Erdwärme für die Welt

Das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung und die International Heat Flow Commission (IHFC) haben das neue globale Portal für terrestrische Wärmestromdaten heatflow.world am 08. Juli offiziell gestartet. Es bietet Zugang zum bisher umfassendsten wissenschaftlich validierten globalen Wärmestromdatensatz von über 100.000 Datenpunkten und vielfältigen Metadaten. Daten über den Wärmefluss aus dem Erdinneren liefern grundlegende Einblicke in die geodynamische und tektonische Entwicklung der Erdkruste und bilden die Grundlage für die Bewertung erneuerbarer geothermischer Ressourcen.

Bedeutung von hochqualitativen und harmonisierten Wärmeflussdaten

Der Wärmefluss ist eine der wenigen physikalischen Messgrößen, die einen direkten Einblick in die tiefe thermische Struktur der Erde erlauben. Er ist ein Schlüsselparameter in Disziplinen wie Geodynamik, der Erforschung geothermischer Energie, Tektonik und Paläoklimaforschung.

Wärmestromdaten werden aus der Messung von Temperatur und Wärmeleitfähigkeit von Gestein gewonnen, sowohl an Land, etwa bei geothermischen Bohrungen, als auch bei ozeanischen Messkampagnen mit Sonden am Meeresgrund.

Bisher haben uneinheitliche Standards und fragmentierte Datensätze, die über Jahrzehnte aus Publikationen zusammengetragen wurden, den weltweiten Zugang zu harmonisierten und qualitäts-kontrollierten Wärmestromdaten sehr eingeschränkt.

Die neue Plattform: eine Forschungsinfrastruktur

Die neue Plattform, die am GFZ in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und zahlreichen internationalen Partnern entwickelt wurde, bietet nun den bisher umfassendsten wissenschaftlich validierten globalen Wärmestromdatensatz, der vollständig an den FAIR-Prinzipien (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) ausgerichtet ist. Sie ermöglicht Forschenden die Suche, Filterung und Bewertung von über 100.000 Wärmestromdatenpunkten, die mit umfangreichen Metadaten, Provenienz und einem neu-entwickeltem Qualitätsbewertungssystems beschrieben sind.

„Das Portal ist mehr als nur eine Datenbank, es ist eine Forschungsinfrastruktur, die dazu dient, Disziplinen und Generationen wissenschaftlicher Arbeit miteinander zu verbinden“, sagt Dr. Sven Fuchs, Leiter des Projekts am GFZ, stellvertretender Vorsitzender der IHFC und Leiter der Task Force 8 zum Wärmefluss in der Lithosphäre im Rahmen des Internationalen Lithosphärenprogramms (ILP).

Phase 1 abgeschlossen: Fünf Jahre der Neubewertung von globalen Wärmestromdaten

Der Start des Portals krönt die Ergebnisse der Arbeiten des IHFC Global Heat Flow Data Assessment Projektes, das maßgeblich vom Projekt Innerspace und des DFG-geförderten Welt Wärmestrom Datenbank Projektes (WHDB) gefördert wurden. Zwischen 2022 und 2025 konzentrierte sich das vom GFZ in Zusammenarbeit mit der TU Dresden geleitete WHDB-Projekt auf die systematische Neubewertung der fragmentierten und uneinheitlich digitalisierten und erfassten globalen Wärmestromdaten. Diese hatten trotz ihrer großen Bedeutung für verschiedene geowissenschaftliche Fragestellungen in den letzten Jahrzehnten kaum strukturelle und inhaltliche Aktualisierungen erfahren.

Zu den wichtigsten Errungenschaften dieser ersten Phase gehören:

• Die Datengrundlage der globalen Wärmestromdatenbank hat sich mit über 100.000 Einträgen mehr als verdoppelt.
• Gleichzeitig verdreifachte das Team die Zahl der referenzierten wissenschaftlichen Veröffentlichungen, von denen viele zuvor unbekannt oder unzugänglich waren. Es wurde ein mehrdimensionales Qualitätsbewertungssystem entwickelt, welches es den Nutzer:innen ermöglicht, Daten auf der Grundlage von methodischer Zuverlässigkeit, numerischer Unsicherheit und anderen Störeffekten zu filtern.
• Das neue Portal bietet eine erhebliche Verbesserung bei der Suche und Auswahl anwendungsspezifischer Daten, dem Umfang der beschreibenden Metadaten und deren Vollständigkeit und ermöglicht so die Reproduzierbarkeit von geodynamischen, geothermischen und paläoklimatischen Studien.
• In Zusammenarbeit mit der Internationalen Heat Flow Community wurde beispielsweise im Rahmen von Online-Workshops eine gemeinsame Datenstruktur und Bewertungsrahmen entwickelt, welche die gemeinsame Grundlage für das globale Assessment stellte.

In der Praxis bedeutet dies, dass die Forschenden nun unterschiedliche Messungen am selben Ort nachvollziehen, die gegebenenfalls angewandten Korrekturmodelle identifizieren und die wissenschaftliche Aussagefähigkeit der einzelnen Datenpunkte bewerten können.

Eine unmittelbare Folge davon ist, dass Forschende bei regionalen Neubewertungen, wie sie zum Beispiel in Deutschland durchgeführt wurden, entdeckt haben, dass der Untergrund möglicherweise wesentlich mehr Wärmeenergie enthält als bisher angenommen. Diese Informationen sind sowohl für die wissenschaftliche Forschung als auch für die nachhaltige Energieplanung wertvoll.

Phase 2 am Start: Auf dem Weg zu einem umfassenden Portal für den Wärmehaushalt der Erde

Aufbauend auf diesem Erfolg geht das Projekt nun in eine zweite Phase. Das Global Heat Flow Portal Project (2025-2028) wird ebenfalls von der DFG finanziert. Diese neue Phase, an der wiederum die TU Dresden und nun auch die Universität Bremen/MARUM beteiligt sind, zielt darauf ab, die Bewertung der globalen Daten abzuschließen und die Möglichkeiten des Portals zu erweitern, einschließlich:

• der Integration von Datensätzen zu Untergrundtemperaturen und thermischen Eigenschaften,
• erweiterter Analyse und Integration von unveröffentlichten marinen Wärmestromdaten,
• der Einbeziehung von modellbasierten thermischen Randbedingungen und
• der Entwicklung und Integration erweiterter Analysemethoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten und zur Qualitätskontrolle.

Dieser nächste Schritt wird nicht nur die auf der Generalversammlung der „International Union of Geodesy and Geophysics“ (IUGG) 2019 in Montreal eingeleitete Neubewertung der Datenbank abschließen, sondern auch heatflow.world als langfristige Forschungsdaten-Infrastruktur für die IHFC und die internationale geowissenschaftliche Gemeinschaft etablieren.

Mehr als nur eine Datenbank

Regionale Neubewertungen, wie z.B. in Deutschland, haben bereits ein deutlich größeres geothermisches Potenzial aufgezeigt als bisher angenommen. Dies ist ein gutes Beispiel, um zu zeigen, wie qualitätskontrollierte Wärmestromdaten die angewandte Wissenschaft und nationale Energiestrategien beeinflussen können. heatflow.world ist eine umfassende Community-Plattform, die es Forschenden und Entscheidenden ermöglicht, Modelle anzutreiben, Unsicherheiten zu reduzieren und wissenschaftliche und gesellschaftliche Ziele zu verbinden.

Das globale Wärmestromdatenportal ist jetzt unter https://portal.heatflow.world/ online erreichbar.