Geogefahren – Erkennen & Verstehen

Erdbeben

Die Niederrheinische Bucht ist eines der aktivsten Erdbebengebiete in Deutschland. Am 13. April 1992 erschütterte ein Beben der Stärke 5,9 auf der Richterskala das niederländisch-deutsche Grenzgebiet. Sein Epizentrum lag 4 Kilometer südwestlich von Roermond in den Niederlanden in einer Tiefe von 18 Kilometer. Mehr als 30 Menschen wurden durch herabfallende Gebäudeteile verletzt, der Gesamtschaden belief sich auf etwa 110 Millionen Euro.

Seit 1980 wurden im Bereich des Stationsnetzes des Landeserdbebendienstes NRW rund 3 500 Erdbeben registriert. Die Niederrheinische Bucht ist ein Senkungsraum, der durch Verwerfungen in viele Schollen unterteilt ist. Besonders gefährdet ist die Niederrheinische Bucht, weil an diesen Verwerfungen auch aktuell noch Bewegungen stattfinden. Die Verschiebungen an den Verwerfungen verlaufen dabei mit Geschwindigkeiten von etwa 0,05 Millimeter pro Jahr. Die Bewegung verläuft jedoch nicht gleichmäßig. Wenn sich die Schollen verhaken, werden Spannungen aufgestaut. Bei einem Erdbeben wird die so gespeicherte Energie mit einem mehr oder weniger heftigen Ruck freigesetzt.

Ein Großteil der Erdbeben in der Niederrheinischen Bucht ist so schwach, dass wir sie gar nicht spüren. Jedoch kommt es hier immer wieder zu Erdbeben, die deutlich wahrgenommen werden oder sogar Schäden an Gebäuden verursachen. Um diese Gefährdungen einschätzen zu können, ist es wichtig, möglichst viele und genaue Informationen über die Erdbebentätigkeit zu haben. Unsere Geophysikerinnen und Geophysiker registrieren daher die Erdbeben in der Niederrheinischen Bucht. Sie werten die aufgenommenen Daten aus und aktualisieren den Erdbebenkatalog. Sie ziehen Rückschlüsse, wo und wie stark Erdbeben an Standorten in Nordrhein-Westfalen auftreten können. Mit diesem Wissen tragen sie dazu bei, Gebäude erdbebensicher zu planen.

Erdfälle und Subrosionssenken

Am 14. April 1913 brach nordwestlich von Ibbenbüren zwischen Hopsten und Rheine plötzlich die Erde ein. Innerhalb von wenigen Stunden entstand, wo eben noch ein Acker war, ein See von rund 300 Meter Durchmesser und über 15 Meter Tiefe. Es war kein Zufall, dass sich der Erdfallsee gerade dort bildete. In seiner Umgebung gibt es weitere zahlreiche Senken, Tümpel und den größten natürlichen See Nordrhein-Westfalens: das Große Heilige Meer.

Erdfälle gibt es, wo Wasser in löslichem Gestein, wie Salz- oder Karbonatgestein, in der Tiefe Hohlräume gebildet hat. Es kommt zum Erdfall, wenn ein Hohlraum einstürzt und sich der Einsturz bis an die Oberfläche fortsetzt. Die meisten Erdfälle sind nur wenige Meter groß. Aber auch kleinere Erdfälle können Menschen und Bauwerke gefährden.

Das Naturschutzgebiet Heiliges Meer nordwestlich von Ibbenbüren ist wegen seiner Erdfälle bekannt. In NRW ist es mit 12,5 Quadratkilometer die größte Subrosionssenke, also eine großräumige Einmuldung an der Geländeoberfläche. Eine Subrosionssenke entsteht durch Lösung und Auslaugung mächtiger Salzgesteine und durch das allmähliche Nachsacken der darüberliegenden Gesteinsschichten. Das Gelände senkt sich nur sehr langsam, für den Menschen nicht wahrnehmbar. Mit der Absenkung füllt sich der Bereich kontinuierlich mit Lockergestein. An den Rändern einer Subrosionssenke kann ein Nachsacken des Untergrundes Schäden an Bauwerken hervorrufen. Im Bereich von Subrosionssenken besteht ein erhöhtes Erdfallrisiko.

Erdfälle und Subrosionssenken sind an verkarstungs- und auslaugungsfähige Gesteine gebunden. Bei der Nutzung des Untergrundes, wie eine Bebauung oder Bohrung zur Installation von Erdwärmesonden, ist es wichtig zu wissen, wo diese Gesteine vorkommen.

Kalk- und Dolomitsteine (Karbonatgesteine) gibt es in Ostwestfalen, im südlichen Münsterland, Sauerland, Bergischen Land, in der Eifel und im Raum Ibbenbüren. Gips und Anhydrit (Sulfatgesteine) sowie Stein- und Kalisalze (Salzgesteine) sind in Ostwestfalen, im nördlichen Münsterland und am nordöstlichen Niederrhein verbreitet.

Gasaustritt in Bohrungen

Im tieferen Untergrund können unter bestimmten Voraussetzungen geogene, also natürlich entstandene Gasgemische vorhanden sein. Mit geogenem Gas muss in weiten Teilen des Landes Nordrhein-Westfalen gerechnet werden, wo kohleführende Schichten auftreten. Die Kohle wurde vor Jahrmillionen durch die Umwandlung von pflanzlichem Material gebildet. Beim Inkohlungsprozess entstanden neben der Kohle auch große Mengen an Gas, das überwiegend in den feinen Poren der Kohle gebunden wurde. Allerdings wurde mehr Gas gebildet, als von der Kohle absorbiert werden konnte. Aufgrund seiner geringen Dichte steigt dieses nicht gebundene Gas durch gasdurchlässige Schichten, Klüfte und Störungszonen, aber auch durch bergbaubedingte Hohlräume auf. An gering gasdurchlässigen Gesteinsschichten wird es am weiteren Aufstieg gehindert. Dort kann es sich in unterschiedlich großen Mengen ansammeln und unter Umständen einen hohen Druck aufbauen. Wird eine solche Schicht durchbohrt und die Gasansammlung angebohrt, kann dieses schlagartig entweichen, was unter Umständen zu einer Explosion führt. Auch dort, wo kohleführende Schichten direkt an der Tagesoberfläche oder in geringer Tiefe vorkommen, ist ebenfalls mit dem Auftreten von Gas im Untergrund zu rechnen. Der Gasaustritt in Bohrungen erfolgt dort zumeist ohne erhöhten Druck. Dennoch besteht die Gefahr durch explosive Gasgemische.

Auf der Grundlage umfassender Fachdaten ermittelt der GD NRW das Risiko eines Gasaustritts im Verbreitungsgebiet kohleführender Schichten standortbezogen abhängig von Untergrund und Bohrtiefe.

Aufgrund der geologischen Verhältnisse ist in folgenden Regionen von Nordrhein-Westfalen mit dem Austritt von geogenen Gasgemischen bei Bohrarbeiten zu rechnen:

• Rheinisch-Westfälisches Steinkohlenrevier
• Ibbenbürener Steinkohlenrevier
• Erkelenzer Steinkohlenrevier
• Aachener Steinkohlenrevier
• Weserbergland und Teutoburger Wald mit bekannten Kohlevorkommen
• Zentrales Münsterland im Verbreitungsgebiet gering durchlässiger Tonmergelsteine über kohleführenden Gesteinsschichten

Bei dem in der Kohle gebildeten Gas handelt es sich um ein Gemisch unterschiedlicher Bestandteile (CH4, CO2, O2, N2 sowie Edelgase). Von besonderer Bedeutung ist das Methan (CH4), das vom Menschen nicht wahrgenommen werden kann und bei Anteilen zwischen ca. 4,4 – 16,5 Volumenprozenten in Luftsauerstoff explosiv ist.

Radon

Radon ist ein radioaktives Edelgas. Es entsteht auf natürliche Weise im Untergrund beim Zerfall von natürlich vorkommenden radioaktiven Stoffen. Von dort gelangt es in die Umgebungsluft. Sammelt sich das Gas in Räumen an, kann das zu einem Gesundheitsrisiko werden.

Der GD NRW plant und führt von 2019 bis 2022 im Auftrag des Ministeriums für Arbeit, Gesundheit und Soziales Nordrhein-Westfalen (MAGS NRW) ein umfangreiches Messprogramm zur Ermittlung von Radon in der Bodenluft durch. Mit dieser Datenbasis können, sofern erforderlich, Radon-Vorsorgegebiete ausgewiesen werden.

Möglicher oberflächennaher Bergbau

Seit frühester Zeit wurden in Nordrhein-Westfalen Steinkohle, Erze, Mineralien oberflächennah abgebaut. Spuren dieses „Altbergbaus“ sind an der Erdoberfläche oftmals nicht mehr zu sehen; eine bergrechtliche Dokumentation liegt nicht immer vor. Geologische Daten geben der Bergverwaltung wichtige Hinweise zu Bereichen, in denen tagesnaher Bergbau möglich gewesen ist und sich damit Tagesbrüche ereignen können. Nach den bisherigen Erfahrungen muss davon ausgegangen werden, dass ein großer Teil der nicht dokumentierten Grubenbaue unzureichend oder gar nicht verfüllt worden ist. Alte Stollen, Schächte und offene Grubenbaue können plötzlich einbrechen und zu sogenannten Tagesbrüchen führen.

Um sicherzugehen, dass unter einem Grundstück kein unbekannter „Altbergbau“ stattgefunden hat, helfen geologische Karten. Sie liefern Hinweise zu oberflächennahen Steinkohlenflözen, zu Erzgängen oder zu anderen Rohstoffen.

Geologische Daten halfen auch der Stadt Drensteinfurt, als sie 2007 ein Gewerbegebiet plante. Es musste mit Stollen und Schächten des Strontianitabbaus gerechnet werden. Das Mineral Strontianit wurde im 19. Jahrhundert im südlichen Münsterland als Rohstoff für die Zuckerindustrie abgebaut. Mithilfe der Geologie wurde im Planungsgebiet ein unterirdischer Stollen lokalisiert. So konnten gezielt Sicherungsmaßnahmen durchgeführt werden.