Ingenieure, Natur- und Geisteswissenschaftler stellen wechselseitig immer wieder einen Mangel an Allgemeinbildung fest. Alle zusammen wiederum trauen Politikern wenig Einsicht bei Entscheidungen zu, die fachlich begründet werden sollten.
Unter Stuttgarter Geologen kursiert folgende Anekdote: als die Universität Stuttgart noch die Technische Hochschule war, gab es im Rahmenprogramm einer internationalen Ingenieurtagung eine Exkursion zu dem weltbekannten Urweltmuseum Hauff in Holzmaden. Während die Präparation der Fossilien erläutert wurde, nahm der damalige Rektor einen Geologen beiseite und vergewisserte sich: diese Ichthyosaurier, das sind doch Bildhauerarbeiten, die stecken doch nicht im Stein.
Gesteine sind nur unter den Bedingungen stabil, unter denen sie entstanden sind. Salz und Gips sind an der Erdoberfläche nur in ariden Klimaten beständig, bituminöse Tonsteine mit ihrem Gehalt an Pyrit werden unter sauerstoffarmen, reduzierenden Bedingungen in stagnierendem Wasser abgelagert, Kalk wird unter Mitwirkung von Organismen aus nahezu gesättigtem Meer- oder Süßwasser ausgeschieden. Alle diese Gesteine sind am Bau unserer Landschaft in Süddeutschland beteiligt.
Art und Erhaltungszustand von Fossilien geben Auskunft über Alter, Bildungsbedingungen und Eigenschaften von Gesteinen. Sie bilden Mosaiksteine der Kenntnis über Entstehungsgeschichte und Bau der Landschaft. Gut erhaltene Fossilien zeigen, daß seit ihrer "Beerdigung" nicht mehr viel mit ihnen passiert sein kann. Im Falle der Saurier sind dies 180 Millionen Jahre.
Die endogenen Bewegungen, Hebung von Krustenteilen und tektonische Zerscherungen, schieben dem exogenen Angriff von Verwitterung und Abtragung ständig frisches Gestein entgegen. Ober irdisch sichtbar sind Rutschungen, Bergstürze, Bodenerosion in Weinbergen und Äckern. Unterirdisch greift die Auflösung von Kalkstein, Gips und Salz in den Bau der Landschaft ein. Geologisch gesehen ist das gegenwärtige Bild unseres Landes nur eine Momentaufnahme. Wird der natürlichen Abtragung vorgegriffen, durch Steinbrüche, Baugruben, Tunnels, Einschnitte, so muß sich freigelegtes frisches Gestein im Zeitraffertempo umwandeln oder auflösen.
Unter dem Gebäude Pfaffenwaldring 55 der Universität Stuttgart kommt es zu dezimeterhohen welligen Baugrundhebungen, die sich bis in die obersten Stockwerke zerstörerisch auswirken. Bituminöse Tonsteine mit einem hohen Gehalt von fein verteiltem Pyrit verwittern unter Zutritt kalkhaltiger sauerstoffreicher Grundwässer, es kommt zur Auskristallisation von Gips. Die Saurier von Holzmaden werden in analogen Gesteinen gefunden, aus dem Albvorland sind solche Effekte seit langer Zeit bekannt.
Die Autobahn Stuttgart-Singen führt bei Oberndorf durch tiefe Einschnitte. Seit der Eröffnung im Jahre 1978 kommt es dort laufend buckelpistenartig zu Baugrundhebungen, die bisher insgesamt mehr als 4 m betragen. Anhydrit und wasserfreie Tonmineralien nehmen dort Wasser auf und quellen bei Drücken bis zu 100 MN/m2 bzw. 1000 bar mit 60% Volumenzunahme. Derartige Effekte hätten seit dem Bau von Eisenbahntunnels in Baden-Württemberg vor 140 Jahren und aus dem Wagenburgtunnel in Stuttgart bekannt sein müssen.
Unter dem Kühlturm des Kernkraftwerks Neckarwestheim II wurden an zugänglicher Stelle Absenkungsbeträge von 14 cm gemessen und bei Bohrungen metertiefe Hohlräume angetroffen. Die horizontale Erstreckung der Hohlräume ist nicht bekannt. Das Kernkraftwerk Neckarwestheim steht 6-8 m unter dem Niveau des nahe vorbeifließenden Neckars in einem ehemaligen Steinbruchgelände. Es ist auf tektonisch intensiv zerrüttetem Muschelkalk- Fels gebaut, unter dem mächtige korrodierte Gipsschichten und tektonisch aufgepreßter noch frischer Anhydrit liegen. Pro Sekunde müssen 120 bis 170 Liter Grundwasser abgepumt werden, da mit der Standort nicht zum See wird und Bauteile nicht unter Auftriebskräfte geraten. Dabei werden pro Jahr 700 bis 1000 Kubikmeter Gips direkt unter dem Standortbereich aufgelöst.
Erfahrungsgemäß greift die Subrosion bevorzugt in den tektonischen Zerrüttungszonen an, es kommt zur Ausbildung von Höhlen. Die intensivsten Zerrüttungszonen verlaufen zwischen Maschinenhaus und Notspeisegebäude einerseits und dem Reaktorgebäude andererseits. Es ist seit langem bekannt, daß besonders entlang von Neckar, Enz und Main in jüngster geologischer Vergangenheit vergleichbare Hohlräume in analogen Schichten immer wieder eingebrochen sind.
Der geologische Bau und das davon bestimmte Relief haben in Baden Württemberg vier große Landschaftseinheiten entstehen lassen: den Oberrheingraben mit der Vorbergzone, den Grundgebirgsschwarzwald, das fächerförmig gespreizte Schichtstufenland und das Alpenvorland.
Der Druck der afrikanischen Krustenplatte zerscherte die europäische Platte in ein Schollenmosaik. Zahlreiche Brüche und tektonische Gräben verlaufen von Nordwest nach Südosten. Die Bonndorfer Zone, der Freudenstädter Graben, der Hohenzollerngraben, die Sindelfinger Brüche und der Fildergraben sind Beispiele dafür. Diese Richtung ist für die zerschlitzte Kante der Schichtstufen verantwortlich.
Das bedeutendste tektonische Element ist jedoch der Rheingraben. Im Scheitel der ostfranzösisch-süddeutschen Aufwölbung ist er auf 300 km Länge, 35 km Breite über 4000 m tief eingebrochen. Gleichzeitig fanden und finden immer noch horizontale Verschiebungen statt. Die Vogesen werden nach Süden, der Schwarzwald nach Norden gerückt.
Zusätzlich zu den scharf erkennbaren tektonischen Trennflächen prägen weit gespannte Auf- und Abwölbungen die Südwestdeutsche Krustenscholle: die Kraichgaumulde zwischen Schwarzwald und Odenwald, die Stromberg- Löwensteiner Mulde, der Schwäbisch-Fränkische Sattel und andere.
|
Ausschnitt aus dem Streßfeld Baden-Württembergs. Klicken Sie in das Bild, um eine Gesamtkarte Baden-Württembergs zu erhalten (GIF, 71 kb) | |
|
Ausschnitt aus der geologischen Karte Baden-Württembergs. Klicken Sie in das Bild, um eine Gesamtkarte Baden-Württembergs zu erhalten (GIF, 82 kb) |
Seit Beginn der Tertiärzeit dauert das Absinken des Schollenmosaiks im Rheingraben an. In der Vorbergzone sind einige Randschollen über dem Schutt aus spät ren Zeiten noch zu erkennen. Gleichzeitig heben sich die Grabenschultern. So entstanden Schwarzwald, Odenwald und Vogesen. Man spricht von Hoch- und Tiefschollen. Parallel zum Rheingraben er strecken sich weitere Störungs- und Grabenzonen, z.B. der Pfinzgraben bei Pforzheim und Störungszonen bei Neckarwestheim.
Die Größenordnung der aktuellen horizontalen Bewegungskomponenten wird mit 1 mm/Jahr arn Rande des Rheingrabens angenommen, mit ruckartigen Verschiebungen bis zu einigen cm muß stets gerechnet werden. Die vertikalen Differentialbewegungen liegen in der Größenordnung von mm/Jahrzehnt.
Vor dem Einbruch des Rheingrabens wurde unser Gebiet nach Südosten zum Alpenvorland, zur Donau hin entwässert. Die Aare war zu dieser Zeit noch ein Quellfluß der Donau.
Nach dem Einbruch des Grabens stellte sich das Netz der Flüsse auf die neue Basis um, zahlreiche Nebenflüsse der Donau wurden zum Rhein und zum Neckar umgelenkt.
Die Zubringer von Kocher und Jagst, ursprünglich Quellflüsse der Brenz, zeigen diese aktuelle Umorientierung ihrer fraktalen Hierarchie besonders deutlich.
Der Abtragungsschutt von Schwarzwald, Odenwald, Vogesen, Pfälzer Wald und aus den Alpen füllt den Graben zusammen mit marinen Schichten. Stellenweise wurden insgesamt mehr als 3000 m Sedimente abgelagert.
Auf der nach Süden unter die Alpen abtauchenden europäischen Platte entstand eine Senkungszone, die den Abtragungsschutt der aufsteigenden Alpen und vom Südrand der Alb aufnahm. Die Aufschüttung hielt nicht immer mit der Absenkung Schritt, so daß zweimal das Meer eindrang. Wir finden heute abwechselnd festländische und marine Schichten. Ein Längs- und Querschnitt zeigt den heutigen unsymmetrischen Molassetrog mit mehr als 5000 m mächtigen Sedimente.
Der jüngere Meeresvorstoß hinterließ auf dem Südrand der Alb eine Steilküste, das "Kliff". Diese fossile Wasserwaage markiert uns den Meerespiegel vor 15 Millionen Jahren. Heute liegt das Kliff auf der Ostalb in 500 m Höhe, auf der Westalb bei 900 m über NN. Die ganze Süddeutsche Erdkrusten-Scholle wurde allein in dieser geologisch kurzen Zeit aufgewölbt und um 400 m gekippt. Im Süden sind die Schichten stärker schiefgestellt als im Norden. Dies erklärt uns, weshalb die einzelnen Schichtstufen der heutigen Landschaft wie ein Fächer gespreizt sind.
Lockergesteine wie Ton, Lehm, Löß, Sand, Kies enthalten zwischen den Partikeln Porenhohlräume, die Wasser aufnehmen. Sehr feinkörnige Lockergesteine haben Porenanteile um 50%, Sande und Kiese bis 40%.
Während die groben Poren in Sanden und Kiesen leicht wasserdurchlässig sind, wird das Wasser in den feinen Kapillaren feinkörniger Gesteine festgehalten. Grobkörnige Lockergesteine sind daher Porengrundwasserleiter, feinkörnige Lockergesteine sind Grundwasserstauer. Wasserdichte Gesteine gibt es nicht.
Bei Festgesteinen wie Sandstein oder Kalkstein wurden ursprünglich vorhandene Poren durch Bindemittel teilweise gefüllt oder gegeneinander abgeschottet. In Ton- und Mergelsteinen wurde der ur sprüngliche Porenraum durch Kompaktion vermindert und verkleinert. Die Festgesteine des Grundgebirges, Granite und Gneise sind praktisch porenfrei. Bei Festgesteinen sind also Poren beim Wassertransport vernachlässigbar.
Bei tektonischer Beanspruchung entstehen bei allen Festgesteinen Klüfte. Sandstein, Kalkstein, Gneise und Granite werden grobstückig zerlegt, es können relativ weite Klüfte entstehen. Ton- und Mergelstein werden dagegen kleinstückig zerlegt, es entstehen enge, oft nur latente Klüfte. In engen Klüften sind Oberflächenkräfte wie die Kapillarwirkung wirksamer als in weiten Klüften. Ton- und Mergelsteine werden dadurch zu Grundwasserstauern, Sand- und Kalksteine zu Kluft-Grundwasserleitern.
In löslichen Gesteinen, z.B. in Gips oder Kalkstein werden Klüfte durch Lösung erweitert, im Extremfall bis zu Höhlen, sie werden zu Karst- Grundwasserleitern.
Bei Lockergesteinen lassen bereits Laborproben von ca 1000 cm3 auf Porosität und Durchlässigkeit größerer Teile einer Talfüllung schließen, sie sind bis zu einem gewissen Grad repräsentativ. Dagegen sind Proben von Festgesteinen nie repräsentativ für die Wasserführung größerer Gesteinskomplexe. Ein Pflasterstein aus Granit, Basalt, Sandstein oder Kalkstein ist praktisch wasserundurchlässig. Das Pflaster mit seinen Fugen dagegen ist nicht wasserdicht. Schichtfugen, tektonische Trennfugen und ganz besonders tektonische Zerrüttungszonen, die ganz besondere Vorzugsrichtungen zeigen, machen Festgesteine anisotrop, richtungsabhängig durchlässig. Der Geologe unter scheidet daher Gesteinsdurchlässigkeit und Gebirgsdurchlässigkeit. Ein Gesteinsverband wird auch dann als "Gebirge" bezeichnet wenn kein morphologisches Gebirge aufragt.
Bei tektonischer Beanspruchung reagieren unterschiedliche Gesteine unterschiedlich. In einer Wechselfolge, beispielsweise von mehreren Tonstein- und Sandsteinschichten, entstehen auf diese Weise Grundwasserstockwerke. Die göber geklüfteten Schichten wirken auf die feiner geklüfteten als Drainagehorizonte. Beim Anschnitt solcher Folgen in Tälern werden verschiedene Quellhorizonte erkennbar.
Wasserläufe erodieren bevorzugt entlang von tektonischen Trennflächen. Beim Einschnitt von Tälern kommt es durch Druckentlastung zusätzlich zu hangparallelen Entspannungsklüften; Erosion und Klüftung verstärken sich gegenseitig. Nahe der Erdoberfläche wird das Gesteinsgefüge weiter gelockert, Verwitterung und Organismen wandeln das anorganische Material zu belebtem Boden um.
Unterschiedliche Gesteinsbereiche zeigen also unterschiedliche Gebirgsdurchlässigkeiten. Im Profil sind Grundwasserstockwerke, in der Fläche sind Grundwasserlandschaften zu unterscheiden.
Die Niederschlagshöhen variieren in Baden-Württemberg von ca 500 mm bei Mannheim bis zu 2000 mm pro Jahr im Schwarzwald, also in einem Verhältnis von 1:4. Gebirgsdurchlässigkeiten variieren dagegen von 10-8 m/s in Tonsteinen tektonisch weniger beanspruchter Bereiche des Albvorlandes bis zu 100 m/s in geklüfteten Kalken und Sandsteinen, Karst ganz ausgenommen. Die Bandbreite beträgt also mehr als 8 Zehnerpotenzen.
Das Grundwasser wird durch Niederschläge und versickernde Gewässer gespeist, umgekehrt fließt Grundwasser über Quellen, Poren oder Klüfte direkt in die Oberflächengewässer. Innerhalb eines Klimabereichs ist also die Dichte des Gewässernetzes viel stärker von unterschiedlichen Gebirgsdurchlässigkeiten abhängig als von den Niederschlägen. Dies gilt besonders in Schichtstufenlandschaften mit vergleichbaren Reliefunterschieden.
Die Dichte des Gewässernetzes bildet also die Gebirgsdurchlässigkeit ab. Je dichter das Gewässernetz, umso größere Anteile des Abflusses aus einem Gebiet fließen oberflächennah.
Aus planerischer Sicht ist die Dichte des Gewässernetzes ein Indikator für die Kontrollierbarkeit von Schadstoffen.
 |
Ausschnitt aus dem Gewässernetzes Baden-Württembergs. Klicken Sie in das Bild, um eine Gesamtkarte für Baden-Württemberg zu erhalten (GIF, 112 kb) |
Aus planerischer Sicht muß vom ungünstigsten Fall ausgegangen werden. Die zur Zeit bekannteste, am schwierigsten rückgewinnbare Stoffgruppe ist die der chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW). Die bei Sanierungsmaßnahmen besonders unangenehmen Eigenschaften sind: höhere Dichte und geringere Viskosität gegenüber Wasser. Die CKW sind daher in der Lage, im Grundwasser unterzugehen und wasserstauende Schichten erheblich leichter zu durchdringen als Wasser. Auch die mit hohem technischem Aufwand eingebauten mineralischen Dichtungen halten CKW nicht zurück. Auf diese Weise können mehrere Grundwasserstockwerke untereinander kontaminiert werden. Bei Schadensfällen muß daher rasch saniert werden.
Der ungünstigste Fall ist eine Kontamination mit CKW in einem Karstgebiet. Abwehrbrunnen müßten sowohl im Oberjurakalk der Schwäbischen Alb als auch im Muschelkalk der Gäulandschaften bis zu 100 m tief unbekannte Karstgerinne treffen. Dies ist praktisch unmöglich.
Ungünstige Situationen entstehen auch in weiträumig geklüfteten Buntsandsteingebieten, im Kieselsandstein, Stubensandstein, in den Schottern des Alpenvorlandes, des Rheingrabens und der Talfüllungen.
Die am wenigsten problematische Situation bei Eintrag von CKW ist in Grundwasserlandschaften mit einer Wechselfolge geringmächtiger Wasserleiter und Wasserstauer gegeben. Hier wirken die Wasserleiter als relativ gut kontrollierbare natürliche Drainagehorizonte. In Baden Württemberg sind die Filderflächen und das Albvorland hierfür bekannt.
Bei Lockergesteinen ist die Geometrie des geologischen Körpers und die Grundwasserabstromrichtung für die Anlage von Abwehrbrunnen bestimmend. Bei Festgesteinen werden aus Schichtneigung und Kluftmessung (Fotogeologie und Direktmessungen) Gesteinsanisotropien bestimmt und danach die Lage der Abwehrbrunnen eingerichtet.
Die Wirksamkeit von Deckschichten gegenüber CKW ist nicht kontrollierbar. Durch Dolinenverstürze, Erosion, tiefreichende Trockenrisse, Durchwurzelung und Baumaßnahmen werden auch für andere Schadstoffe Sickerwege geöffnet.
Gebirgsdurchlässigkeit in der oberflächennahen Auflockerungszone nach Krapp 1979.
Die Müllbehandlung ist bei uns weitgehend Sache der Landkreise. Neue Deponien mögen noch so aufwendig abgedichtet werden, zur langfristigen Kontrolle der Sickerwässer sind optimale natürliche Barrieren erforderlich. Müllverbrennungsanlagen sind beim Normalbetrieb möglicherweise weniger umweltbelastend. Im Brandfall muß das Löschwasser jedoch weiträumig genug rückgewinnbar sein. Auch in diesem Falle sind natürliche Barrieren wichtig.
Landschaften mit einer geringen Dichte des Oberflächen-Gewässernetzes sind also äußerst schlecht, solche mit hoher Dichte und rasch wechselnder Gesteinsfolge bedeutend besser geeignet für den Bau von Anlagen zur Arbeit mit wasser gefährdenden Stoffen.
Nicht jeder Landkreis besitzt optimale Standorte. Solange also die Müllentstehung nicht weitgehend verhindert wird, ist eine kleinräumige Zuständigkeit für die Müllbehandlung ebensowenig sachggerecht wie eine kleinräumige Zuständigkeit bei der Luftreinhaltung.
Von Basel bis Mainz, von Straßburg bis Heidelberg ist die junge Füllung des Oberrheingrabens als zusammenhängende Grundwasserlandschaft zu sehen. Mehr als 600 km2 betragen auf der Ostalb die Einzugsgebiete der Landeswasserversorgung. Hier sollte die Trinkwassergewinnung Vorrang haben und konkurri rende Nutzungen vermindert werden.
Kenntnisse über Saurier mögen manchen unwichtig erscheinen. Sobald aber bei Entscheidungen über den Umgang mit der Landschaft ihre Struktur und Ökologie unbeachtet bleiben, entstehen Altlasten, permanente Reparaturstellen und Hypotheken für die Zukunft.
--> WEITER ZU:
TEIL 2: ANATOMIE UND ENTSTEHUNGSGESCHICHTE
VON BADEN-WUERTTEMBERG
| Inhalt / Impressum | Landschaftsgeschichte und Landesplanung | Anatomie von BW | Karten |
|---|
Stapellauf: 15. September 1996; letzte Änderungen durch Reinhold Leinfelder am 20. Januar 1997
Riffressourcen-Server | Schulmaterial