BGR Report - Ton unter der Lupe Wissenschaftler erforschen die Eigenschaften von Tongestein im internationalen Felslabor Mont Terri
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BGR Report Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Juni 2015 Ton unter der Lupe Wissenschaftler erforschen die Eigenschaften von Tongestein im internationalen Felslabor Mont Terri
ISSN 2364-7736
Impressum
© Bundesanstalt für Geowissenschaften Fotos der Ansprechpartner
und Rohstoffe (2015) Siegfried Pietrzok
Kontakt Texte
Bundesanstalt für Geowissenschaften Holger Kroker
und Rohstoffe
Stilleweg 2 Gestaltung
30655 Hannover ff.mediengestaltung GmbH
Telefon +49 511 643-0
Telefax +49 511 643-2304 Druck
E-Mail info@bgr.de MHD Druck & Service GmbH
www.bgr.bund.de
Bildquellen
Redaktion Die Abbildungen und Fotos, zu denen keine anderen Quellen genannt sind, stammen
Janine Seibel von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des GEOZENTRUMs Hannover.
Dr. Thomas Schubert (verantw. für den Inhalt) Bildquellen Umschlag
Obere Bildleiste: Philipp Dorian Schuler (linkes Foto), Fotolia (mittleres und rechtes
Redaktionelle Mitarbeit Foto), Titelbild: BGR
Klaus Kruse
Bettina Landsmann Die vorliegende Broschüre wird kostenlos abgegeben und kann bei Bedarf angefordert
Karsten Piepjohn werden bei: Vertrieb@bgr.de
Sandro Schmidt
Ingeborg Göbel Erscheinungsmonat
Juni 2015
Der vorliegende BGR Report stellt Projekte der BGR aus dem Jahr 2014 vor.
Zudem gibt er einen „Ausblick“ auf künftige Vorhaben.
Editorial Prof. Dr.
Hans-Joachim
Kümpel
Präsident
der Bundesanstalt für
Geowissenschaften und
Rohstoffe
Liebe Leserinnen und Leser,
wie und wo hoch radioaktive Abfälle künftig gelagert werden, ist bislang noch
nicht geklärt. Die Bundesregierung hat 2013 das sogenannte Standortauswahl-
gesetz verabschiedet. Es regelt Schritte für die Suche eines Endlagers, das die
bestmögliche Sicherheit für einen Zeitraum von einer Million Jahren gewähr-
leistet. Das Verfahren soll transparent und mit Beteiligung der Öffentlichkeit
durchgeführt werden.
Für ein Endlager im tiefen Untergrund kommen als mögliche Wirtsgesteine in
Deutschland besonders Steinsalz, Tonstein und Kristallin in Betracht. Jedes die-
ser Gesteine zeigt dabei Vor- und Nachteile. Die BGR erforscht seit den 1990er
Jahren, ob Tonstein als geologische Barriere sowie Ton als geotechnische Barriere
geeignet sind. Im Beitrag „Ton unter der Lupe“ auf Seite 38 lesen Sie, wie die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei im Felslabor Mont Terri in der
Schweiz vorgehen.
Die Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe soll der Bundesregie-
rung bis 2016 Vorschläge für eine Entscheidungsgrundlage im Standortauswahl-
verfahren vorlegen. Dazu zählen unter anderem Aspekte der Sicherheit sowie
geologische Kriterien. Sie nutzt dafür die geowissenschaftliche Expertise der
BGR. Welche Aufgaben die BGR in dieser beratenden Funktion hat, erfahren
Sie im Interview „Kriterien für ein Endlager“ auf Seite 70.
Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen!
Projekte
Rohstoffversorgung sichern Vor Geogefahren schützen
6 Deutsch-Kasachische Rohstoffpartnerschaft 53 Atmosphärischen Wellen auf der Spur
8 Schlüsselstelle für Bodenschätze 54 Erdrutschgefahren sichtbar machen
10 Südafrikanische Dominanz 55 Unter gegenseitigem Einfluss?
12 Bergbau mit Bakterienhilfe 56 Bewegungsmelder in der Umlaufbahn
14 Rauchschwaden wiesen den Weg
16 Schiefergas in Deutschland
18 Sonne besteht den Test Entwicklungsländer unterstützen
57 Bergbau in Afrika
Lebensgrundlagen erhalten 58 Grundwasser rückt in den Fokus
59 Potenzial für eine nachhaltige Entwicklung
20 Edelmetalle im Boden 60 Nachhaltigkeit für mehr Wohlstand
21 Grundwasserschutz in Burundi
22 Von Wind und Wasser davongetragen
24 Die Versalzung des Grundwassers Kernwaffenteststopp überwachen
26 Frischwasser im Inseluntergrund
28 Atmender See steuert wertvolle Ressource 61 Kein Test bleibt unentdeckt
30 Inventar für 16 potenzielle Schadstoffe
Geowissen entwickeln und vernetzen
31 Messen für den Feldeinsatz
32 Geodaten weltweit verfügbar
34 Fernerkundung für die Rohstoffexploration
36 Raumplanung auf einen Blick
Den tieferen Untergrund nutzen
38 Titelthema: Ton unter der Lupe
40 Blick in die ferne Zukunft
42 Speicherung regenerativer Energien
44 Strom aus der Kaverne
46 Multiriss minimiert Bebenrisiko
48 Im Steinbruch nachgeschaut
50 Auf Stakeholder-Wissen zurückgreifen
52 Suche nach der idealen Barriere
„Der Planet Erde ist unsere Lebensgrundlage –
seine Ressourcen sind begrenzt.“
Deshalb setzt sich die BGR für die Sicherung unseres Lebensraumes Erde und
für die nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen ein.
Ausblick
63 Künstliche Nanopartikel 66 Flach lagernde Salzformationen
63 Hubschrauber misst Leitfähigkeiten 66 Neue Aufgaben für Ingenieure
64 Natürliche Methankonzentrationen im 67 Den Untergrund im Blick
Grundwasser 67 Unsichtbares sichtbar machen
64 Maßgeschneiderte Lösungen 68 Entscheidungshilfe für Wassermanager
65 Informationen für Unternehmen 68 Expedition CASE 17
65 Kooperation mit Chile 69 Boden-Atlas Deutschland
69 Mithilfe von Gammastrahlen
Menschen & Projekte
70 Kriterien für ein Endlager 71 Energie aus Schiefergestein
Spektrum
72 Angebotskonzentration kaum verringert 75 Bundeswirtschaftsminister
72 Investitionschancen im chilenischen Bergbau besucht die BGR
72 CASE-Workshop in Hannover 75 Geologischen Sachverstand einbeziehen
72 Faszination Boden 76 Mehr Schutz für Böden
73 25 Jahre gesamtdeutsche Bodenkunde 76 Internationale Endlagerforschung
73 Empfehlungen für neue Endlagersuche 76 Zehn Jahre für eine starke Geoinformations-
73 Hilfe gegen Rohstoffschmuggel wirtschaft
74 Wasser für syrische Flüchtlinge 76 Geowissenschaften auf YouTube
74 Tiefseeschätze zum Anfassen 77 Auswahl BGR Publikationen
74 Grundwassercomic an sambischen Schulen
80 Ansprechpartner
Rohstoffversorgung sichern
Neubewertung von Lagerstätten und Vorkommen in Kasachstan
Deutsch-Kasachische
Rohstoffpartnerschaft
BGR-Experten zeigen Investitionschancen für Berg- die regionalen Komitees für Geologie
bauprojekte und Lagerstätten auf und Untergrundnutzung in Nord-,
Ost-, Süd- und Zentralkasachstan
Die BGR hat 40 Bergbauprojekte und Kasachstan und Deutschland sind sowie Explorationsunternehmen mit
Lagerstätten in Kasachstan unter- eine Rohstoffpartnerschaft einge- eigenen Projekten.
sucht und ihre Wirtschaftlichkeit neu gangen. Zu ihrer Flankierung hat die
bewertet. Betrachtet wurden für die BGR Lagerstätten der Buntmetal- Von den rund 300 Projekten, die die
deutsche Wirtschaft besonders inter- le Kupfer, Blei, Zink und Zinn, der kasachischen Partner angeboten hat-
ten, untersuchten BGR-Experten etwa
40 Lagerstätten und Projekte näher.
Ausschlaggebend für die Auswahl
war einerseits, ob die Vorhaben für
die Rohstoffversorgung der deutschen
Industrie von Interesse sein könnten.
Andererseits musste eine erste roh-
stoffwirtschaftliche Einschätzung eine
mögliche Bauwürdigkeit der Projekte
ergeben.
Am Ende der Untersuchung prä-
sentierten die BGR-Experten 15 be-
sonders interessante Projekte in einem
Workshop. Für die Vorhaben wurden
Lage der 15 Lagerstätten (blau) und Projekte in Kasachstan. Zudem zeigt die Karte die Lage der wichtigsten
Städte (orange). Steckbriefe erstellt, die neben den
geografischen und geologischen Ba-
essante Rohstoffe. Die Informationen Stahlveredler Vanadium, Tantal, Wolf- sisinformationen auch Daten über
dienen als Entscheidungshilfe für ram, Molybdän und Titan sowie von Erztonnagen und -gehalte sowie eine
mögliche Joint-Ventures, eigene Kon- Eisen und Flussspat betrachtet. Part- Einschätzung im internationalen Ver-
zessionsnahmen oder die Erschlie- ner auf kasachischer Seite waren das gleich enthalten. Hinzu kommt eine
ßung neuer Lieferpotenziale. Ministerium für Industrie und Neue erste Einordnung der Aufbereitbarkeit
Technologien, das Zentrale Komitee und technischen Gewinnbarkeit der
für Geologie und Untergrundnutzung, Erze. Informationen zur Wirtschaft-
6 BGR Report
Rohstoffkonferenz 2015
Bei der weltweiten Rohstoffver-
sorgung spielt die Nachhaltig-
keit eine immer wichtigere Rolle.
Hierbei geht es um Aspekte einer
verantwortungsvollen Rohstoff-
gewinnung wie Umweltschutz,
soziale Verantwortung, Roh-
stoffeffizienz oder transparente
Lieferketten. Die Konferenz rich-
tet sich insbesondere an Vertreter
aus Politik, Industrie und Wis-
senschaft.
Probennahme durch BGR-Mitarbeiter in der Vanadiumlagerstätte Balasauskandyk.
lichkeit finden sich ebenfalls in den formationen schließlich mit Skizzen Um dem Informationsbedarf die-
Steckbriefen. In den Fällen der ver- der allgemeinen Voraussetzungen, ser Zielgruppe entgegen zu kom-
tragslosen und der sogenannten freien die von grundlegender Bedeutung men, veranstalten die BGR und
Lagerstätten sind es erste Beurtei- für Investitionen in den kasachis- das Bundesministerium für Wirt-
lungen, die anhand eines einfachen chen Bergbau sind. Dazu gehören schaft und Energie im November
wirtschaftlichen Gewinnungsmodells die institutionellen Gegebenheiten 2015 in Berlin eine internationale
ermittelt wurden. Bei den Firmenpro- in Kasachstan, zum Beispiel die Ver- Rohstoffkonferenz zum Thema
jekten, über die in puncto Wirtschaft- tragsformen für Bergbauprojekte, die „Verantwortung übernehmen –
lichkeit Informationen vorlagen, zu entrichtenden Konzessionsabgaben Nachhaltigkeit in der Rohstoff-
werden die Angaben des jeweiligen sowie Gepflogenheiten und Prozedere wirtschaft fördern“. Die Reihe
Unternehmens aufgeführt. der Ertragsteilung. Erörtert werden BGR-Rohstoffkonferenz liefert
aber auch die wirtschaftspolitischen alle zwei Jahre aktuelle Fakten
Auf die infrastrukturellen Bedin- Gegebenheiten, wie zum Beispiel das und Informationen zu einem roh-
gungen, unter denen ein Projekt en- Steuersystem oder die Kontrolle der stoffbezogenen Thema.
twickelt wird, sowie auf Fragen der Devisen bei der Gewinnrepatriierung.
Umweltverträglichkeit gehen die Daher enthält jede Studie neben pro- www.bgr.bund.de
Steckbriefe projekt- beziehungsweise jektspezifischen Daten auch Informa-
lagerstättenspezifisch ein. Hieraus tionen zum Rechtsrahmen.
lassen sich die Aufwendungen für
die erforderlichen Verbesserungen Kontakt: Dr.-Ing. Jürgen Vasters
der Infrastruktur, für den Schutz der
Umwelt und für soziale Aufgaben
ableiten. Abgerundet werden die In-
BGR Report 7
Rohstoffversorgung sichern
Der passive und der gescherte Kontinentrand vor Mosambik (PAGE-Four)
Schlüsselstelle für Forschungsexpedition eine ausge-
sprochen angewandte Orientierung.
Wenn der afrikanische Kontinental-
Bodenschätze sockel sich so weit in den Indischen
Ozean hinein erstreckt, wäre rings
um die Komoren durchaus mit Gas-
Gondwana-Zerfall legt Grundstein für Erdgasvorkom- vorkommen zu rechnen. „Unser Gast
men vor Ostafrika an Bord vom geologischen Dienst der
Komoren war begeistert“, so Franke.
Hinsichtlich des Zerfalls des Superkontinents Gondwana im Bislang waren Geologen davon ausge-
Erdmittelalter ist Vieles noch ungeklärt. Mit einer Expedition in gangen, dass der mit knapp zehn Mil-
den Indischen Ozean vor Mosambik wollten BGR-Experten lionen Jahren erdgeschichtlich sehr
die Trennung von Afrika, Madagaskar und der Antarktis ge- junge Vulkanarchipel nicht über der-
nauer klären. Dabei entdeckten sie, dass auch im Seegebiet artige Bodenschätze verfügen kann.
der Komoren Erdgasvorkommen nicht auszuschließen sind.
Hoffnungen hatte 2010 die Entde-
Der Zerfall Gondwanas im Jura und in ckung des Tiefwasser-Erdgasfeldes
der Kreidezeit war die vorläufig letzte Windjammer vor der Nordküste Mo-
Aufspaltung eines Superkontinents in sambiks geweckt. Auch hier hatten
seine Bestandteile. Afrika trennte sich viele Fachleute kaum Potenzial ge-
von Madagaskar, Indien, Australien sehen. Doch inzwischen geht man
sowie der Antarktis. So entstand der davon aus, dass in dem Gebiet Vor-
Indische Ozean, wie wir ihn heute kommen von insgesamt drei Billionen
kennen. Allerdings sind noch viele Kubikmeter liegen. Das wäre etwa
Einzelheiten des sich über gut 100 Mil- doppelt so viel wie die Erdgasreserven
lionen Jahre hinziehenden Vorgangs Norwegens. „Mosambik, das zu den
ungeklärt. Die von der BGR im Früh- ärmsten Ländern der Welt zählt, ist
jahr 2014 mit dem Forschungsschiff auf dem Weg, ein global bedeutendes
Einsatz der geophysikalischen Messinstrumente
Sonne unternommene Forschungs- im Messgebiet vor Mosambik. Exportland für Erdgas zu werden“,
fahrt ins Seegebiet zwischen Tansania, Quelle: Dieter Franke/BGR meint Franke. Der nicht minder arme
Mosambik und den Komoren sollte ei- len Kruste Afrikas und der jungen Inselstaat der Komoren hofft jetzt auf
nige dieser Details näher untersuchen. des Indischen Ozeans eine relativ eine ähnliche Entwicklung. Schon
breite Übergangszone gibt, die erst werden erste Erkundungslizenzen
„Wir werten die Daten weiterhin aus, weit vor der ostafrikanischen Küste vergeben.
die wir auf der Fahrt gewonnen ha- endet. „Die Frage ist jetzt“, so Fran-
ben", berichtet Fahrtleiter Dr. Dieter ke, „ob sich der Kontinentalschelf Mit dieser Forschungsfahrt hat die
Franke. Es deute sich aber an, dass Afrikas bis in das Seegebiet der Ko- BGR wichtige Grundlageninforma-
es zwischen der uralten kontinenta- moren erstreckt.“ Damit bekam die tionen für die Rohstoffsuche vor
8 BGR Report
Offshore-Lizenzblöcke im Indischen Ozean vor Mosambik und Tansania mit den größten Erdgasfunden, Pipelines und Erdgas-Verflüssigungsanlagen (LNG).
Ostafrika geliefert. „Die Straße von abgelagert wurden. Diese Biomasse um die Welt in großen Wassertiefen
Mosambik scheint eine Schlüsselstel- wurde im Lauf der Jahrmillionen zu unter den Rändern der Kontinente
le zu sein“, sagt Dieter Franke. Die Erdgas umgesetzt und sammelte sich noch entdeckt werden können“, be-
Meerenge zwischen Nordmadagaskar an etlichen Stellen in der Sediment- tont der Geophysiker. Schließlich ist
und dem afrikanischen Kontinent schicht. die Zeit, in der die Menschheit auf
scheint während des Gondwana-Zer- fossile Energierohstoffe angewiesen
falls die südliche Begrenzung eines „Mit Forschungen wie im Seegebiet ist, noch lange nicht zu Ende.
seichten Meeresbeckens gewesen zu vor Ostafrika liefern wir einen Bei-
sein, in dem dicke Sedimentschichten trag zu der Frage, welche Mengen an Kontakt: Dr. Dieter Franke
mit großen Mengen von Mikroalgen Energierohstoffen zukünftig rund
BGR Report 9
Rohstoffversorgung sichern
Marktstudie Platinmetalle & Investor's Guide Südafrika
Südafrikanische Dominanz
Deutsche Rohstoffagentur analysiert die Angebotssituation für Platingruppenmetalle
Quelle: DERA (2013)
Das Platin-Bergwerk Mogalakwena in Südafrika von Anglo American Platinum ist eines der größten Platinbergwerke der Welt.
Die Platingruppenmetalle Platin, Palladium und Rhodium spielen eine wichtige Rolle für un-
terschiedliche industrielle Anwendungen. In der Rohstoffliste 2014 hat die Deutsche Roh-
stoffagentur (DERA) diese Metalle als potenziell „kritische“ Rohstoffe eingestuft, da sich die
Förderung auf wenige Länder konzentriert. Jetzt wurden zwei Detailstudien erarbeitet.
Die Platingruppenmetalle (PGM) Pla- Nachfrage kamen aus diesem Bereich. anderem von PGM's, durch. Rund 75
tin, Palladium und Rhodium werden Wegen der industriellen Bedeutung Prozent des weltweit geförderten Pla-
vorrangig im Bereich der Katalysato- der drei Platinmetalle hat die DERA tins stammen aus Südafrika. Von den
ren im Automobilsektor und in der die Detailstudie „Risikobewertung 33 bekannten PGM-Bergwerken sind
chemischen Industrie, einschließlich Platingruppenmetalle“ erarbeitet, die 24 hier angesiedelt, drei weitere im
der Petrochemie eingesetzt. Abgas- voraussichtlich im dritten Quartal benachbarten Simbabwe. In Russland
katalysatoren allein waren 2013 für 2015 veröffentlicht wird. befinden sich drei aktive Bergwerke,
79 Prozent der Rhodiumnachfrage in den USA zwei und ein weiteres in
verantwortlich, bei Palladium betrug Gemeinsam mit dem geologischen Kanada. Wegen der südafrikanischen
der kombinierte Anteil des Auto- Dienst Südafrika (CGS) führte die Dominanz ließ der dortige Bergarbei-
mobilsektors und der chemischen DERA im zweiten Teil des „Inves- terstreik im ersten Halbjahr 2014 die
Industrie 80, bei Platin immerhin 44 tor’s and Procurements Guide South Weltproduktion im selben Zeitraum
Prozent. Letzteres ist auch ein begehr- Africa“ eine Neubewertung der Roh- um 40 Prozent schrumpfen. Auf den
tes Schmuckmetall. 35 Prozent der stoffpotenziale in Südafrika, unter Preis hatte das dank der großen La-
10 BGR ReportQuelle: DERA (2014)
Quelle: DERA (2013)
Aufbereitung von Chromit und Platingruppenmetallen aus Haldenmaterial. Bohrkernlager des Two Rivers Platin-Bergwerks in Südafrika.
gerbestände und der gleichzeitigen tigen Sulfid-Mineralen vererzt ist. Tonnen angesetzt und die PGM-In-
weltweit leicht rückläufigen Nachfra- Derzeit gibt es dort ein produzie- halte darin mit rund 39 Millionen
ge bislang keinen Einfluss. rendes Platin-Bergwerk, den Moga- Feinunzen (davon rund 20 Millionen
lakwena-Tagebaubetrieb von Anglo Feinunzen Platin). Mit neuen Auf-
Der Bushveld-Komplex im Nordosten American Platinum sowie rund zehn bereitungsverfahren könnten etwa
Südafrikas mit einer Ausdehnung weitere Explorationsprojekte in ver- 15 Millionen Feinunzen PGM ge-
von rund 66 000 Quadratkilometern schiedenen Stadien. Mogalakwena wonnen werden, das Dreifache der
ist das Zentrum des PGM-Bergbaus. weist mit rund anderthalb Milliarden südafrikanischen Jahresproduktion.
Traditionell werden am westlichen Tonnen Erz, bei PGM-Gehalten von Darüber hinaus gibt es in den boden-
und am östlichen Rand zwei Erz- drei bis vier Gramm/Tonne die größ- nahen Schichten insbesondere am
horizonte abgebaut, die jeweils im ten nachgewiesenen Reserven aller Nordrand des Bushveld-Komplexes
Durchschnitt nur ein bis anderthalb südafrikanischen Platin-Bergbaube- erhebliche Mengen an oxidierten Er-
Meter mächtig sind. Gerade in den äl- triebe auf und war 2014 mit 370 000 zen. Die Schätzungen belaufen sich
teren Bergwerken des westlichen Ge- Feinunzen Platin (rund 11,5 Tonnen) auf über 300 Millionen Tonnen mit
biets wächst jedoch mit zunehmender auch einer der produktionsstärksten. PGM-Gehalten von durchschnittlich
Fördertiefe der technische Aufwand. In den kommenden Jahren soll die drei Gramm/Tonne. Sie lassen sich
Daher trennen sich die großen Platin- PGM-Produktion hier verdoppelt allerdings bislang noch nicht wirt-
produzenten zunehmend von ihren werden. schaftlich aufbereiten. Die BGR un-
älteren Minen. tersucht derzeit die mineralogischen
Im „Investor’s Guide“ werden auch und chemischen Charakteristika die-
Gleichzeitig wird im nördlichen Be- die PGM-Potenziale in den Auf- ser speziellen Erze, um effiziente und
reich des Bushveld-Komplexes ein bereitungshalden untersucht. Das kostengünstige Aufbereitungstechno-
weiterer Erzhorizont erschlossen, Haldenmaterial aus der Jahrzehn- logien zu entwickeln.
eine lokal bis zu einigen hundert te langen Platin- und Chromauf-
Metern mächtige Formation, die bereitung im Bushveld-Komplex Kontakt: Michael Schmidt,
in weiten Bereichen mit platinhal- wird mit mehr als zwei Milliarden Dr. Herwig Marbler
BGR Report 11Rohstoffversorgung sichern
Ecometals: Extracting industry metals using biotechnology / BioMOre: Alternative mining concept
Abraumhalde eines ehemaligen Kupferschiefer-Bergbaus im Mansfelder Land/Sachsen-Anhalt. Quelle: Prof. Dr. Gregor Borg, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Bergbau mit Bakterienhilfe
Biomining erschließt metallhaltigen Abraum und ungenutzte Vorkommen
Europa ist keineswegs ein so rohstoffarmer Kontinent wie oft behauptet wird, allerdings sind
die leicht abbaubaren Vorkommen rar geworden. Weitgehend unerschlossen sind derzeit
komplexe Erze, Ressourcen mit geringem Metallgehalt oder ungünstigen Beimengungen.
Geomikrobiologen der BGR suchen nach Möglichkeiten, solche Vorkommen mithilfe von
Bakterien abzubauen. Dieses Biomining könnte sich auch eignen, um Metalle aus Abraum-
halden zu gewinnen.
Im Mansfelder Land wurde seit dem teressanten Kupferressource werden. ferschieferabraum des Fortschritts-
12. Jahrhundert Kupfer abgebaut. Experten des BGR-Arbeitsbereiches schachts I Wertmetalle für geschätzt
Von dem einst blühenden Bergbau Geomikrobiologie haben an Kupfer- zehn Millionen Euro enthalten.
zwischen Harz und Saale zeugen schieferproben aus dem Haldenkom-
heute noch zahlreiche Abraumhal- plex Fortschrittsschacht I bei Eisleben Angesichts solcher Zahlen versu-
den. Während dieser Abraum für gezeigt, dass zumindest im Labor bis chen derzeit zwei europäische For-
eine konventionelle Verhüttung zu zu 95 Prozent des Kupfers herausge- schungskonsortien, an denen die
erzarm ist, könnte er durch Biomi- löst werden können. Zusammen mit BGR-Forscher beteiligt sind, auf die-
ning-Methoden wieder zu einer in- Blei und Zink kann so allein der Kup- sen Versuchen aufzubauen und die
12 BGR ReportMethode weiterzuentwickeln. Das ihre Energie aus der Umsetzung von mit erhöhten, aber für derzeitige Ge-
deutsch-französische Projekt Eco- reduzierten Eisen- und Schwefel- winnungsmethoden unattraktiven,
Metals hat sich neben den deutschen verbindungen beziehen und dabei Kupfergehalten stellt jetzt die nächste
Kupferschieferhalden auch Erze des Metallionen freisetzen. Dass sie am Stufe des Biomining dar. Die Kupfer-
polnischen Kupferschiefers vorge- Schwefel interessiert sind, macht sie schiefervorkommen in Polen und die
nommen. Ziel ist eine Pilotanlage für zu idealen Kooperationspartnern der Abraumhalden im Mansfelder Land
die biohydrometallurgische Aufberei- Menschen, denn die Erzminerale von wären dafür ideale Einsatzgebiete.
tung im Tank zu entwickeln. Die BGR Kupfer, Nickel, Kobalt und Zink kom-
führt zur Optimierung von Prozess- men in der Natur überwiegend als Die Möglichkeit einer Aufbereitung
parametern im Labormaßstab Lau- Metallsulfide vor. Die Bakterien und von Kupferschiefer mittels Biomining
gungsversuche in Bioreaktoren durch. Archaeen wandeln die unlöslichen wurde in der BGR Geomikrobio-
Metallverbindungen in wasserlösliche logie bereits in den 1970er Jahren
Das multinationale EU-Projekt Bio- Stoffe um. im Rahmen von Drittmittelprojek-
MOre geht sogar untertage und er- ten untersucht. Damals wurde eine
probt in situ Biomining in einer Mine Mittlerweile findet ein bedeutender grundsätzliche Machbarkeit der
im polnischen Bergbaurevier Lubin. Teil der Weltkupferproduktion mit- Methode festgestellt und wichtige
Dort wird ein 100 Kubikmeter großer hilfe der Biolaugung überwiegend in Grundlagen für eine Verfahrens-Ent-
Gesteinsblock so hergerichtet, dass Chile statt. Auch die Gewinnung von wicklung erarbeitet.
Bakterien unter kontrollierten Bedin- Gold, Kobalt, Nickel, Zink und Uran
gungen eingesetzt werden können. funktioniert bereits mit Mikroorga- Kontakt: apl. Prof. Dr. Axel
Die Bakterien, die in einer Lösung nismenhilfe. Der Bakterieneinsatz Schippers
schwimmen, laugen Kupfer und an- bei der Erschließung von Gesteinen
dere Metalle aus dem Gestein, so dass
diese danach in einer konventionellen
Anlage extrahiert werden können.
In einer zweiten noch zu beantra-
genden Projektphase nach 2017 soll
das Konzept dann in situ in einer
Erzlagerstätte erprobt werden. Für
diesen Praxistest wird kein Bergwerk
aufgefahren, vielmehr soll die Bak-
terienlösung durch eine Bohrung in
die Lagerstätte gebracht und die me-
tallhaltige Lösung durch eine zweite
gefördert werden.
Beim Biomining werden spezielle
Kupferhaltige „Pregnant leach solution“ bei der Haldenbiolaugung in Chile.
Mikroorganismen eingesetzt, die
BGR Report 13Rohstoffversorgung sichern
INDEX: Indischer Ozean – Explorationsaktivitäten auf marine polymetallische Sulfide
Rauchschwaden jetzt den Namen des 66 Meter langen
Fahrzeugs, mit dem die BGR-Expe-
dition INDEX 2014 unterwegs war.
wiesen den Weg „Das Feld besitzt nach bisherigen
Beobachtungen eine Ausdehnung
an der Oberfläche von etwa 150 mal
INDEX 2014 entdeckt neues Hydrothermalfeld und 100 Metern“, erklärt Fahrtleiter Dr.
weitere vielversprechende Hinweise auf neue Erzvor- Ulrich Schwarz-Schampera, „zahlrei-
che inaktive Schlote zeugen von einer
kommen
phasenweise starken Aktivität.“ Das
Pelagia-Feld ist das erste dieser Art
überhaupt, das an diesem südöstli-
chen Zweig des Indischen Rückens
entdeckt wurde.
Insgesamt sechs Wochen waren zwölf
Wissenschaftler der BGR und wissen-
schaftlicher Institute aus Wilhelms-
haven, Kiel und Seattle im Seegebiet
südöstlich von Mauritius unterwegs.
Es war die vierte INDEX-Expediti-
on und die letzte vor der offiziellen
Unterzeichnung des Lizenzvertra-
ges zwischen der BGR als deutscher
Beauftragten und der Internationa-
len Meeresbodenbehörde ISA. 15
Jahre hat die BGR insgesamt Zeit,
Einsatz des Seitensichtsonargerätes.
um 100 Areale am zentral- und süd-
Der Bergbau in der Tiefsee könnte auf mittlere Sicht eine in- ostindischen Rücken mit dem Ziel
teressante Rohstoffquelle für die deutsche Industrie erschlie- zu erkunden, diese Ergebnisse für
ßen. Die BGR hat daher Explorationslizenzen für Deutschland einen künftigen Tiefseebergbau auf
für Gebiete im Pazifischen und Indischen Ozean abgeschlos- bunt- und edelmetallreiche Sulfide
sen. Die INDEX 2014-Expedition untersuchte südöstlich von zur Verfügung zu stellen.
Mauritius die Vorkommen von Massivsulfiden.
Alle vier INDEX-Fahrten dienten
Das gecharterte niederländische For- deutschen Lizenzgebiet für Metall- der Prospektion von Metallsulfiden,
schungsschiff Pelagia ist Namenspat- sulfide. Ein aktives Hydrothermalfeld jener Schutthügel auf massiven Erz-
ron der jüngsten Neuentdeckung im im achten Cluster des Gebiets trägt vorkommen, die übrig bleiben, wenn
14 BGR Reportdie bekannten „Schwarzen Raucher“
zu rauchen aufhören. Diese tragen
zwar ihren Namen, weil sie düster
qualmenden Fabrikschloten so ähn-
lich sehen, tatsächlich geben sie aber
keinen Qualm von sich. Die dicken
schwarzen Wolken sind schwer mit
Metallen beladenen, heißen Fluiden,
die aus dem Tiefseeboden strömen
und bei Kontakt mit kaltem Meerwas-
ser ihre Metallfracht als Sulfidpartikel
ausfällen. Bei vielen Hydrothermalfel-
dern weisen sie beträchtliche Gehalte
Video- und Fotoschlitten zur Bildkartierung des Meeresbodens.
an Edelmetallen und technologisch
wichtigen Spurenmetallen auf. Die lagerstättenkundlichen Arbeiten abgesetzt, die über den Zeitraum von
wurden um bathymetrische Vermes- einem Jahr die Sedimentation vor
INDEX 2014 hatte den neuen Sen- sungen sowie Gebiets- und Umwelt- Ort protokolliert. Sie wieder einzu-
sorschlitten der BGR sowie den untersuchungen ergänzt. Während sammeln wird genauso auf dem Pro-
Tiefsee-Tauchroboter HyBIS des der Fahrt wurden in regelmäßigen gramm der nächsten Expedition ins
GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Abständen Sedimentkerne gezogen, deutsche Lizenzgebiet im Herbst 2015
Ozeanforschung Kiel mit an Bord. die zusätzliche Umweltrahmendaten stehen, wie die nähere Untersuchung
Mit dem Sensorschlitten konnten die lieferten. Von Anfang an gehörten der 2014 entdeckten magnetischen
Wissenschaftler die hydrothermal solche Arbeiten zum Pensum der Anomalien.
aktiven Areale im ausgedehnten Un- INDEX-Fahrten, denn von einem
tersuchungsgebiet orten und erhielten eventuellen Meeresbergbau wird ge- Kontakt:
so Anhaltspunkte für die Suche nach fordert, dass er die empfindlichen Dr. Ulrich Schwarz-Schampera
erloschenen und daher für den Ab- Habitate rings um aktive Hydrother-
bau interessanten Feldern. Auf einer malfelder so wenig wie möglich be-
insgesamt 146 Kilometer langen Stre- einträchtigt. Die Geowissenschaftler
cke über drei Lizenzcluster hinweg der BGR werden daher stets von Bio-
entdeckten sie sieben hydrothermale logen des Senckenberg-Instituts am
„Rauchschwaden“, die den Weg zu Meer in Wilhelmshaven begleitet, die
aktiven Feldern wiesen. Magnetische eine detaillierte Bestandsaufnahme
Messungen zeigten in den vier unter- des Lebens um die „Schwarzen Rau-
suchten Lizenzclustern insgesamt 19 cher“ herum und in der Wassersäule
interessante Anomalien an, die auf darüber durchführen. Zusätzlich wur-
Metallsulfide hindeuteten. de eine Sinkstofffalle von der Uni-
Vorbereitung des Kastengreifers zur Beprobung
versität Hamburg am Meeresboden des Meeresbodens.
BGR Report 15Rohstoffversorgung sichern
NiKo: Erdöl und Erdgas aus Tonsteinen – Potenziale für Deutschland
Schiefergas in Deutschland werden 2015 vorliegen,
doch eine vorläufige Abschätzung
im Jahr 2012 zeigte die Richtung an.
Deutschland So liegen die technisch gewinnbaren
Schiefergas-Ressourcen zwischen
700 bis 1 300 Milliarden Kubikme-
BGR schätzt Potenziale ab tern. Zum Vergleich: Die deutschen
Erdgasreserven in aktiven Feldern
Schiefergas wird weltweit als bedeutende zusätzliche Erd- betragen rund 110 Milliarden. Damit
gasressource angesehen. Die BGR ermittelt im Auftrag der ist Deutschland weit von Mengen
Bundesregierung im NiKo-Projekt das Schieferöl- und Schie- entfernt, die für die USA ausgewiesen
fergaspotenzial in Deutschland sowie mögliche Umweltaus- werden: Ein Schiefergas-Boom wie
wirkungen beim Einsatz des Fracking-Verfahrens. dort ist hierzulande nicht zu erwar-
ten. Dennoch kann Schiefergas eine
Auslöser für die Nachfrage nach bedeutende Ressource darstellen. Zu-
Schiefergas ist die Erschließung zahl- nächst allerdings gilt es, diese näher
reicher Schiefergasvorkommen in zu erkunden. Hierbei steht Deutsch-
Nordamerika während der letzten land erst am Anfang.
zwanzig Jahre. Voraussichtlich wer-
den die USA ihren Erdgasbedarf mit- Um sich ein genaues Bild über die
telfristig aus eigenen Quellen decken geologischen Formationen zu ver-
können. Deutschland hingegen ver- schaffen, die Schiefergas enthalten
zeichnet seit Anfang des Jahrtausends könnten, untersuchten die Wissen-
einen stetigen Rückgang der heimi- schaftler der BGR rund 1 500 Ge-
Kernabschnitte einer Bohrung in Tongesteinen. schen Erdgasförderung und muss steinsproben. Das Bohrkernlager in
mittlerweile knapp 90 Prozent seines Berlin sowie die Gesteinsarchive des
Erdgasbedarfs importieren. GEOZENTRUMs Hannover dien-
ten dabei als Fundgrube. Im Labor
Anders als beim konventionellen wurde die Zusammensetzung der
Erdgas liegen große Teile der Schie- organischen Bestandteile erfasst und
fergasvorkommen in politisch stabi- die thermische Reife der Tongestei-
len Weltregionen, ein gutes Drittel ne bestimmt, die das Erdgas- und
in den Industriestaaten der OECD, Erdölpotenzial beeinflussen. Auch
davon allein ein Fünftel in Nord- hierbei konnten sich die Experten auf
amerika. Europa darf immerhin mit die Bestände der BGR stützen und
Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme einer Algen-
zyste aus einem Meer zurzeit des Unterkarbons
rund fünf Prozent rechnen. Die ab- zogen mehrere 1 000 Analysedaten
(Probe aus einer Bohrung auf Rügen). Verschiede- schließenden Zahlen der NiKo-Stu- heran. Die aufwendigen Untersu-
ne Wellenlängen (458, 496 und 633 Nanometer)
helfen dabei, die Struktur der Alge gut zu erkennen. die zum Potenzial von Schiefergas in chungen zeigen, dass in Deutschland
16 BGR Reportzahlreiche Gesteinsformationen ein
Potenzial für Schiefergas und –öl auf-
weisen. Zu den vielversprechendsten
zählen der Posidonienschiefer aus
dem Jura, die „Wealden“-Fazies aus
der Unterkreide sowie Gesteine des
Karbon. Regional ist mit Potenzialen
vor allem im Norddeutschen Becken
zu rechnen.
Wesentlicher Bestandteil des Pro-
jekts ist auch die Untersuchung der
Umweltauswirkungen, die eine Er-
schließung des Schiefergases mit sich
bringen würde. Wird Trinkwasser
durch die hydraulische Stimulation
im Untergrund gefährdet? Dieser
und weiterer Fragen zu möglichen
Umweltrisiken, die große Besorgnis
in der Bevölkerung auslösen, wird
mithilfe aufwendiger Modellierungen
und Laboruntersuchungen in dem
Projekt nachgegangen.
Anhand eines lithologischen und
hydrogeologischen Querschnittes
Gesteinsformationen mit Potenzial für Schiefergas in Deutschland.
für das Norddeutsche Becken wird
etwa die mögliche Ausbreitung der Modelliert und berechnet werden größte Herausforderung besteht nun
eingepressten Fracking-Fluide im auch die zu erwartende Seismizität darin, die wissenschaftlichen Ergeb-
Untergrund simuliert. Verschiedene und die Rissgrößen, wenn die Fluide nisse in die öffentliche Diskussion um
Szenarien wurden modelliert, um im Untergrund eingepresst werden. das Thema Fracking einzubringen.
den Aufstieg der Flüssigkeiten von
ihrem Einsatzort in mehr als 1 000 Die bisherigen Ergebnisse stützen die Lesen Sie auch das Interview
Metern Tiefe über Jahrzehnte und Erkenntnisse einer vorläufigen Studie auf Seite 71.
Jahrhunderte zu ermitteln und so aus dem Jahr 2012. Demnach ist eine
zu klären, ob ein ausreichender Ab- kontrollierte und umweltgerechte Er- Kontakt: Stefan Ladage
stand zu den trinkwasserführenden schließung von Schiefergas aus geo-
Schichten sichergestellt werden kann. wissenschaftlicher Sicht möglich. Die
BGR Report 17Rohstoffversorgung sichern
Neues Tiefseeforschungsschiff Sonne: Probefahrt mit 3D-Seismik und CSEM-Messsystem Golden Eye
Sonne besteht den Test
BGR-Wissenschaftler machen Probefahrt mit dem neuen Tiefseeforschungsschiff
Das neue Forschungsschiff der deutschen Meeresforschung, das Tiefseeforschungsschiff
Sonne, befindet sich seit November 2014 offiziell im Dienst. Wissenschaftler der BGR haben
das Schiff während zweier Erprobungsfahrten in der Nordsee auf Herz und Nieren getestet.
Das neue 116 Meter lange und 21
Meter breite Tiefseeforschungsschiff
(TFS) Sonne wird künftig als mul-
tidisziplinäres Forschungsschiff im
Indischen und Pazifischen Ozean
unterwegs sein. Zusammen mit weite-
ren Institutionen der deutschen Mee-
resforschung, darunter GEOMAR
und Marum, war die BGR bereits in
die Planungsphase des mit Spitzen-
technologie ausgestatteten Großfor-
schungsschiffs involviert.
Die Scherbretter spreizen die einzelnen Komponenten einer 3D-Messung während der Fahrt um 150 Meter
hinter dem Schiff auseinander.
Die erste Erprobungsfahrt des TFS
Sonne mit Wissenschaftlern der BGR möglichen Einfluss seismischer Mes- file vermessen, das präzise Einmessen
startete im September 2014 in Em- sungen auf die Meeresumwelt genau und Positionieren der seismischen
den. Um den dichten Schiffsverkehr abschätzen zu können“, so Dr. Axel Ausrüstung überprüft sowie mit den
in der Deutschen Bucht so gut wie Ehrhardt vom Fachbereich Marine nautischen Offizieren das meterge-
möglich zu umgehen, wurden hier- Rohstoffforschung. Ruhige See- und naue Steuern des Schiffes getestet.
bei Tests im Bereich der schottischen Windverhältnisse sorgten für gute
Nordsee durchgeführt. Testergebnisse während der Fahrt. Auf der zweiten Erprobungsfahrt
testeten Wissenschaftler der BGR
Im Mittelpunkt standen Funkti- Nach der Erprobung aller für eine und der Universität Bremen das
onsprüfungen der neuen 3D-Seis- seismische Messung notwendigen neu entwickelte, elektromagnetische
mik. Zusätzlich wurden erstmalig Komponenten, konnten die Wissen- Messsystem Golden Eye. Mit diesem
die genauen Schalldruckpegel der schaftler mithilfe der Schiffsbesatzung leuchtend-gelben, aus glasfaserver-
seismischen Luftpulser vermessen. das gesamte 3D-Messsystem erfolg- stärktem Kunststoff gefertigten Gerä-
„Die umfassende Kenntnis der Sig- reich im Meer aussetzen. Im Zuge der teträger und den darauf installierten
nalausbreitung ist wichtig, um einen weiteren Fahrt wurden erste Test-Pro- Sensoren sollen künftig Massivsulfid-
18 BGR Reportnetischen Eigenschaften aufspüren.
Darüber hinaus ist das System auch
zur Charakterisierung von Sediment-
porositäten und der mineralischen
Zusammensetzung des Meeresbodens
bis in etwa zehn Meter Eindringtiefe
einsetzbar.
Mit den technischen Möglichkei-
ten des neuen Schiffes ließ sich das
Messsystem problemlos über das
Heck am hinteren Arbeitsdeck ins
Wasser aussetzen und wieder einho-
len. Die Energieversorgung sowie die
Das neue Forschungsschiff Sonne auf Testfahrt in der Britischen Nordsee. Befehls- und Datenkommunikation
erfolgten über das zwölf Kilometer
lange, schiffseitige Tiefseekabel. So-
mit konnte Golden Eye vollständig
über eine Befehlskonsole gesteuert
und mit Monitoren und Lagesensoren
überwacht werden.
Im Winter 2015 wollen die Wissen-
schaftler mit Golden Eye in den deut-
schen Lizenzgebieten vor Mauritius
auf die Suche nach längst erloschenen
„Schwarzen Rauchern“ am Meeresbo-
den gehen. „Schwarze Raucher“ sind
auch als polymetallische Lagerstätten
Das elektromagnetische Messsystem Golden Eye wird für künftige Einsätze in den deutschen Massivsulfid- bekannt und weisen hohe Anteile
lizenzgebieten erstmalig getestet.
an Bunt- und Edelmetallen sowie
vorkommen in den deutschen Lizenz- Die Riesenspule hat einen Durchmes- verschiedenen Spurenelementen wie
gebieten im südwestlichen Indischen ser von dreieinhalb Metern und ist Antimon und Kobalt auf.
Ozean erkundet werden. Die BGR mit Licht, Kameras und weiterer Sen-
hatte den Fachbereich Marine Geo- sorik ausgestattet. Damit kann Gol- Kontakt: Dr. Axel Ehrhardt,
physik der Universität Bremen mit den Eye Erzvorkommen unter dem Dr. Katrin Schwalenberg
der Entwicklung des Messsystems Meeresboden aufgrund ihrer hohen
beauftragt. elektrischen Leitfähigkeit und mag-
BGR Report 19Lebensgrundlagen erhalten
Urbane Geochemie
Edelmetalle im Boden
BGR vergleicht Platinmetallgehalte in Berliner Stadtböden
In rund 15 europäischen Städten ermitteln Wissenschaftler maligen Proben wurden daher mit
im EU-Projekt Urbane Geochemie den derzeitigen geoche- heutigen Methoden erneut analysiert
mischen Zustand der dortigen Böden. Im Untersuchungs- und mit den jüngst von der BGR ent-
gebiet Berlin liegt der Schwerpunkt auf den Platinmetallen nommenen Proben verglichen und
Platin, Palladium und Rhodium, denn für sie gibt es noch im vergangenen Jahr in geochemi-
Vergleichsproben aus dem Jahr 1992. sche Karten umgesetzt. Sie zeigen
gegenüber den Proben von 1992 stark
Die Edelmetalle der Platingruppe In den BGR-Beständen in Berlin la- gestiegene PGE-Konzentrationen.
(PGE) werden für die unterschied- gern noch Proben aus den 1990er
lichsten Zwecke eingesetzt. Am wei- Jahren, die mit aktuellen Proben ver- In der Berliner Innenstadt sind nach
testen verbreitet ist vermutlich die glichen werden können. Damit haben 20 Jahren die Hintergrundgehalte von
Verwendung in den 3-Wege-Kataly- die Berliner Messungen europaweiten Platin auf 170 Prozent, bei Palladium
satoren der Autos. Sie haben sich seit Seltenheitswert. „Ein unschätzbarer auf 390 Prozent und bei Rhodium
1989 in Deutschland durchgesetzt Vorteil, denn die Analysentechnik sogar auf 440 Prozent gestiegen. Da-
und die Abgase merklich gesäubert. hat sich seitdem stark weiterentwi- bei ist ein Zusammenhang mit dem
Allerdings setzt so ein Kat geringe ckelt“, so Dr. Manfred Birke, Arbeits- Straßenverkehr unverkennbar – die
Mengen von Platin, Palladium und bereichsleiter im BGR-Fachbereich Werte steigen mit zunehmender Nähe
Rhodium frei, und das schlägt sich in „Boden als Ressource – Stoffeigen- zu Straßen und der Verkehrsdichte
der Bodenbelastung nieder. schaften und Dynamik“. Die da- an. Nur an einzelnen Stellen, etwa
in den Stadtteilen Lichtenberg und
Niederschöneweide, ist die Nähe zu
bestehenden oder früheren Indust-
riestandorten ausschlaggebend für die
hohen Werte.
Kontakt:
Dr. Manfred Birke
Verteilung der Platingehalte in den Oberböden der Berliner Innenstadt.
20 BGR ReportLebensgrundlagen erhalten
Richtlinien zum Grundwasserschutz in Burundi / Afrika
Grundwasser-
schutz in Burundi
BGR-Experten untersuchen Wasservorkommen in drei
Regionen
Das ostafrikanische Burundi ist in Größe und Einwohner- Abtragung des natürlichen Bodenschutzes zur
Ziegelherstellung.
zahl etwa vergleichbar mit Belgien, doch seine Bevölkerung
wächst mit einer der höchsten Raten der Welt. Eine sichere lichen Provinz Kirundo führten die
und nachhaltige Wasserversorgung, auch für die zukünftigen BGR-Experten und ihre burundischen
Generationen, hat daher hohe Priorität. Kollegen eine Bestandsaufnahme von
Grundwasservorkommen durch. In
In dem vierjährigen Projekt Ma- Derzeit decken etwa 42 000 Quellen der zentralburundischen Stadt Gitega
nagement und Schutz der Grund- den Bedarf, doch haben sie inzwischen und im Bezirk Rumonge am Tangan-
wasserressourcen der technischen die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit jika-See stand dagegen der Grundwas-
Zusammenarbeithat die BGR die zu- erreicht. Untersuchungen der BGR serschutz im Zentrum der Projekte.
ständigen burundischen Behörden belegen, dass etwa die Hälfte der Quel-
bei der nachhaltigen Entwicklung und len bakteriell verunreinigt ist. Neue In Gitega, der zweitgrößten Stadt des
dem Schutz der Grundwasserressour- Vorkommen zu erschließen und der Landes, untersuchten sie die Keim-
cen beraten. Im August 2014 erließ Schutz der bestehenden Quellen tun belastung des Trinkwassers. Zudem
das Wasser- und Umweltministerium daher Not. In drei exemplarischen wurden Markierungsversuche zur
ein Dekret mit entsprechenden Richt- Regionen zeigte das Projekt im ver- Ermittlung von Grundwasserfließ-
linien. gangenen Jahr Wege auf: In der nörd- geschwindigkeiten durchgeführt. Die
Experten empfahlen auf der Basis
ihrer Untersuchungsergebnisse die
Einrichtung von Trinkwasserschutz-
gebieten. Im dritten Untersuchungs-
gebiet Rumonge schließlich wurden
die ersten Trinkwasserschutzgebiete
des Landes nach den neuen Grund-
wasserschutz-Richtlinien ausgewie-
sen.
Messungen der Leitfähigkeit des Grundwassers bei Wassernutzung aus einer gefassten Quelle.
Kontakt: Dr.-Ing. Sara Ines Vassolo
einem Markierungsversuch.
BGR Report 21Lebensgrundlagen erhalten
Boden: Ressourcenbewertung und Management
Von Wind und Wasser
davongetragen
Bodenerosion gefährdet über die Hälfte der deutschen Ackerfläche
Im Durchschnitt gehen auf einem Hektar Acker jährlich drei bis acht Tonnen Boden verloren.
Das wird kaum wahrgenommen, denn es entspricht nur einem Abtrag von etwa 0,3 bis 0,8
Millimetern. Dennoch stellt Erosion eine schleichende Gefahr für die Bodenfruchtbarkeit dar,
da der Prozess über Jahrhunderte hinweg andauert und so große Massen an Erde bewegt.
Eine neue Karte der BGR gibt einen Überblick über die regionale Verteilung des Risikos.
Die neue BGR-Karte zum Thema stoffe und Wasser zu
Wassererosion zeigt, dass etwa ein speichern. Erosion
Drittel der Ackerfläche von Deutsch- tritt vor allem bei
land mittel bis sehr hoch gefährdet Ackerböden auf, da
sind. Dabei gibt es vier regionale sie zeitweise nicht
Schwerpunkte: Das niedersächsische durch Pflanzen be-
Berg- und Hügelland, das sächsische deckt und geschützt
Hügelland mit dem Erzgebirgsvor- sind. Das abgetra-
land, die Neckar- und Tauber-Gäu- gene Bodenmaterial
platten und das Unterbayerische wird an anderer Stel-
Hügelland. Die BGR-Karte zur Win- le abgelagert, wo es
Rillenerosion durch Oberflächenabfluss auf einem Acker in Niedersachsen.
derosionsgefährdung der Ackerböden den Stoffhaushalt der
zeigt, dass diese Gefahr vor allem im Flächen beeinflusst. In Gewässern güsse mit mehr als 20 Litern Wasser
Norddeutschen Tiefland akut ist. Die verschlechtert es in der Regel den pro Stunde und Quadratmeter sind
Jungmoränenlandschaften in Schles- ökologischen und chemischen Zu- die beiden auslösenden Erosions-
wig-Holstein, Mecklenburg-Vorpom- stand. Der Schutz vor Erosion dient faktoren. Trifft etwa Starkregen auf
mern und Brandenburg weisen eine deshalb nicht nur dem Erhalt des ungeschützten Boden, zerlegen die
mittlere bis hohe Gefährdung auf. Bodens und seiner Ertragsfähigkeit Tropfen mit ihrer kinetischen Energie
an sich, sondern schützt auch andere Bodenaggregate in kleine Bruchstü-
Durch Erosion verliert der Boden Teile des Ökosystems. cke. Durch diese werden zunehmend
seinen wertvollsten Teil, die hu- die Poren des Bodens verstopft und
musreichen oberen Schichten. Der Starke Winde mit Geschwindigkeiten seine Fähigkeit Regenwasser aufzu-
durchwurzelbare Raum verringert von über sechs Metern pro Sekunde nehmen verringert sich. Das Wasser,
sich und damit das Potenzial, Nähr- (Windstärke 6) und extreme Regen- das nicht einsickern kann, fließt an
22 BGR ReportPotenzielle Erosionsgefährdung der Ackerböden durch Wasser in Deutschland. Potenzielle Ersosionsgefährdung der Ackerböden durch Wind in Deutschland.
der Oberfläche ab und nimmt Boden- insbesondere Mais) führen zu un- lust durch Erosion also bei weitem
teilchen mit sich. geschützten Bodenoberflächen, die nicht wettmachen. Die Folgen sind
sowohl durch Regen als auch durch geminderte Erträge der betroffenen
Winderosion tritt bei abgetrockne- Wind angreifbar sind. Äcker. Die Erosion verändert aber
ten Böden auf, denn bei Feuchtigkeit auch nachhaltig den Wasserhaushalt
haften die Partikel zusammen. Der Insgesamt werden auf ackerbau- der Landschaft. Dr. Jan Bug von der
Mensch beeinflusst sowohl Wasser als lich intensiv genutzten Flächen in BGR stellt dazu fest: „Bodenerosion
auch Winderosion durch seine Tätig- Deutschland im Durchschnitt drei muss durch aktive Maßnahmen der
keit: Weite, offene Landschaften, die bis acht Tonnen, in Extremlagen auch Landwirtschaft eingedämmt werden.
die industrialisierte Landwirtschaft bis zu 20 Tonnen Boden pro Hek- Ansonsten verlieren die Äcker schlei-
bevorzugt, fördern den Bodenabtrag. tar und Jahr durch Wassererosion chend ihre Fruchtbarkeit und ihre
Die konventionelle Pflugwirtschaft abgetragen. Das entspricht einem Funktion als Wasserspeicher. In der
und die verstärkte Aussaat von An- Abtrag von bis zu zwei Millimetern. Folge stiege auch die Wahrscheinlich-
baukulturen mit Saatterminen zwi- Die durchschnittliche Bodenbildung keit von Hochwässern an.“
schen März und Mai (zum Beispiel beträgt demgegenüber nur 0,1 Mil-
Sommergetreide, Zuckerrübe und limeter im Jahr. Sie kann den Ver- Kontakt: Dr. Jan Bug
BGR Report 23Lebensgrundlagen erhalten
D-AERO: Aerogeophysikalische Kartierungen am Jadebusen
Die Versalzung des schleppt hat. Als letztes Vermessungs-
gebiet wurde 2014 das Umland der
Städte Jever, Schortens und Varel am
Grundwassers Jadebusen überflogen sowie, mit einer
Sondererlaubnis der Nationalpark-
verwaltung, das Wattenmeer im süd-
BGR schließt Hubschrauberbefliegungen an der lichen Jadebusen. Die Befliegung der
niedersächsischen Nordseeküste vorläufig ab Nordseeküste soll exemplarisch die
Leistungsfähigkeit der Aerogeophysik
zeigen und kann in Kooperation mit
den anderen Bundesländern später
auf weitere Gebiete der Bundesrepu-
blik ausgedehnt werden.
Mit der Sonde kartieren die Geowis-
senschaftler der BGR den Erdunter-
grund. Die Elektromagnetiksonde
beherbergt Messinstrumente für Ma-
gnetik und Elektromagnetik sowie
einen Laser-Höhenmesser in ihrer
10-Meter-Kevlarhülle. Im Hubschrau-
BGR-Messhubschrauber beim Start auf dem Jade-Weser-Airport in Wilhelmshaven. ber selbst sind ein Gammastrahlen-
spektrometer und die Steuerungs- und
Die oberen Bodenschichten spielen für die an der Erdoberflä- Datenerfassungsgeräte installiert. Der
che lebenden Menschen eine besondere Rolle. Grundwas- Elektromagnetik-Sensor identifiziert
serfluss, Nähr- oder Schadstofftransport, all das findet in den die geologische Struktur des Geländes
obersten 100 Metern des Untergrundes statt. Die luftgestütz- und die Grundwasservorkommen auf-
te Geophysik bietet effiziente Möglichkeiten, innerhalb kurzer grund ihrer elektrischen Leitfähigkeit
Zeit grundlegende Parameter für große Gebiete zu erheben. bis in eine Tiefe von etwa 100 Me-
tern, während das Magnetometer die
Mit dem Projekt D-AERO hat die BGR das jetzt am Beispiel
Geologie auch bis in größere Tiefen
der niedersächsischen Nordseeküste demonstriert.
erkunden kann. Das Gammastrahlen-
Der schnittige weiß-rote Hubschrau- der niedersächsischen Nordseeküs- spektrometer erfasst die Zusammen-
ber, der eine etwa zehn Meter lange, te gesichtet worden. Die Zigarre ist setzung der obersten Bodenschichten
ebenfalls weiß-rote Zigarre am dün- eine elektromagnetische Messsonde, aufgrund ihrer natürlichen Gam-
nen Kabel in nur 30 bis 40 Metern die der BGR-eigene Hubschrauber mastrahlung. Der Laser-Höhenmes-
Höhe über den Erdboden schleppt, seit 2007 bei Arbeiten zum Projekt ser nimmt ein sehr genaues Bild vom
ist inzwischen in fast jedem Winkel D-AERO über das Küstengebiet ge- Oberflächenprofil auf.
24 BGR ReportDie Nordseeküste ist von großem nen, die der Salzgehalt dem Wasser Luft große Flächen kartiert werden
Interesse für die Geoexperten, denn verleiht. Mit ihren Messflügen über können. Dabei ist gerade die flächi-
das Gebiet mitsamt den vorgelagerten Friesland konnten die BGR-Exper- ge Verknüpfung der verschiedenen
Inseln und dem Wattenmeer wird ten deutlich kartieren, wie weit das Parameter von großer Bedeutung. So
vom Klimawandel besonders betrof- Salzwasser bislang im Untergrund können zum Beispiel Änderungen in
fen sein. Inseln, Küstenlinie und Watt des unmittelbaren Küstengebiets vor- der Bodennutzung den Wasserhaus-
müssen sich gegen steigende Pegel dringen konnte (rot gefärbte Bereiche halt beeinflussen und so die Grund-
und zunehmend häufige und heftige in der Karte). Ebenfalls erkennbar wasserpegel verändern. Diese aber
Stürme wappnen. Auf Grundlage der war die Verteilung von durchlässi- sind wichtige Informationen für die
Messflüge wollen die Wissenschaftler gem Sand (blau) und dichterem Ton Infrastrukturplanung. Die bei den
besonders gefährdete Bereiche iden- (gelb). Messflügen gewonnenen Daten stehen
tifizieren. nach der Auswertung über das Fach-
Mit dem Einsatz von Hubschrauber informationssystem Geophysik des
In einem weiteren Fokus der Exper- und Flugsonde können die Wissen- Leibniz-Instituts für Angewandte Geo-
ten stehen die Grundwasservorkom- schaftler wesentlich schneller einen physik in Hannover zur Verfügung.
men. Ihnen droht an den Küsten die flächendeckenden Einblick in Auf-
Gefahr, dass Meerwasser einbrechen bau und Beschaffenheit der oberen www.bgr.bund.de/D-AERO-
deutschlandweite-aerogeophysik-befliegung
und sie versalzen kann. Wie sich Bodenschichten gewinnen als mit
nutzbares Süßwasser und Salz- oder den herkömmlichen Methoden am
Brackwasservorkommen verteilen, Boden. Diese bleiben naturgemäß Kontakt: Dr. Bernhard Siemon
können die Wissenschaftler anhand bruchstückhaft und auf besondere
der elektrischen Leitfähigkeit erken- Areale beschränkt, während aus der
Süß-Salzwasserverteilung in Ostfriesland.
Aerogeophysik-Messgebiete in Norddeutschland.
BGR Report 25Lebensgrundlagen erhalten
FLIN: Freshwater Lens INvestigations
Frischwasser im ansonsten salzigen Grundwasser
schwimmt.
Inseluntergrund Sie soll trotz Klimawandel, Meer-
esspiegelanstieg auch zukünftig die
Versorgung der Insel gewährleisten.
Süßwasserlinse garantiert Trinkwasserversorgung auf Deshalb hat die BGR das Vorkommen
der Insel Langeoog der Süßwasserlinse im Projekt FLIN
seit Anfang 2012 eingehend unter
Wie auf vielen Inseln sind auch die Bewohner des ostfriesi- die Lupe genommen. „Langeoog ist
schen Langeoogs für ihr Trinkwasser auf Grundwasservor- für uns so etwas wie ein Naturlabor“,
kommen im Untergrund angewiesen. Das BGR-Projekt FLIN meint Projektleiter Dr. Georg Hou-
hat in den vergangenen drei Jahren die Süßwasserlinse auf ben. Dort ließen sich exemplarisch
der Insel beispielhaft und umfassend untersucht. die grundsätzlichen Herausforde-
rungen einer Insellage studieren.
Weltweit leben rund 500 Millionen
Menschen auf Inseln, Tendenz stei-
gend. Die Trinkwasserversorgung
gehört daher auf vielen Inseln zu den
drängendsten Fragen.
Auf Langeoog hat das Wasserver-
sorgungsunternehmen OOWV eine
nachhaltige Lösung gefunden. „Es
wird deutlich weniger entnommen
als nachgeliefert wird“, berichtet der
Hydrologe. Dadurch kann auch aus-
geschlossen werden, dass das darun-
ter liegende Salzwasser eindringen
Küste von Langeoog bei Ebbe und Wasserturm. Die Trinkwasserversorgung gehört auf der ostfriesischen und den Trinkwasservorrat verderben
Insel zu einer der drängendsten Fragen.
kann. Lieferant für das Süßwasser
Langeoog ist für Erholungsuchende Anbindung an die dortige Trinkwas- ist der Regen, der vor allem in den
ein Paradies aus Dünen, Strand und serversorgung. Also sind die knapp Dünentälern reichlich in den Un-
Meer, vom Festland getrennt durch 2 000 Langeooger und ihre jährlich tergrund sickert. Daher sollten auf
einen vier bis acht Kilometer breiten gut 200 000 Gäste auf die Selbstver- Inseln mit vergleichbaren Bedingun-
Streifen Nordsee. Der hält zwar den sorgung angewiesen. Das Wasser wird gen vor allem Dünentäler besonders
Autoverkehr und viel Hektik fern, aus einer Süßwasserlinse gefördert, geschützt werden und unbebaut blei-
verhindert aber auch zum Beispiel die die im Untergrund der Insel auf dem ben. Langeoog hat in dieser Hinsicht
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