Bergbau-Folgeschäden und Ökosysteme

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7
Vorwort 9
Begrüßung durch den Vorsitzenden der Kommission für Ökologie, Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hubert ZIEGLER 11
Udo SCHWERTMANN: Einführung in das Rundgespräch 13
Stefan PEIFFER und Christine NOHLEN: Pyritverwitterung und Gewässerversauerung – ein irreversibler Vorgang? 15
Diskussion 29
Mitteldeutsche Braunkohle
Carsten DREBENSTEDT: Die Veränderungen der abiotischen Standortfaktoren während und nach dem Abbau von Braunkohle in der Lausitz und ihre Folgen für Wiederbesiedlung und Nutzung 31
Stefan KLOTZ, Walter DURKA und Torsten SCHMIDT: Vegetationsstruktur und -dynamik auf ehemaligen Bergbaustandorten in Mitteldeutschland und ihre Bedeutung für die Renaturierung 43
Diskussion 51
Reinhard F. HÜTTL: Forstliche Rekultivierung im Lausitzer Braunkohlenrevier 53
Diskussion 65
Niederrheinische Braunkohle
Dieter BRIECHLE: Grundwasserabsenkung und Erhalt von Feuchtgebieten im rheinischen Braunkohlenrevier 67
Diskussion 73
Gerhard DUMBECK: Landwirtschaftliche Rekultivierung im rheinischen Braunkohlenrevier unter besonderer Berücksichtigung bodenkundlicher Aspekte 75
Diskussion 91
Jürgen BRÜGGEMANN: Neue Landschaften im Ruhrgebiet: Entwicklungen auf ehemaligen Montanstandorten 93
Diskussion 102
Sulfidische Erze – Freiberg, Harz
Peter BEUGE und Thomas DEGNER: Umweltgeochemische Belastungen durch den Bergbau im Erzgebirge – Bewertung und Lösungsansätze 103
Diskussion 113
Werner KÖSTER: Auswirkungen von Schwermetallanreicherungen in Böden aus Rückständen des Harzer Bergbaues auf landwirtschaftliche Kulturen 115
Diskussion 125
Wolfram PFLUG: Folgerungen, Wertung und Zusammenfassung 127
Schlussdiskussion 139

Stefan PEIFFER und Christine NOHLEN:

Pyritverwitterung und Gewässerversauerung: ein irreversibler Vorgang?

[S. 15-28]

Die bei der Verwitterung von Pyrit entstehende Säure kann zu erheblichen Belastungen von Gewässern führen. In diesem Aufsatz soll anhand zweier Fallstudien aus Braunkohlenrestseen der ehemaligen Tagebaugebiete der Oberpfalz und der Lausitz aufgezeigt werden, welche Möglichkeiten die Natur kennt um dieser Versauerung entgegenzuwirken und welche geochemischen Randbedingungen erfüllt sein müssen, damit diese Prozesse zum Tragen kommen. Die mikrobiellen, Säure verbrauchenden anaeroben Prozesse sind sehr fein aufeinander abgestimmt und miteinander verzahnt, sodass nur ein detailliertes Verständnis der Einzelprozesse Aussagen zur langfristigen Entwicklung der Gewässergüte saurer Restlochseen des Tagebaues erlaubt.

Carsten DREBENSTEDT:

Die Veränderungen der abiotischen Standortfaktoren während und nach dem Abbau von Braunkohle in der Lausitz und ihre Folgen für Wiederbesiedlung und Nutzung

[S. 31-42]

Das heute in der Lausitz anzutreffende Landschaftsbild ist v.a. durch die Gewinnung von Braunkohle geprägt, die über Jahrzehnte einen wesentlichen Beitrag zur industriellen Entwicklung leistete und noch heute die wichtigste heimische Energiequelle ist.

Die Nutzung der Braunkohle erfordert im Tagebaubetrieb die Beseitigung des Deckgebirges und eine Absenkung des Grundwasserspiegels, wobei bei geringen Flözmächtigkeiten und lockerem Deckgebirgsmaterial, wie in der Lausitz, große Flächen in Anspruch genommen werden und die Entwässerungswirkung weit über das Abbaugebiet hinausgeht. Die als notwendig erachtete Rohstoffbereitstellung auf der einen und die mit ihr verbundenen komplexen Wirkungen und Eingriffe auf der anderen Seite führten in Deutschland bereits sehr früh zu speziellen gesetzlichen Regelung und Planverfahren, die einen umwelt- und sozialverträglichen Braunkohlenbergbau ermöglichen sollen.

Die Genehmigung eines Braunkohlentagebaues ist mit strengen Auflagen insbesondere zur Wiedernutzbarmachung verknüpft. Unter Ausnutzung der vorhandenen technischen Möglichkeiten können im Tagebau insbesondere das Relief, die Substrate an der Kippenoberfläche und die Lage zum künftigen Grundwasserspiegel gestaltet werden. Entscheidend ist das Vorliegen entsprechender Leitbilder. In den letzten Jahrzehnten sind so nach dem Bergbau hochwertige Folgelandschaften entstanden, die in ihrer Leistungsfähigkeit natürlichen Standorten nicht wesentlich nachstehen und sie in besonderen Fällen auch übertreffen.

Stefan KLOTZ, Walter DURKA und Torsten SCHMIDT:

Vegetationsstruktur und -dynamik auf ehemaligen Bergbaustandorten in Mitteldeutschland und ihre Bedeutung für die Renaturierung

[S. 43-51]

Bei der Vegetationsentwicklung auf den Standorten des Braunkohlenbergbaues handelt es sich um Primärsukzessionen. Auf den tertiären und pleistozänen Substraten beginnt die Besiedlung in Abhängigkeit von den Substrateigenschaften, dem vorhandenen Diasporenpotential in der Umgebung und den Rekultivierungsmaßnahmen. In der Floren- und Vegetationsstruktur spiegeln sich diese Faktoren deutlich wider. Eine ganze Reihe von Arten nährstoffarmer Standorte findet Refugien in der Bergbaufolgelandschaft, beim Hauptteil der Arten handelt es sich aber um Ubiquisten, die durch indifferentes Verhalten bzw. eine weite ökologische Amplitude gegenüber zahlreichen Umweltfaktoren ausgezeichnet sind. Es konnten sehr klare Korrelationen zwischen der Häufigkeit der Arten in der Bergbaufolgelandschaft und in den umgebenden Kulturlandschaften festgestellt werden. Am Beispiel der Floren von zwei ehemaligen Tagebaugebieten und den Forsten auf den Bergbaufolgeflächen werden Prinzipien und Hypothesen der Vegetationsentwicklungen näher erläutert.

Reinhard F. HÜTTL:

Forstliche Rekultivierung im Lausitzer Braunkohlenrevier

[S. 53-64]

Im Rahmen des Braunkohlentagebaus werden im Lausitzer Revier mit Hilfe der sog. Förderbrückentechnologie die quartären und tertiären Abraummassen des Deckgebirges über der Kohle abgebaggert und auf den bereits ausgekohlten Flächen wieder verstürzt. Mit tertiären Substraten gelangen Eisensulfide an die Oberfläche, die nach Kontakt mit Sauerstoff verwittern. Damit ist eine dramatische Versauerung des Substrats mit pH-Werten bis unter 2,0 verbunden. Um diesen Versauerungsprozess im Kontext der Bodenentwicklung zu minimieren werden im Niederlausitzer Braunkohlenrevier aktuell keine schwefel- und kohlehaltigen Substrate mehr an der Oberfläche verkippt. Bis 1990 gelangten diese „kulturfeindlichen“ Substrate allerdings auf einem Großteil der Tagebauflächen in die Abschlussschicht.

In der Lausitz dominiert als Vegetationsform Wald. Die Planungsträger strebten und streben deshalb danach, den größten Teil der Kippenflächen im Zuge der Rekultivierung wieder in forstliche Wirtschaftsflächen zu überführen. Mit Hilfe praxisorientierter Forschungsvorhaben wurden Verfahren entwickelt, die den Anbau von Forstgehölzen auch auf kulturfeindlichen Substraten ermöglichten. Offen blieb jedoch die Frage, wie sich Forst- bzw. Waldökosysteme auf diesen Standorten langfristig entwickeln würden.

Zur Abschätzung des ökologischen Entwicklungspotentials typischer Ökosysteme der Bergbaufolgelandschaften des Lausitzer Braunkohlenreviers förderte die Deutsche Forschungsgemeinschaft an der neu gegründeten BTU Cottbus mit dem speziell für die neuen Länder zugeschnittenen Forschungsinstrument „Innovationskolleg“ über 5 Jahre ein umfangreiches Grundlagenforschungsprojekt. Der Schwerpunkt dieses Vorhabens war auf die Untersuchung von Kippenforstökosystemen fokussiert. Daraus werden aktuelle Ergebnisse vorgestellt.

Dieter BRIECHLE:

Grundwasserabsenkung und Erhalt von Feuchtgebieten im rheinischen Braunkohlenrevier

[S. 67-72]

Problemstellung: Das Grundwasser wird zur Trockenhaltung der Tagebaue bis zu 500 m abgesenkt. Wertvolle grundwasserabhängige Feuchtgebiete liegen im Einflussbereich der Absenkung. Eine Schädigung dieser Gebiete muss verhindert werden.

Lösungswege:

-   Beurteilung bzw. „Benotung“ von Feuchtgebieten: Klassifizierung nach Flora, Fauna, Vernetzung, Wasserqualität, Natürlichkeit u.Ä. zur Ableitung von Prioritäten für eine Erhaltung bzw. Stützung.

-   Ökologische und technische Ansätze zum Schutz der Feuchtgebiete: Planung und Bau von Versickerungsschlitzen und -brunnen in einem optimalen Abstand zu wertvollen Feuchtgebieten.

-   Verträglichkeit des versickerten bzw. eingeleiteten Grundwassers mit den Feuchtgebieten: Wie reagieren Ökosysteme auf das „fremde“ Versickerungswasser? Welche Veränderungen können zugelassen werden? Ableitung einer abgestuften Risikoanalyse.

-   Dauer und Nachhaltigkeit der Versickerungsmaßnahmen: Sollen Feuchtgebiete auf Dauer künstlich am Leben gehalten werden? Überwachung der Bergbaueinflüsse: Entwickeln und Anwenden von Methoden, um die Auswirkungen des Bergbaus von den übrigen Einflussquoten (z.B. Klima, Wasserwerke) abzugrenzen.

-   Erfahrungen mit Versickerung und Überwachung.

Gerhard DUMBECK:

Landwirtschaftliche Rekultivierung im rheinischen Braunkohlenrevier unter besonderer Berücksichtigung bodenkundlicher Aspekte

[S. 75-90]

Im rheinischen Braunkohlenrevier erstreckt sich die Flächeninanspruchnahme vorwiegend auf landwirtschaftlich genutzte Gebiete. Von etwa 18.000 ha in Anspruch genommener Fläche wurden bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt ca. 9000 ha rekultiviert. Für Rekultivierungszwecke stehen hochwertige Bodenmaterialien wie Löß und Lößlehm zur Verfügung. Um ordnungsgemäß zu rekultivieren, sind bestimmte Vorgehensweisen einzuhalten. Dabei richtet sich das Interesse hauptsächlich auf das Einplanieren der verkippten Bodenmassen und die dadurch entstehenden Bodenverdichtungen. Verdichtungen beeinträchtigen wichtige Bodenfunktionen und können somit die Ertragsfähigkeit der Standorte negativ beeinflussen.

Rekultivierte Böden unterscheiden sich grundlegend von gewachsenen Böden. Dies betrifft bodenphysikalische, -chemische und -biologische Kennwerte. Die Schadflächenerkennung kann mittels terrestrischer Kartierungen oder Fernerkundungsdaten vorgenommen werden. Als Bodenmelioration kommen Tieflockerungs- und Drainagemaßnahmen zum Einsatz. Nach Übertragung der rekultivierten Flächen an die Landwirte beginnt eine Gewährleistung, die sich auf Bodenverdichtungen, -vernässungen, Mulden und die Bewirtschaftung behindernde Steine erstreckt.

Jürgen BRÜGGEMANN:

Neue Landschaften im Ruhrgebiet: Entwicklungen auf ehemaligen Montanstandorten

[S. 93-101]

Die RAG Aktiengesellschaft hat sich zu Beginn der 90er Jahre in Form von verschiedenen Private-Public-Partnership-Projekten aktiv an dem anstehenden Strukturwandel im Ruhrgebiet beteiligt. Beispielhaft wird hier das Projekt Prosper III vorgestellt: Die Entwicklung eines Stadtteils mit den Nutzungen Geschosswohnungsbau, Einfamilienhausbau und Gewerbe.

Im Weiteren wird die Haldenbewirtschaftung und der Bau von Landschaftsbauwerken dargestellt, in dem das Bergematerial des Bergbaus gelagert wird. Die Halden wurden im Laufe der Zeit in mehreren Generationen entwickelt. In den letzten Jahren, u.a. durch den Einfluss der Internationalen Bauausstellung Emscherpark, ist dabei eine vierte Haldengeneration entwickelt worden. Die Grundidee dabei ist, dass die einzelne Halde so in ihrer Form überhöht wird, dass sie für den Menschen als Landmarke erkennbar wird. Die Stahlbramme des amerikanischen Künstlers Sierra in Bottrop setzt hier ein weit sichtbares Zeichen.

Die entstandenen Bergsenkungen werden in vielen Fällen genutzt, großräumige Feuchtbiotope naturbelassen zu sichern, um somit Verbindungen zwischen bestehenden Landschaftsräumen zu schaffen. Die Summe der Aktivitäten führt in vielen Fällen dazu, dass man Schäden aus der Vergangenheit beseitigen kann und zukünftigen Generationen möglicherweise nachhaltige Stadt- und Landschaftsräume übergeben kann.

Peter BEUGE und Thomas DEGNER:

Umweltgeochemische Belastungen durch den Bergbau im Erzgebirge – Bewertung und Lösungsansätze

[S. 103-113]

Bergbau war, ist und wird immer mit einer erheblichen Beeinträchtigung der Umwelt verbunden sein. Dabei kann diese Beeinträchtigung sehr unterschiedliche Formen und Ausmaße annehmen. Das Erzgebirge gehört mit zu den ältesten Bergbaugebieten Europas und ist durch eine Vielzahl von Vererzungstypen gekennzeichnet. Durch die nahezu einheitliche Stilllegung des Bergbaues um 1990 treten heute alle Bergbaufolgen in Form von sauren Grubenwässern, Haldensickerwässern und extensiver Flächennutzung durch Halden und Tailings im gesamten Erzgebirge auf. Bei der Bewertung der dadurch verursachten Kontaminationen der Kompartimente Boden und Wasser sind regional höhere Hintergrundwerte vor allem für lagerstättentypische Elemente wie Arsen oder Zink zu berücksichtigen. Die Grubenbaue selbst halten durch die Bildung von Sekundärmineralen bzw. durch Fällungsprozesse im Wasser bis zu 80 % der primär durch die Sulfidverwitterung gelösten Metalle zurück. Diese natürlichen Barrieren in ihren Wirkungen zu charakterisieren und zu unterstützen sollte Wege zu einer ökonomisch vertretbaren Behandlung von Bergbaufolgen öffnen.

Werner KÖSTER:

Auswirkungen von Schwermetallanreicherungen in Böden aus Rückständen des Harzer Bergbaues auf landwirtschaftliche Kulturen

[S. 115-124]

Während des ca. tausendjährigen Harzer Bergbaues wurden landwirtschaftliche Nutzflächen in z.T. erheblichem Maß mit Cadmium, Blei und Zink kontaminiert. Die stärksten Anreicherungen verursachten die schwermetallhaltigen Prozesswässer der Erzaufbereitung in den bis zu 1,20 m mächtigen Auenlehmdecken an Oker, Innerste, ihren Nebenflüssen aus dem Harz und ferner von Leine und Aller. Weitere Kontaminationen gingen von Emissionen Erz verarbeitender Betriebe und Erosionen von Rückstandshalden aus. Am Harzrand und im Vorharz sind darüber hinaus Standorte mit hohen geogenen Schwermetallgehalten verbreitet. In Harznähe können die Kontaminationen an Cadmium, Blei und Zink in den Flussauen das 15- bis 40fache der Grenzwerte nach Klärschlammverordnung betragen. Sie nehmen mit zunehmender Entfernung vom Harz ab, lassen sich jedoch an der Weser bis zur Landesgrenze von Bremen nachweisen.

Bei Ackernutzung hoch belasteter Standorte traten Wachstums- mit Ertragsdepressionen auf. Diese konnten durch Kalkung in Verbindung mit Standortsverbesserungen behoben werden. Aus Sicht von Human- und Tierernährung sind Cadmium und Blei relevant. Von den in den Problemgebieten verbreiteten Kulturpflanzen hat nur Weizen ein hohes Anreicherungsvermögen für Cadmium. Die Gehalte können die aus Sicht von Humanernährung tolerierbare Grenze überschreiten. Betroffen davon sind in den Landkreisen Südhannovers 1,5 % und Nordhannovers 6 % des Weizenanbaues. Da bei Ernte und Vermarktung belastete und nicht belastete Partien gemischt und bei Weizen fast ausschließlich cadmiumarme Feinmehlprodukte verzehrt werden und der Anteil von Weizenprodukten an dem Gesamtcadmiumeintrag in die Nahrungskette gering ist, besteht keine Gefährdung für die Gesundheit der Bevölkerung. Zur Erfassung von Problemstandorten hat sich die Bestimmung der austauschbaren Cadmiumfraktion im Calciumchloridextrakt als geeignet erwiesen. Es werden Grenzwerte vorgeschlagen.

Aktiver Bergbau ist in Deutschland heute im Wesentlichen auf den Abbau von Braunkohle und – zum geringeren Teil – von Steinkohle beschränkt. Im Vergleich zu Umweltbelastungen mit hoher räumlicher Verbreitung (Luft, Wasser, Böden) sind die Eingriffe des Bergbaus, speziell des Tagebaus, lokal sehr begrenzt. Andererseits greift er jedoch viel drastischer in das ursprüngliche Ökosystem ein; in der Regel wird es vollständig beseitigt.

Die Rekultivierung geschädigter Gebiete hat daher die schwierige Aufgabe, aber auch die attraktive Chance, völlig neue, zweckgerichtete Ökosysteme in Gebieten zu schaffen, in denen diese bisher nicht existierten. Sie nutzt hierbei alle Kenntnisse und Erfahrungen, die die Ökosystemforschung ihr bietet. Diese sind in den Hauptbelastungsgebieten (Lausitz, Halle-Leipzig, Niederrhein, Ruhrgebiet) je nach den örtlichen Gegebenheiten und nach der unterschiedlichen Dauer der Rekultivierungsaktivitäten sehr verschieden.

Im Bereich stillgelegten Bergbaus, insbesondere des Buntmetallbergbaus, liegen andere Probleme vor. Dort ist die Flächennutzung häufig erschwert, weil Wind und Wasser aus dem Abraum über lange Jahre toxische Schwermetalle in den Umkreis der Bergwerke verfrachtet haben.

Das von der Kommission für Ökologie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften am 18. Oktober 1999 veranstaltete Rundgespräch mit dem Titel »Bergbau-Folgeschäden und Ökosysteme« hat dieses spannende Themenfeld exemplarisch behandelt. Anhand konkreter Beispiele werden vorhandene Beschränkungen – wie rechtliche und sicherheitstechnische Probleme und finanzielle Zwänge – dargestellt und verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie vielfältig Bergbau-Folgelandschaften in diesem Spannungsfeld aussehen können. Im vorliegenden Buch werden die Vortragstexte und die Diskussionsbeiträge der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Bäumler, Rupert, Priv.-Doz. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising

* Beuge, Peter, Prof. Dr., TU-Bergakademie Freiberg, Institut für Mineralogie, Freiberg

* Briechle, Dieter, Dr., Erftverband, Bergheim

* Brüggemann, Jürgen, Dipl.-Ing., Gesellschaft für Projektmanagement und Grundstücksentwicklung mbH, Dortmund

Cramer, Hans-Hermann, Dr., Köln

* Drebenstedt, Carsten, Prof. Dr., TU-Bergakademie Freiberg, Institut für Bergbau, Freiberg

* Dumbeck, Gerhard, Dr., RWE Rheinbraun AG, Erftstadt

Fischbeck, Gerhard, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Freising.

Franken, Heinrich, Prof. Dr., Universität Bonn, Institut für Pflanzenbau, Abt. Bodenbearbeitung und Angewandte Bodenphysik, Bonn

Frenzel, Burkhard, Prof. Dr., Universität Hohenheim, Botanisches Institut (210), Stuttgart

Frisch, Hans, Ltd. RD Dr., Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München

Haber, Wolfgang, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Landschaftsökologie, Freising

Hagedorn, Horst, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Universität Würzburg, Geographisches Institut, Würzburg

Herm, Dietrich, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Paläontologie und Historische Geologie, München

Hoppe, Brigitte, Prof. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Geschichte der Naturwissenschaften, München

* Hüttl, Reinhard F., Prof. Dr., Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl für Bodenschutz und Rekultivierung, Cottbus

Klink, Hans-Jürgen, Prof. Dr., Aachen

* Klotz, Stefan, Dr., Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Sektion Biozönoseforschung, Halle

* Köster, Werner, Dr., Hess.-Oldendorf

Matthies, Dietmar, Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Forstliche Arbeitswissenschaft und Angewandte Informatik, Freising

* Peiffer, Stefan, Priv.-Doz. Dr., Universität Bayreuth, Limnologische Forschungsstation, Bayreuth

* Pflug, Wolfram, Prof. Dr., Bispingen

Sauer, Hans Dieter, freier Journalist, Gräfelfing

Schmederer, Josef, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München

Schneider, Achim, Dr., freier Journalist, München

Schwertmann, Udo, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl für Bodenkunde, Freising

Spiessen, Ulrich von, Büro W. Weinzierl Landschaftsarchitekten, Ingolstadt

Ziegler, Hubert, Prof. Dr., Vorsitzender der Kommission für Ökologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften, München