Kalisalz im Elsass und in Südbaden

1. Februar 2009

Leitung: Dr. Matthias Geyer

: Gebändertes Kalisalz

Protokollant: Timm Reisinger

Matrikelnummer: 2710185

Studiengang und Semester: BSc Geowissenschaften 1. Semester

Einleitung

Die Tagesexkursion führte zu den Kalisalz-Lagerstätten Wittelsheim bei Mulhouse und Buggingen bei Müllheim, beide im Rheintalgraben gelegen. Thema war die Geologie des Rheintalgrabens, die Kalisalz-Entstehung und die ehemaligen Kalisalz-Bergwerke Wittelsheim und Buggingen.

Der Rheintalgraben und die Entstehung der Kalisalz-Lagerstätten

Der Rheintalgraben liegt in Nord-Süd-Erstreckung zwischen dem Schwarzwald im Osten und den Vogesen im Westen. Die Grabenbildung begann vor 50 Ma (Übergang vom Eozän zum Oligozän). Wahrscheinlich hat die Bildung der Alpen vor 60-50 Ma zur Entstehung des Rheingrabens geführt. Es kam zu einem Druckaufbau, wobei sich die abbauende Spannung als Druck in Richtung Norden auswirkte. Die - bereits vom Bodensee ausgehenden - Verwerfungen und Brüche vereinfachten die Bedingungen für einen Magmenaufstieg (Kaiserstuhl-Vulkanismus vor 18-15 Ma).

Beim Absinken der Schollen kam es zur Verfüllung des Grabens mit Sedimenten, die heute eine Mächtigkeit bis zu einigen tausend Metern aufweisen. Die Senkung des Grabenbruchs hält mit ca. 1 mm pro Jahr bis heute ebenso an wie die Hebung der Randgebirge (ca. 0,5 mm/a).

Durch die Senkungszone entstand eine Verbindung zur Nordsee, die nach Süden transgredierte und den Graben mit salzhaltigem Meerwasser bedeckte. Man geht jedoch nicht von einer reinen marinen Salzbildung aus, sondern auch von einer durch Salzseen und Salzmulden (Modell: Totes Meer). Vor 28 bis 25 Ma war der Rheintalgraben von Flüssen und Seen bedeckt, es herrschte ein warmes und trockenes Klima. Im Oligozän vor 32 Ma kam es zur Kalisalzbildung, wobei die Gewässer mit gelösten Salzen eingedampft wurden und sich zuerst Gips und bald darauf Salze bildeten. Bekannt sind 3 größere Becken, in denen sich Salzlauge anreicherte und mächtige Salzschichten ausbildete.

Eine Bänderung in der geologischen Abfolge beruht auf einer zyklischen Ablagerung von Gips, Steinsalz und Kalisalz. Kalisalz fiel in den warmen Jahreszeiten aus, während es im Winter zu Niederschlägen kam und durch den Zufluss des Wassers die Salzausfällung beendet wurde. Deshalb fiel kein Kalisalz aus, sondern es bildete sich Mergel. Dieser Zyklus verursachte eine Schichtung, die jahreszeitliche Bänderung. Je nach Kristallisierung gibt es chemische Unterschiede im Kalisalz, der Abschluss zum Mergel ist stets schnurgrade. Kali-Rohsalz heißt Sylvinit und ist eine Mischung von Kaliumchlorid und Natriumchlorid.

Das Salzlager besteht aus zwei Schichten, die ca. 20 m voneinander entfernt in einer Tiefe zwischen 420 und 1.100 m unter NN liegen. Die untere Schicht ist 2,5 bis 3 m dick, der Kaligehalt schwankt zwischen 14 und 20%. Die obere Schicht ist nur 1 bis 2 m dick, der Gehalt an Kalisalz liegt mit 22 bis 25 % aber höher. Unter dem Kalisalz liegt eine ca. 1.600 m mächtige NaCl- Schicht (Steinsalz).

Das heutige Relief bildete sich gegen Ende des Tertiärs. Während der Eiszeit existierte eine Zunge vom Feldberggletscher, die das Land bis zum Hirschsprung (klammartige Engstelle im schluchtartigen Mittelteil des Höllentals mit 130 m hohen Wänden) veränderte. Im Rheingraben herrschte damals eine Kaltsteppe mit wenig Vegetation. Die Vegetationsgrenze lag bei 400 m ü. NN.

Es gab damals keine Entwässerung des Rheins, er floss nördlich des Kaiserstuhls. Die Wasserscheide hat sich in Richtung Süden verlagert.

: Abb.1: Geologisches Profil durch das Bergwerk Buggingen

: Abb.2: Der Salzhügel von Buggingen

Die Kalibergwerke Wittelsheim bei Mulhouse und Buggingen - Allgemeines

Die Förderprodukte aus den Stollen werden über Tage zerkleinert und in Wasser gegeben, das Kalisalz steigt als Lauge auf und wird auf 110°C erhitzt, wieder abgekühlt und wegtransportiert. Die rote Färbung des Kalisalzes wird durch Oxide verursacht, das Endprodukt ist meistens weiß. Kalisalz findet als Dünger (95%), für Medikamente und in der Optik (5%) Verwendung. Das Nebenprodukt NaCl wird teilweise als Streusalz verkauft.

Da es unter Tage Methan gab, wurden Kanarienvögel und Grubenlampen als Indikatoren für Grubengas (Methan) eingesetzt. Die Flamme der Lampe wird bei 2% CH₄ blau, der Kanarienvogel macht sich bemerkbar, weil ihm der Sauerstoff fehlt.

In den Stollen entstehen sekundär idiomorphe Steinsalzkristalle, die sich sehr schnell bilden.

Die Arbeit in den Kaligruben war hart, viele Bergleute starben durch Folgekrankheiten und physische Erschöpfung. Bei Stolleneinstürzen und Gasexplosionen kamen allein in Wittelsheim in 100 Jahren 900 Bergleute ums Leben. Später hatten Maschinen (z.B. Doppelkettenstegförderer) die Arbeitsbedingungen deutlich verbessert, jedoch hatte die Mechanisierung durch höhere Produktivität trotz weniger Arbeitern vielen Menschen den Arbeitsplatz gekostet.

Durch undichte Speicherbecken und Auswaschung von offenen Salzhalden sind große Mengen Salz in das Grundwasser gelangt. Salzhalden mit tonhaltigen Salzen bekommen relativ schnell eine Vegetationsschicht, die die Auswaschung verlangsamt. Das salzige Grundwasser strömt im Untergrund des Oberrheingrabens nach Norden, wodurch die Nutzung des Grundwassers als Trinkwasser beeinträchtigt wird. Eine Gegenmaßnahme kann die Tieferlegung von Trinkwasserbrunnen sein.

Kalibergwerk Wittelsheim bei Mulhouse (Elsass)

Daten zum Abbau

Das Kalibergwerk liegt am westlichen Rand des Rheingrabens, nordwestlich Mulhouse

Amélie Zürcher vermutete, dass es etwas Wertvolles im Untergrund geben müsste
1904 erste Sondierbohrungen auf Kohle oder Erdöl, es wurde jedoch Kalisalz entdeckt
Förderung begann 1910 aus dem Wittelsheimer Becken nördlich Mulhouse im Elsass
Hohe geothermische Werte (ca. 4 – 5°C/ 100 m) verursachten schwierigste Arbeitsbedingungen: 50 - 60°C im Stollen in 1000 m Tiefe
Gegen Norden sinkt das Kalisalzlager tiefer ab
1994 war Wittelsheim einer der modernsten Schächte in Abbau- und Fördertechnik
Lasergesteuerte Maschinen förderten bis zu 35 Tonen pro Tag aus zwei Schachtanlagen
Wittelsheim als fünft größter Kalisalz-Produzent der Welt verkaufte seine Produkte weltweit
Nach der Schließung der Schachtanlagen 2002 wurden Sonderabfälle (Giftmüll) eingelagert. Salzvorkommen werden allgemein als gut geeignete Endlager angesehen
Brand in der benachbarten Giftmülldeponie im Jahr 2002
Weltgrößte Salzsammlung, mineralogische und geologische Sammlung, insgesamt sind 100.000 Stücke ausgestellt, einmalige Exponate, Proben aus Bohrkernen aus aller Welt

Zukunft

Im einem ehemaligen Stollen soll vom Förderverein ein Museum eingerichtet werden, allerdings gibt es ein Problem mit Methan
Die Stollen sollen untersucht werden, um ggf. weitere Altlasten einlagern zu können

Kalisalzbergwerk Buggingen

: Abb.3: Besucherstollen Buggingen

Das Kalibergwerk liegt am östlichen Rand des Rheingrabens, etwa 4 km nördlich Müllheim
Zeichen des ehemaligen Bergbaus ist ein Abraum-Salz-Ton-Hügel (Abb. 2)
1912 trafen erste Bohrungen das Kalisalz als 4 m mächtiges Lager in 712 m Tiefe an
Die Abbautiefe lag zwischen 647 und 1.177 m
In Buggingen wurde nur die Untere Kalisalzschicht abgebaut, die Obere war unrentabel
Abbau geschah hauptsächlich durch Sprengung (Sprengloch bohren, sprengen, abtragen)
Aufgrund der Randlage zum Schwarzwald (Grabenrandlage) herrscht hier eine steilere Lagerung als in Wittelsheim (im Elsass flache Lagerung, liegt mehr zentral im Graben)
Der Gebirgsdruck durch die Grabenrandlage zum Schwarzwald erschwerte den Abbau. 1934 wurden extreme Sicherheitsmaßnahmen vorgenommen
Unter Tage herrschten wegen der hohen geothermischen Werte Temperaturen von 40 - 50°C
Wegen der durch den Gebirgsdruck verursachten Gefahren und wegen der hohen Temperaturen im Bergwerk durften die Schichten für die Bergleute nur maximal 6 Std. dauern
Unterirdische Hohlräume wurden im Gegensatz zu Wittelsheim wieder verfüllt, so dass keine oder nur geringe Einsenkungen an der Oberfläche durch Stolleneinstürze entstanden
Grubenunglück 1934: 86 Bergleute kamen bei einem Brand durch Rauchgas ums Leben
Buggingen war das größte Bergwerk in Südwestdeutschland
Es wurden insgesamt 17 Mio. Tonnen Rohsalz gefördert (max. 750.000 t/ Jahr 1966)
Das Bergwerk war ein bedeutender Arbeitgeber in der Region mit bis zu 1.100 Mitarbeitern
Die Arbeiter waren meist in der Landwirtschaft tätig und konnten im Bergwerk etwas dazu verdienen
50 Jahre lang wurde Kalisalz gefördert
1973 erfolgte die plötzliche Stilllegung des Bergwerks: Der Abbau sei unrentabel, jedoch waren noch abbauwürdige Vorräte an Kalisalz vorhanden
Buggingen war abhängig vom Abbau des Kalisalzes
2005 wurde ein 150 m langer Besucherstollen eingeweiht. Er wurde in 20.000 h Arbeit von 60-65 Jahre alten ehemaligen Bergleuten gebaut (Abb. 3)
Das Kalimuseum in Buggingen wurde 1996 eröffnet

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