Studie zum Entstehungsmechanismus von geothermischen Ressourcen im Yunkai‑Gebiet, Südchina, basierend auf geophysikalischen Daten

Warum die unterirdische Wärme hier wichtig ist

In den Yunkai‑Bergen Südchinas treten an mehreren Stellen natürliche Thermalquellen zutage, die auf kräftige Wärmequellen tief unter der Oberfläche hinweisen. In einer dicht besiedelten Region mit großem Bedarf an sauberer Energie kann das Verständnis, woher diese Wärme stammt und wie sie transportiert wird, ein natürliches Phänomen in eine verlässliche, kohlenstoffarme Energiequelle verwandeln. Diese Studie nutzt feine Variationen im Gravitationsfeld der Erde, Gesteinsproben und Computersimulationen, um ein klares Bild davon zu zeichnen, wie geothermische Ressourcen entstehen und wo im Yunkai‑Gebiet die besten Entwicklungsperspektiven liegen.

Eine Landschaft geformt von Verwerfungen und uralten Gesteinen

Die Yunkai‑Region liegt an einer geologischen Kreuzung, an der zwei große Krustenblöcke aufeinandertreffen und über Hunderte von Millionen Jahren gequetscht, gedehnt und umgeformt wurden. Diese lang anhaltenden tektonischen Kräfte haben die Kruste mit tief reichenden Verwerfungen durchzogen und das Aufsteigen großer Schmelzkörper, hauptsächlich Granit, in tiefere Bereiche ermöglicht, wo sie erstarrten. Heute liegen diese uralten Granite wenige bis mehr als zehn Kilometer unter der Oberfläche und sind reich an natürlich radioaktiven Elementen wie Uran, Thorium und Kalium. Während diese Elemente langsam zerfallen, setzen sie Wärme frei und machen die Granite zu langlebigen unterirdischen Heizquellen. Zugleich wirkt das Netzwerk aus nordost‑ und nordweststreichenden Verwerfungen wie eine Rohrleitung, die heiße Fluide zur Oberfläche leitet und die Thermalquellen entlang von Verwerfungsschnitten lokalisiert.

Das Gravitationsfeld der Erde lesen, um verborgene Strukturen zu kartieren

Direkte Bohrdaten im Yunkai‑Gebiet sind rar, daher nutzten die Forschenden das Gravitationsfeld der Erde, um Strukturen im Untergrund zu erfassen. Kleine Gravitionsänderungen verraten Kontraste in der Gesteinsdichte, die im Frequenzbereich analysiert werden können, um die Tiefe wichtiger Schichten in der Kruste abzuschätzen. Indem breite, tiefe Signale von flacheren getrennt und anschließend horizontale und vertikale Gravitionsvariationen geprüft wurden, zeichneten die Autoren die Ränder dichter und weniger dichter Körper nach und umrissen Hauptverwerfungen. Sie wandten außerdem die Euler‑Devolution an, um die Tiefen dieser Strukturen zu schätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten Verwerfungen nur bis in die oberen wenigen Kilometer reichen, einige tiefreichende Verwerfungen im Südwesten jedoch jenseits von 8 Kilometern liegen. Intrusivkörper sind typischerweise zwischen 6 und 8 Kilometern verankert, mit besonders tief liegenden Granitzentren unterhalb von 10 Kilometern, vermutlich im Zusammenhang mit früherem Aufsteigen heißen Mantelmaterials unter der Region.

Granit als langsame, aber starke Wärmequelle

Um zu beurteilen, wie viel Wärme diese Intrusionen erzeugen, wertete das Team Daten von 56 Granitproben aus der Region aus. Anhand gemessener Gehalte radioaktiver Elemente berechneten sie die Wärmeerzeugung der einzelnen Gesteinseinheiten. Die Werte sind im globalen Vergleich hoch: zwischen etwa 1,9 und 6,0 Mikrowatt pro Kubikmeter, mit einem Mittelwert von 3,4. Einige Plutone, wie der Shicun‑Körper, sind besonders „heiß“, mit einer durchschnittlichen Produktion über 5,0. Da Granite dazu neigen, diese Elemente in der oberen Kruste anzureichern, ist ihre kombinierte Wirkung eine Anhebung des regionalen Wärmestroms deutlich über den chinesischen und globalen kontinentalen Mitteln. Beobachtungen zeigen, dass Thermalquellen in der Nähe großer Granitkörper und entlang Hauptverwerfungen gruppiert sind, was bestätigt, dass diese radiogenen Granite als zentrale Wärmequellen wirken, die zirkulierendes Grundwasser erwärmen und die beobachteten geothermischen Anomalien aufrechterhalten.

Wie Regenwasser zur Thermalquelle wird

Mithilfe der kartierten Strukturen und gemessenen Gesteinseigenschaften erstellten die Forschenden zweidimensionale Computermodelle der Wärmeleitung über repräsentative Schnittprofile der Kruste. Sie setzten realistische Randtemperaturen und thermische Leitfähigkeiten an und prüften ihre Ergebnisse gegen unabhängige Abschätzungen der Tiefe, bei der magnetische Minerale ihre Magnetisierung verlieren – eine Temperatur von etwa 550 °C. Die modellierten Temperaturen stimmten mit diesen unabhängigen Tiefen überein, was Vertrauen in die Simulationen gibt. In Verbindung mit Wasserchemie und Isotopendaten schlagen die Autorinnen und Autoren einen klaren Kreislauf vor: Regen und Bergabfluss versickern und folgen Klüften und Hauptverwerfungen nach unten, manchmal bis in mehrere Kilometer Tiefe. Unterwegs wird das Wasser durch die umgebende erwärmte Kruste und besonders durch wärmeproduzierende Granitkörper erhitzt. Auftriebskräfte und Druck treiben die heißen Fluide dann entlang derselben oder sich kreuzender Verwerfungen wieder nach oben, wo sie sich mit kühlerem, flacherem Grundwasser vermischen und schließlich als Thermalquellen dort austreten, wo Verwerfungszonen an der Oberfläche aufbrechen oder sich kreuzen.

Wo die besten geothermischen Aussichten liegen

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der südöstliche Teil des Yunkai‑Gebiets besonders vielversprechende Bedingungen für die Entwicklung hochtemperaturiger Geothermie bietet. Dort zeigen die Modelle, dass Temperaturen von rund 150 °C in Tiefen von etwa 4,5 Kilometern oder weniger erreicht werden können, also flach genug, um für Stromerzeugung oder großflächige Beheizung attraktiv zu sein. Vereinfacht gesagt schafft die Kombination aus tiefreichenden, gut verbundenen Verwerfungen, wärmereichen Granitintrusionen und reichlich Niederschlag ein natürliches unterirdisches Kesselsystem, das heißes Wasser in bestimmten Zonen konzentriert. Indem die Arbeit aufzeigt, wie Regenwasser, Gestein und tiefen Erdwärme in diesem Umfeld zusammenspielen, liefert sie eine wissenschaftliche Roadmap, um geothermische Ressourcen im Yunkai‑Gebiet und in ähnlichen, von Verwerfungen gesteuerten Regionen weltweit zu lokalisieren und verantwortungsvoll zu nutzen.

Zitation: Zhou, Y., Qiu, N., Zhu, C. et al. Study on the genesis mechanism of geothermal resources in the Yunkai area, South China based on geophysical data. Sci Rep 16, 13876 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44329-3

Schlüsselwörter: geothermische Energie, Thermalquellen, Verwerfungs‑systeme, granitäre Wärmeproduktion, Yunkai Südchina