Wärme und Temperaturfeld der Erde - Einfuhrung in die Geophysik - page 295

Abb. 6.19 Variation der Wär-
mestromdichte q z mit dem
tektonischen Alter, ermittelt auf
der Grundlage von 29 812 Mes-
sungen in der kontinentalen und
marinen Kruste. Quadrate zeigen
die jeweiligen Mittelwerte der
Wärmestromdichte an, kursive
Zahlen bezeichnen die Anzahl
von Messungen für jedes geo-
logische Zeitalter. Breite bzw.
Höhe der Balken bezeichnen die
Dauer der unterschiedlichen Zeit-
alter bzw. die Spannbreite einer
Standardabweichung ober- bzw.
unterhalb des jeweiligen Mit-
telwerts der Wärmestromdichte
(Daten: Davies & Davies 2010 )

140

7504

120

1606

7136

1 356 6

100

globales Mittel: 91, 6 mW m - 2

80

60

40

20

Käno-
zoikum

Paläo-
zoikum

Protero-
zoikum

0

10 0 10 1 10 2 10 3

Alter (Ma)

Große Anomalien der Wärmestromdichte finden sich so-
wohl in den Ozeanen als auch auf den Kontinenten überall
dort, wo Wärmetransport zur Oberfläche nicht nur diffusiv
erfolgt, sondern auch advektiv, angetrieben durch Fluidströ-
mungen. Dies ist insbesondere der Fall (1) an mittelozeani-
schen Rücken, wo nach oben transportiertes Magma große
laterale Temperaturgradienten in den hochporösen Sedimen-
ten aufrechterhält, welche freie Konvektionssysteme in der
ozeanischen Kruste antreiben, aber auch (2) in Vulkange-
bieten und vielen kontinentalen Sedimentbecken, in denen
Wärme durch regionale oder lokale Grundwasserströmun-
gen umverteilt wird. Abbildung 6.4 zeigt sowohl die großen
globalen Anomalien der Wärmestromdichte als auch die re-
gionale Variabilität in Europa und Ostasien. Man erkennt
deutlich die mittelozeanischen Spreizungsrücken (z. B. im
Atlantischen, Stillen und Indischen Ozean) sowie die hinter
Inselbögen (z. B. zwischen Japan, Korea und China) gelege-
nen Randmeer-Becken ( back-arc basins ) mit ihren positiven
Anomalien ebenso wie die Subduktionszonen mit entspre-
chend negativen Anomalien.
Ein detaillierter Blick auf die Situation in Europa
(Abb. 6.20 ) zeigt wiederum die schon in Abb. 6.4 er-
kennbaren großen regionalen Anomalien auf Island, im
Tyrrhenischen Meer und im westlichen Mittelmeer. Zusätz-
lich treten jedoch im größeren Maßstab der Abb. 6.20 auch
die kleineren regionalen positiven Anomalien hervor: in der
Ägäis und Westtürkei, auf dem Balkan, im Oberrheingraben
und Molassebecken, in der Bretagne, Zentral- und Süd-
frankreich, in Cornwall, Galizien und Nordportugal. Ebenso

deutlich trennt wieder die schon im Geoid (Abb. 4.19 b )
erkennbare große, NW-SE verlaufende Nahtlinie der Torn-
quist-Zone die Gebiete höherer Wärmestromdichte in West-
und Südeuropa von den älteren, stärker ausgekühlten Gebie-
ten Fennoskandiens und der osteuropäischen Plattform.
Die in Abb. 6.4 und 6.20 dargestellte Variabilität der Wär-
mestromdichte hat im Wesentlichen drei Ursachen: (1) die
Variation der radiogenen Wärmeproduktion der Krustenge-
steine: Diese korreliert, wie in Abb. 6.19 dargestellt, neben
der mineralogischen Zusammensetzung auch mit dem geo-
logischen Alter der Gesteine, da in alten Gesteinen mehr der
instabilen radioaktiven Isotope bereits zerfallen sind; (2) die
tektonische Situation: Aktiver Vulkanismus und Ozeanbo-
denspreizung gehen mit positiven Anomalien einher, Sub-
duktionszonen mit negativen; (3) die advektive Umvertei-
lung von Wärme durch Strömung von Fluiden in der Erd-
kruste. Diese drei Effekte werden nun in den folgenden drei
Unterabschnitten näher betrachtet.

6.5.2 Verteilung radioaktiver Quellen
mit der Tiefe

Für stationäre, rein vertikale Wärmeleitung vereinfacht sich
die Diffusions-Advektions-Gleichung ( 6.46 ) zu:

d 2 T
dz 2

A
œ

0 D C : (6.132)