Unter dem geothermischen Gradienten versteht man die Temperaturzunahme in der Erdkruste mit der Tiefe. Im oberen Bereich der Kruste beträgt der geothermische Gradient in Deutschland gut 3 Grad auf 100 m Tiefe. Regional kann es zu großen Unterschieden kommen. Im Oberrheingraben liegt der geothermische Gradient bei 5 Grad. Klimatische Bedingungen beeinflussen die Temperatur nur auf die ersten Meter im Boden. In Deutschland herrschen in einer Tiefe von 15 m konstante 10 Grad Celsius.
Wärmestrom und Wärmedichte
In magmatisch/vulkanisch aktiven Gegenden kann der geothermische Gradient um einiges höher liegen. Extremwerte von 20 Grad pro 100 m sind möglich. Während in diesen Regionen die zusätzliche Erdwärme von einem Magmenkörper in der Erdkruste herrührt, ist die normale Temperaturzunahme mit der Tiefe dem Wärmestrom aus dem Erdinneren geschuldet. Er hängt maßgeblich vom zunehmenden Druck in der Tiefe ab. Im Erdmantel und im Erdkern spielt überwiegend radioaktiver Zerfall eine Rolle. Ca. 30 Prozent der Erdwärme stammt noch aus Zeiten der Erdentstehung. Der Wärmestrom ist eine Wärmeleistung und wird in Watt angegeben. Die gesamte Erde gibt 47 TW Wärme an den Weltraum ab. Die natürliche mittlere Wärmestromdichte an der Erdoberfläche beträgt 91,6 mW/m².
Die treibende Kraft hinter dem Fließen des Wärmestroms ist dabei das Temperaturgefälle vom rund 6000 °C heißen Erdkern zur durchschnittlich 15 °C kalten Erdoberfläche.
Der Wärmestrom ist abhängig von der Gesteinsdichte. Besonders Fluide wie Tiefenwässer können den Wärmestrom regional beeinflussen. Bohrungen, etwa zur Gewinnung von Erdwärme, haben ebenfalls einen Einfluss.
Energie aus der Erdwärme
Besonders in vulkanisch aktiven Gegenden wird die Wärme aus dem Erdinneren zur Erzeugung von Strom genutzt. Der Weg von der Erdwärme zum Strom führt dabei über die Erzeugung von heißem Wasserdampf. Er wird gewonnen, indem man Bohrungen abteuft und Wasser in den Untergrund pumpt. In Form von Dampf kommt es wieder hoch und steht unter so hohem Druck, dass damit Generatoren angetrieben werden. Auch heißes Wasser kann so gewonnen werden.
Einen normalen geothermischen Gradienten, also einen Temperaturunterschied von wenigen Grad, kann man sich mittels einer Sole-Wasser-Wärmepumpe zunutze machen.
