Staufener Risse EarthCache

Der scheinbar so feste Erdboden bewegt sich permanent - meist ohne dass wir es merken. Kontinentalplatten verschieben sich gegeneinander, Gebirge entstehen und vergehen. Dies passiert allerdings in so großen Zeiträumen, dass wir nur selten Bewegungen wahrnehmen. Anders in Staufen: Hier hob sich der Erdboden in den letzten Jahren mit einer Geschwindigkeit von nahezu 1cm/Monat. Auch hier wackelt der Boden natürlich nicht, aber man kann die Auswirkungen dieser Hebung an den Rissen in den Gebäudefassaden am Marktplatz erkennen.

Im Herbst 2007 wurden in Staufen am Rathaus Erdwärmebohrungen vorgenommen. Kurz darauf begann der Hebungsprozess, der mittlerweile an manchen Stellen zu einer Erhöhung von 30 cm geführt hat. Die ungleichmäßig verlaufende Hebung führte bei den Häusern der Innenstadt zu zahlreichen, zum Teil ihren Bestand gefährdenden Rissen in den Innen- und Außenwänden. Verantwortlich dafür ist vermutlich das Eindringen von Grundwasser in die sogenannte Gipskeuperschicht, in der Anhydrit vorkommt.

Die Entstehung des Anhydrits

Das heutige Problem Staufens begann vor etwa 250 Millionen Jahren im Zeitalter des Trias. Damals befand sich hier ein flaches Meeresbecken. Es lag nicht wie heute in der Höhe des 47. Breitengrades, sondern weiter südlich etwa in Höhe des 30. Breitengrades. Das Meer hatte im Verlauf des Trias unterschiedlich große Ausdehnungen. Während der Keuperzeit lag das Staufener Gebiet immer wieder im Bereich des Meeressaumes. Im heiß-trockenen Klima verdunstete das Meereswasser und es bildeten sich Eindampfungsgesteine, sogenannte Evaporite. Zu diesen Gesteinen gehören die Sulfate Anhydrit und Gips. Diese Meeresablagerungen werden heute als Gipskeuperschichten bezeichnet. Sie verschwanden in Jahrmillionen unter weiteren Schichten, die im Bereich des Germanischen Beckens entstanden.

Der Grabenbruch und seine Folgen

Vor etwa 50 Millionen Jahren begann die Entstehung des Oberrheingrabens. Die Erdkruste wölbte sich auf und zerbrach entlang zweier Linien. Die Fläche zwischen den Bruchlinien senkte sich und bildete die Oberrheinebene mit den Bruchkanten der Vogesen im Westen und des Schwarzwaldes im Osten. Staufen liegt unmittelbar vor der Bruchkante zum Schwarzwald. Hier wurden die Sedimentschichten des einstmaligen Meeres steil in Richtung Grabensohle gekippt. Die Hebung der Randgebirge sowie die Drift der französischen Seite in Richtung Westsüdwest und der deutschen in Richtung Ostnordost sorgte für zusätzliche Bewegungen. Unterhalb von Staufen sind die Erdschichten nun mehrfach gebrochen und verschoben.

In dem heutigen Durcheinander einstmals horizontaler Schichten befindet sich unterhalb des Innenstadtbereiches eine anhydrithaltige Schicht. Anhydrit ist wasserfreies Calciumsulfat. Kommt es mit Wasser in Kontakt, quillt es auf und verwandelt sich in Gips. Hierbei vergrößert sich sein Volumen um bis zu 60 Prozent. Das Vorkommen von Calciumsulfaten im verschobenen Schichtungsgefüge unterhalb der Stadt war den Geologen bekannt. Man nahm jedoch nicht an, dass noch eine bisher vom Wasser unerreichte größere Anhydritschicht existieren könnte. Mittlerweile gehen die Geologen des Landesamtes davon aus, dass die Erdwärmebohrungen die isolierenden Schichten durchstießen und so das Anhydrit mit artesisch gespanntem Grundwasser in Kontakt brachten.

Mit der Absenkung des Grundwasserspiegels unter der Anhydritschicht mittels zweier neu errichteter Pumpbrunnen und der Nachverpressung der unzureichend abgedichteten Erdwärmesondenbohrungen wurden schadensbegrenzende Maßnahmen eingeleitet. Seitdem hebt sich die Innenstadt langsamer. Den Hebungsverlauf der Staufener Innenstadt hat das „Landesamt für Geologie, Rohstoff und Bergbau“ in Freiburg hier dargestellt. Im Dezember 2016 betrug die Summe der Höhenveränderung seit Beginn der Hebungen 58 cm bei einer seitlichen Verschiebung von 43 Zentimetern. (BZ 15. Dez. 2016) 2018/19 hob sich das Gelände durchschnittlich noch um 1 mm pro Monat.(BZ 27.4.2019) Wann die Hebung endgültig enden wird, kann keiner sagen.

Aufgaben

Um den Cache zu loggen, musst du folgende Messungen durchführen und Fragen beantworten:

1. Schlüpfe in die Rolle eines Geodäten und nimm auf dem Marktplatz vor dem Staufener Rathaus eine GPS-Höhenmessung vor (ggfs. barometrische Höhenmessung ausschalten).* Um eine Vergleichbarkeit der Messungen zu garantieren, lege das GPS bitte auf den Brunnenrand oder halte es in dieser Höhe.
2. Gehe zum Hintereingang an der Rückseite des Rathauses. Neben der Tür befindet sich ein breiter (verfüllter) Riss. Über wieviele Geschosse zieht sich der Riss ?
3. Messe die Breite des Risses in der Höhe des Klingelschildes des Bürgerbüros.
4. Beschäftigt Euch mit der Infotafel beim hinteren Eingang zum Rathaus:
   a) Wenn ihr die Infotafel lest, auf welcher Seite von Euch befinden sich die Erdwärmesonden (EWS), die die Hebungen auslösten (Abb. 1)?
   b) Über welche der sieben Erdwärmesonden (EWS) stieg das Grundwasser hauptsächlich in den Gipskeuper? (Abb. 3a)
   c) Auf welcher Tiefe durchstößt eine dieser Sonden das Gipskeuperfeld etwa?(Abb. 3a)
   d) Welche der beiden Wasser führenden Schichten erreichte diese Sonde?(Abb. 3a)
   

* Natürlich sind die Messungen unserer GPS-Geräte nicht genau genug, um Erdhebungen auf die Spur zu kommen. Dafür werden Satelliten wie Terra-SAR-X eingesetzt. Wir vergleichen hier also nur die Höhenmessung verschiedener GPS-Geräte auf einem von Häusern umgebenen Platz.

Wir danken Dr. Christian Röhr, Dr. Joachim Eberle und dem "Landesamt für Geologie, Rohstoff und Bergbau Freiburg" für die Erlaubnis, die Abbildungen auf dieser Webseite zu verwenden, und insbesondere dem Landesamt für die konstruktive Kritik. Eine ausführliche Analyse des Schadensfalles findet man auf der Webseite des Landesamtes.