Bundesverband Geothermie: Wärmestrom

Der Wärmestrom ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen.

Er ist definiert als die in der Zeit dt übertragene Wärmemenge dQ. Er ist eine Wärmeleistung und wird in Watt gemessen.

Wärmestromdichte der Erde

Die Wärmestromdichte in den Geowissenschaften beschreibt den Transport von Wärme vom Inneren zur Oberfläche eines planetaren Körpers (Erde, Mond, Mars etc.). Quellen der Wärme im Erdinneren sind die Restwärme des Erdkerns sowie die radiogene Wärmeproduktion der Gesteine, hauptsächlich in den oberen 20 bis 40 km der Erdkruste. Die radiogene Wärmeproduktion ist das Ergebnis von Zerfallsprozessen in Gesteinen und wird hauptsächlich durch die Konzentration der Elemente Thorium, Uran und Kalium gesteuert. Allgemein formuliert ist die Wärmestromdichte höher, je stärker die Kruste mit Gesteinen hoher radiogener Wärmeproduktion angereichert ist oder je dünner die Erdkruste ist. Die Wärmeproduktion in Unterkruste und Mantel ist eher gering; die Wärmestromdichte ozeanisch eher höher als kontinental.

Die Wärmestromdichte kann berechnet werden aus dem Produkt der Gesteinswärmeleitfähigkeit und des Temperaturgradienten eines Intervalls. Die zuverlässigsten Werte werden in Bohrlöchern mit an Bohrkernen gemessenen Eigenschaften und im Bohrloch registrierten, im thermischen Gleichgewicht befindlichen kontinuierlichen Bohrlochtemperaturmessungen gewonnen. Der von jeglichen lokalen Prozessen, wie Klima, advektiver Wärmetransport, Grundwasserströmung, Topographie, geologische Struktur etc., unbeeinflusste Wärmestrom an der Erdoberfläche wird als terrestrische Wärmestromdichte bezeichnet und wird für die Interpretation geodynamischer Prozesse sowie der Betrachtung von Lithosphären-Astenosphären-Grenze benötigt.

Der terrestrische Wämestrom, also die Wärmeabgabe der Erde in den Weltraum, ist 47 TW (Terawatt = 10¹² W). Die daraus resultierende Wärmestromdichte ist 91,6 mW/m², also ca. 100 kW/km².