Hoher Wärmefluß in Graniten des Erzgebirges

Das Erzgebirge ist geologisch gesehen Teil der Böhmischen Masse. In präkambrisches und paläozoisches Grundgebirge sind im Karbon und frühen Perm Granite intrudiert. Seit längerem ist bekannt, daß der Wärmefluß in den Graniten selbst im weltweiten Vergleich besonders hoch ist. Als Ursache wurden u. a. ein hoher Wärmefluß aus dem Erdmantel oder tiefreichende Zirkulation von Fluiden angenommen.

In einer jüngeren Untersuchung wurden der Wärmefluß und seine mögliche Herkunft aus dem Mantel erneut diskutiert. Hierzu wurden Daten aus früheren Bohrungen ausgewertet, um die Temperaturgradienten zu bestimmen. Zwar sind die Meßwerte nur bedingt tauglich, da diese Bohrungen einst der Erkundung von Erzlagerstätten dienten, doch läßt die große Zahl an Bohrungen innerhalb gewisser Fehlergrenzen eine entsprechende Analyse zu.

Aus dem Wärmefluß, dem Gehalt an wärmeproduzierenden Elementen, seismischen und gravimetrischen Daten lassen sich Modelle über den Aufbau der nicht mehr durch Bohrungen zugänglichen Erdkruste entwickeln. Für das Erzgebirge folgt daraus, daß ein extrem hoher Wärmefluß aus dem Erdmantel oder zirkulierende Lösungen den an der Erdoberfläche ermittelten hohen Wärmefluß nicht erklären können.

Vielmehr sind die erhöhten Werte in den Gesteinen auf den hohen Gehalt an radioaktiven Elementen, vor allem von Uran und Thorium zurückzuführen. Während in den benachbarten metamorphen Gesteinen Uran und Thorium etwa in gleichen Teilen vorkommen, enthalten die Granite hauptsächlich Uran als wärmeproduzierendes Element. Allerdings sind die Uran-Gehalte nahe der Erdoberfläche, wo das Gestein der Verwitterung ausgesetzt war, um das 2- bis 5-fache geringer.

Detaillierte Untersuchungen wie die im Erzgebirge machen deutlich, wie stark der Wärmefluß von lokalen Faktoren und besonders vom Gehalt an radioaktivem Material abhängt. Da der Beitrag der Erdkruste zum gesamten Wärmefluß im Erzgebirge 70-80% ausmachen kann, stellt sich die Frage, wie sicher verallgemeinernde Aussagen über den Wärmefluß aus dem Erdmantel überhaupt sind. Zwar lassen sich hierzu gerade mit Hilfe der Meßdaten aus den genannten Bohrungen plausible Vorstellungen entwickeln. Wenn aber der größte Teil des thermischen Signals aus den oberen 10-15 km der Erdkruste stammt, bleibt vieles über die thermische Entwicklung des Erdmantels im Ungewissen.

[FÖRSTER A & FÖRSTER HJ (2000) Crustal composition and mantle heat flow: Implications from surface heat flow and radiogenic heat production in the Variscan Erzgebirge (Germany). J. Geophys. Res. 105, 27917-27938.]

TF