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Instabiles Rheinisches Revier : Wenn der Boden unter den Füßen absackt

  • -Aktualisiert am

Wie eine tiefe Schlucht frisst sich der Braunkohletagebau Hambach in den Boden. Bild: dpa

Dort, wo Braunlkohle abgebaut wird, muss auch jede Menge Erde abgetragen und an anderer Stelle aufgeschüttet werden. Das bringt den Untergrund vielerorts gefährlich in Bewegung und Hänge ins Rutschen. Mit Satelliten können solche Vorgänge nun genauer beobachtet werden.

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          Die Bergwerke des Braunkohletagebaus im Rheinischen Revier zwischen Köln und Aachen zählen zu den größten der Welt. Sie sind zwar nicht die tiefsten offenen Abbaugebiete, haben aber mit die größten Flächenausdehnungen. So erstreckt sich der Tagebau Hambach auf einer Fläche von mehr als 43 Quadratkilometern. Dazu gehören Gebiete, in denen die Braunkohle geschürft wird, aber auch große Flächen, in denen der Abraum, also der abgetragene Boden, sowie die Kohleflöze überlagernden geologischen Schichten für eine spätere Rekultivierung angehäuft werden.

          In allen Tagebauen treten zum Teil erhebliche Bodenabsenkungen auf. Zudem werden die Hänge entlang der Gruben mit der Zeit instabil und können abrutschen, was für Menschen und Gebäude eine Gefahr bedeutet. Um die Risiken früh zu erkennen und rechtzeitig Maßnahmen ergreifen zu können, ist die kontinuierliche Überwachung der Bergbaugebiete erforderlich. Eine deutsch-chinesische Forschergruppe hat nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sowohl die vertikalen Bodenbewegungen in einem Tagebau als auch die Stabilität der Flanken der Gruben vom Weltraum aus mit Erdbeobachtungs-Satelliten erfasst werden können.

          Deutschland ist ein stabiles Land – zumindest aus geologischer Sicht. Forscher des Bodenbewegungsdienstes der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover haben nun auf der Basis von Messungen des europäischen Radarsatellitenpaares Sentinel-1 eine Karte der Hebungen und Senkungen des Bodens in Deutschland im Laufe der vergangenen vier Jahre erstellt. Die allergrößte Fläche erscheint auf dieser Karte in Grün, was bedeutet, dass keine vertikale Bodenbewegung gemessen werden konnte. Die Karte zeigt aber auch einige sehr kleine blaue Flecken, in denen sich der Boden um bis zu fünf Millimeter im Jahr gehoben hat. Bodensenkungen (in Rot und Gelb) gibt es hauptsächlich in Nordrhein-Westfalen. Sie sind eine direkte Folge des Bergbaus, etwa im Ruhrgebiet, wo noch bis vor kurzem Steinkohle unter Tage abgebaut wurde. Dort wurden Senkungsraten von fünf Millimetern pro Jahr gemessen. Die größte rote Fläche auf der Karte gibt es im äußersten Westen des Landes im Rheinischen Braunkohlerevier zwischen Köln und Aachen.
          Deutschland ist ein stabiles Land – zumindest aus geologischer Sicht. Forscher des Bodenbewegungsdienstes der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover haben nun auf der Basis von Messungen des europäischen Radarsatellitenpaares Sentinel-1 eine Karte der Hebungen und Senkungen des Bodens in Deutschland im Laufe der vergangenen vier Jahre erstellt. Die allergrößte Fläche erscheint auf dieser Karte in Grün, was bedeutet, dass keine vertikale Bodenbewegung gemessen werden konnte. Die Karte zeigt aber auch einige sehr kleine blaue Flecken, in denen sich der Boden um bis zu fünf Millimeter im Jahr gehoben hat. Bodensenkungen (in Rot und Gelb) gibt es hauptsächlich in Nordrhein-Westfalen. Sie sind eine direkte Folge des Bergbaus, etwa im Ruhrgebiet, wo noch bis vor kurzem Steinkohle unter Tage abgebaut wurde. Dort wurden Senkungsraten von fünf Millimetern pro Jahr gemessen. Die größte rote Fläche auf der Karte gibt es im äußersten Westen des Landes im Rheinischen Braunkohlerevier zwischen Köln und Aachen. : Bild: BGR

          Radar-Satelliten haben  Bodenbewegungen im Blick

          Um die mit dem Bergbau im Rheinischen Revier verbundenen Bodenbewegungen messen zu können, verwendeten die Forscher um Mahdi Motagh vom Geoforschungszentrum in Potsdam die Daten unter anderem des deutschen Radarsatelliten „Terrasar-X“ und des Satellitenduos „Sentinel 1A und 1B“ des europäischen Copernicus-Programms. Die drei Kundschafter umkreisen die Erde in Höhen zwischen 500 und 700 Kilometern. Dabei senden sie kontinuierlich Radarstrahlen aus und registrieren den Anteil, der von der Erdoberfläche reflektiert wird.

          Schon seit vielen Jahren nutzen Wissenschaftler solche Radarmessungen dazu, Bodenbewegungen zu messen, die an aktiven Vulkanen oder infolge von Erdbeben auftreten oder durch das Abpumpen großer Mengen von Grundwasser hervorgerufen werden. Dabei werden die Radarsignale überlagert, welche die Satelliten in zwei aufeinanderfolgenden Umläufen von dem exakt gleichen Gebiet der Erdoberfläche gemessen haben.

          Die Forscher um Motagh haben nun diese sogenannte Radarinterferometrie derart verfeinert, dass Bodenbewegungen, wie sie etwa beim Tagebau auftreten, mit einer sehr hohen Auflösung registriert werden können. Mit ihrer Methode, „Synthetic Aperture Radar Inferometry“ (InSAR) genannt, werteten sie Radarmessungen der Jahre 2017 und 2018 aus. Laut Motagh und seinen Kollegen im „International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation“ sind die Böden in Hambach pro Jahr um bis zu 50 Zentimeter, in der Grube Garzweiler um 38 Zentimeter abgesackt. Im dritten untersuchten Tagebau des rheinischen Braunkohlereviers, der Grube Inden, gab es sowohl Senkungen um 31 Zentimeter als auch Hebungen um bis zu acht Zentimeter pro Jahr.

          Erst Aufschüttung, dann Absenkung

          In allen drei Gruben traten die größten Bodenabsenkungen bei jenen Flächen auf, auf denen der Abraum gelagert wird. So fallen allein in Hambach pro Jahr mehr als 250 Millionen Tonnen Abraum an, der zum Teil auf der Halde Sophienhöhe im Nordwesten des Tagebaus abgelagert wird. Diese Anhöhe überragt die umgebende Landschaft mittlerweile um 200 Meter. Der Abraum wird allerdings nur aufgeschüttet. Im Laufe der Zeit verdichtet sich das lockere Material. Dabei sackt der Boden ab, zum Teil um bis zu 50 Zentimeter. Mit dem neuen Messverfahren könnten diese Senkungen nun langfristig auch nach einer Rekultivierung überwacht werden, so die Wissenschaftler.

          Das Verfahren ermöglicht es, auch die Stabilität der Flanken einer offenen Grube zu erfassen. In Tagebauen kommt es immer wieder zu erheblichen Erdrutschen entlang der Flanken. Der bislang größte Hangrutsch fand im Jahre 2013 im offenen Kupferbergwerk Bingham Canyon in der Nähe von Salt Lake City statt. Damals rutschten fast 70 Millionen Kubikmeter Fels auf den Boden des Tagebaus und legten das Bergwerk für Monate still. Weil der Hangrutsch aber rechtzeitig vorhergesagt werden konnte, war es möglich, alle Bergleute zu evakuieren, so dass niemand zu Schaden kam. Anders war es dagegen bei einem Hangrutsch im Juli 2018 in der Grube Set Mu in Myanmar, in der Jade gewonnen wird. Damals kamen 27 Bergleute ums Leben.

          Die Radarmessungen der rheinischen Braunkohlentagebaue haben ergeben, dass dort keine akuten Gefährdungen durch Hangrutsche drohen. In der Grube Hambach wurden zwar Bewegungen der bis zu 250 Meter hohen, zum Teil recht steilen Hänge von etwa zwölf Zentimetern pro Jahr registriert. Nach Meinung der Wissenschaftler ist diese Bewegung eine unmittelbare Folge der Bodensenkungen und betrifft hauptsächlich lockeres Material. Es stelle allerdings keine Gefahr dar, sondern trage vielmehr zur Verfestigung der Hänge und somit zu deren höherer Stabilität bei.

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