.
För att ett värmeströmningsvärde ska vara fullständigt kalibrerat, efter det att värmeledningsförmågan och gradienten har beräknats, finns det korrigeringar som kan krävas baserat på var brunnen borrades. Exempel på dessa är för brant topografi (den nordvända sluttningen på ett berg är kallare än en sydvänd sluttning) och den geologiska strukturen (en förkastning som skapar en skarp förändring i bergarten med mycket olika värmeledningsförmåga).

För globala värmeströmningsdata kan du besöka International Heat Flow Commission.