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Geothermische Energie − auch als Erdwärme bezeichnet − ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Erdoberfläche. Die im Erdinneren vorhandenen Wärmemengen sind gross. Ihr Ursprung liegt grösstenteils in der Zerfallsenergie natürlich radioaktiver Isotope, die sich in der Erdkruste und im Erdmantel befinden.
Grundsätzlich gilt: je tiefer man ins Erdinnere vordringt, desto wärmer wird es. Im Schnitt nimmt die Temperatur ab der Erdoberfläche pro 100 m Tiefe um etwa 3 °C zu. Dies entspricht einem normalen geothermischen Tiefengradient (Geologie-Portal "Geothermie in der Schweiz"). Zudem ist die Wärmeleitung ein sehr langsamer Prozess: Bereits 50 bis 100 Meter unter der Erdoberfläche beginnt der Bereich, wo klimatische Änderungen an der Erdoberfläche keinen Einfluss mehr auf die Temperatur im Untergrund haben (BFE Broschüre "Nutzung der Erdwärme"). In 5‘000 Metern Tiefe herrschen in der Schweiz Temperaturen von 150 bis 200 °C (BFE "Geothermie"). Nach heutigen Kenntnissen geht man von Temperaturen von über 6‘000 °C im Erdkern aus und von 1‘400 °C im oberen Erdmantel.
Vielerorts auf der Welt, insbesondere in vulkanischen Gebieten, finden sich jedoch sogenannte Wärmeanomalien, das heisst Gebiete mit wesentlich höheren Temperaturgradienten. Dies trifft beispielsweise auf Island, Italien, Indonesien oder Neuseeland zu. An einigen Stellen in diesen Ländern liefert die Natur selbst das notwendige Zirkulationssystem, um die Wärme an die Oberfläche zu befördern (z. B. Thermalquellen, Geysire). Anderswo müssen Erschliessungsbohrungen mit Förderpumpen beziehungsweise Erdwärmesonden mit Zirkulationspumpen eingesetzt werden, um die Wärme zu nutzen. Dazu bieten sich verschiedene Technologien an. Unterschieden wird zwischen der oberflächennahen Geothermie (bis ca. 400 Meter) und der Tiefengeothermie.
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