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Wärmeanomalie

Die Wärmeanomalie

Franken hat auch eine geologische Besonderheit: Seit den 1970er Jahren ist durch Bohrungen bekannt, dass die Temperatur im Untergrund Nordbayerns stellenweise stärker ansteigt, als zu erwarten wäre.

Mit dem geothermischen Gradienten wird die durchschnittliche Zunahme der Temperatur pro 100 m Tiefe beschrieben. Global beträgt der normale geothermische Gradient 3,3 °C pro 100 m Tiefe. Geht man von einer Oberflächentemperatur der Erde von 9 °C aus, wird in einer Tiefe von 1.000 m durchschnittlich eine Temperatur von 42 °C erwartet.

Die Karte zeigt die Wärmeflussverteilung in Franken. Der höchste Wärmefluss liegt mit 120 - 130 mW/m² liegt im Raum Mürsbach. Radial darum herum verteilt nimmt der Wärmefluss stetig ab.

Wärmeflusskarte in 1000 Metern Tiefe. Abbildung: Marion Kämmlein, GZN

Untersuchungen des GeoZentrums Nordbayern in den Jahren 2012 bis 2016 zeigen, dass in Franken der geothermische Gradient bis knapp 4,5 °C pro 100 m beträgt, so dass man in einer Tiefe von 1.200 m auf Temperaturen von ca. 55 °C trifft. Das Phänomen, dass die Temperaturen im Erdinneren verglichen zum Durchschnitt höher sind, wird als positive Wärmeanomalie bezeichnet. Zur Beschreibung des Wärmeflusses wird die Wärmestromdichte in Milliwatt pro Quadratmeter [mW/m²] angegeben (siehe Abbildung). Der Wärmefluss ist abhängig von der spezifischen Konduktivität/Wärmeleitung
der unterschiedlichen Gesteine vom Erdinnern zur Erdoberfläche. Der Raum Mürsbach zeigt nach den bisherigen Untersuchungen einen sehr hohen Wärmefluss und ist damit das Zentrum der positiven Wärmeanomalie in Franken.

Als in den 70er Jahren Bohrungen bei Mürsbach abgeteuft wurden stellte man fest, dass das Grundwasser in einer Tiefe von 1.300 m rund 20 °C wärmer ist, als man erwarten könnte. In 1.000 m Tiefe konnten dort Temperaturen von über 55 °C nachgewiesen werden (Gudden, 1983). Aufgrund dieser Erkenntnis wurde in Staffelstein nach Thermalwasser gebohrt. Dort wurde mit einer Tiefe von fast 1.600 m die bisher tiefste Bohrung in Franken abgeteuft . Bisher werden die Thermalwässer mit Oberflächentemperaturen von über 50 °C in den Thermalbädern wie z.B. in Bad Staffelstein genutzt.

Dr. Wolfgang Bauer, der Leiter der Forschungsgruppe Tiefe Geothermie am GeoZentrum Nordbayern, untersuchte in seiner im Jahr 2000 veröffentlichten Dissertation mit dem Titel „Thermalwasserhöffigkeit und geothermische Verhältnisse des Fränkischen Beckens (Nordbayern/Südthüringen)“ die Untergrundtemperaturen in der Region. Er stellte fest, dass nicht nur im Raum Mürsbach und Bad Staffelstein erhöhte Untergrundtemperaturen vorliegen, sondern ein deutlich größeres Gebiet in Franken betroffen ist. So können zum Beispiel in der Grabfeld-Mulde, die nordöstlich des Staffelsteingrabens liegt, in einer Tiefe von 1.200 m Temperaturen von über 45 °C erreicht werden (Bauer, 2000). In der Bohrung bei Obernsees (west-südwestlich von Bayreuth gelegen) wurden in 680 m Tiefe 43 °C gemessen (Bauer, 2000). Nach den Untersuchungen erstreckt sich die Wärmeanomalie in etwa von Coburg über Hassfurt bis Bamberg weiter nach Mistelgau. Im Norden reicht sie bis nach Südthüringen. Jedoch ist weder ihr genaues Ausmaß in der Fläche und Tiefe bekannt noch die Ursache, auf die sie zurück zu führen ist.

Ursachen können zum Beispiel tiefreichende Bruchzonen sein, die Aufstiegsbahnen für heiße Grundwässer bieten. Als weitere Ursache sind Granite des Grundgebirges denkbar. Diese können aufgrund des Zerfalls natürlich vorhandener radioaktiver Elemente eine erhöhte Wärmeproduktion haben und dadurch einen erhöhten Wärmefluss verursachen.

Um der Ursache der erhöhten Untergrundtemperaturen auf den Grund zu gehen, wurde das Forschungsprojekt „PetroTherm“ initiiert. Das vorrangige Ziel ist mit 2D-seismischen Messungen den Untergrund zu erkunden. Aus den Messungen können zwar keine Rückschlüsse auf die Temperaturen gezogen werden, jedoch verhelfen sie den Geowissenschaftlern, den Aufbau und die Struktur des tieferen geologischen Untergrunds im Bereich der geothermischen Anomalie zu verstehen, über den bisher nur sehr wenig bekannt ist. Aus diesen Erkenntnissen können weitere Rückschlüsse auf die Temperaturverhältnisse und die Ausdehnung in Fläche und Tiefe gezogen werden, die dann mit geeigneten Methoden weiter untersucht werden können.

Das GeoZentrum Nordbayern geht im Rahmen eines von der Geothermie Allianz Bayern geförderten Forschungsprojekts dieser positiven Wärmeanomalie auf den Grund. Zudem kann das Forschungsprojekt mit der Entdeckung neuer geothermischer Potenziale, die wirtschaftlich, beispielsweise zur Wärmegewinnung, genutzt werden können, einen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele der Region beitragen. Die Messungen sollen im Herbst 2018 in der Region durchgeführt werden.