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GEOTHERMISCHES UMFELD – Geologie, Tektonik, Hydrogeologie

Der Kanton Zürich befindet sich zum grössten Teil in den flach liegenden Molassegesteinen des Mittellandes, welche sich aus Mergeln, Sandsteinen und untergeordnet verkitteten Schottern zusammensetzen. Nur gerade im Westen, im Bereich der Lägern um Regensdorf sowie im Nordwesten im Bereich Laufen, Feuerthalen stossen die Kalkgesteine des Juras in den Kanton vor (Abb. 1). Ganz im Südwesten des Kantonsgebietes um Hütten sind die Molassegesteine durch die nach Norden, gegen die europäische Kontinentalplatte, drückende afrikanische Platte steil gestellt.

Für die Realisation eines Geothermischen Kraftwerks zur Wärmeverteilung und vor allem zur Stromerzeugung sind Tiefenbereiche von 2.5 bis 5 km vonnöten. In diesen Tiefen liegt im Kanton Zürich schon das kristalline Grundgebirge vor. Wenn dieses kompakt und nicht durch Störungen aufgelockert ist, liegt das für unsere Zwecke benötigte heisse Wasser nicht vor. Betrachtet man die sich im tieferen Untergrund vorhandenen Strukturen ein wenig genauer so erkennt man, dass im Norden des Kantons sich der Nordschweizer Permokarbontrog befindet, in welchem der kristalline Untergrund abgesackt ist und der dadurch entstandene Graben mit Sedimenten wie Sand und Ton aufgefüllt wurde (Abb. 2). Die Randzonen dieses Karbontroges sind durch Störungen stark aufgelockert, sodass in diesen Strukturen heisse Wässer zirkulieren können. Im zentralen und südlichen Teil des Kantons werden weitere solche Tröge vermutet. Eben diese Randzonen der Permokarbontröge sind es, welche für die Realisation eines hydrothermalen Geothermischen Kraftwerks geeignet sind und welche es nun zu erkunden gilt.     

Abbildung 1: Schematischer, geologischer NW-SE Schnitt durch den Jura im Nordwesten des Kanton Zürich. Zur Lage des Schnitts siehe Profil C in Abb. 2.

Schematischer NW-SE Schnitt

Abbildung 2: Kirstalliner Untergrund mit vermutete Permokarbontröge (PK-Tröge) im Kanton Zürich.

 

 Zur Lage des Schnitts siehe Profil C des oben gezeigten Kärtchens "Permokarbontröge".

 

Wärmestromdichte

Abbildung 3: Wärmestromdichte-Karte des Kantons Zürich.

 

Wärmestromdichte / Wärmeflussdichte

Die Erdkruste ist sehr heterogen aufgebaut. Unter den Kontinenten ist sie deutlich dicker als unter Ozeanen. Die Kontinente bestehen an ihrer Basis aus kristallinem Grundgebirge (Granit, Gneis), der Ozeanboden aus basaltischen Gesteinen (Basalt, Grabbro). Aus den Dicke- und Materialunterschieden resultieren sehr unterschiedliche Wärmeproduktionsraten. So kann die Wärmeproduktion in Granit 20 mal so gross wie in einem Gabbro sein.

An der Erdoberfläche wird die geförderte Wärmeenergie als Wärmestromdichte gemessen (Abb. 3). In der Geothermie wird die in einer bestimmten Zeit übertragene Wärmemenge für eine bekannte Fläche betrachtet. Physikalisch ergibt sich damit eine definierte thermische Leistung je Flächeneinheit in W/m² bzw. mW/m².

Der Energiefluss setzt sich aus dem konstanten Wärmestrom vom Erdkern und Erdmantel sowie einem variablen (weil gesteinsabhängigen) Wärmestrom aus der Erdkruste zusammen. Damit ist die Erdwärme in jedem Falle regenerativ.

Interessant ist auch der schweitzweite Vergleich der Wärmestromdichte zwischen den einzelnen Kantonen. Hier schneidet der Kanton Zürich recht günstig ab.

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