3 Einführung in Die Untersuchungsgebiete
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Einführung in die Untersuchungsgebiete 3 Einführung in die Untersuchungsgebiete 3.1 Lage und naturräumliche Ausstattung Für die Bearbeitung der Problemstellung wurde das Untersuchungsgebiet 1 (UG 1) im Raum Eisleben- Hettstedt am Westrand der Mansfelder Mulde gewählt. (Karte 1, Karte 2). In diesem UG im Mansfelder Land wurden aufgrund der geologischen Ausgangsbedingungen und der ehemaligen Hauptproduktions- stätten der Kupferverarbeitung starke Überlagerungen von geogenen und anthropogenen Bodenschwer- metallbelastungen erwartet. Um den überwiegenden Einfluss von geogenen Schwermetallanreicherungen im Boden zu analysieren, wurde deshalb zusätzlich das Untersuchungsgebiet 2 bei Pölsfeld (UG 2) be- probt, das im Landkreis Sangerhausen liegt. Eine große Anzahl der Boden- und Pflanzenproben im UG 1 wurde am Kupferschieferausstrich selbst sowie im Bereich der vorgelagerten Klein- und Kleinsthalden entnommen, um den geoökologischen Kenntnisstand zu vertiefen. Karte 1: Lage der Untersuchungsgebiete Das UG 1 ist, wie der größte Teil der Mansfelder Mulde, nach MEYNEN et SCHMITTHÜSEN (1962) haupt- sächlich dem „Östlichen Harzvorland“ zuzuordnen. Das Landschaftsbild wird überwiegend durch die ge- hobene pliozäne Rumpffläche gestaltet, die mit Geschiebemergel und Löß verkleidet, im westlichen Be- reich im Durchschnitt bei 150 bis 200 m über NN liegt. Westlich der Linie Hergisdorf – Ahlsdorf - Klostermansfeld tangiert das UG 1 das „Mansfelder Bergland“. Das UG 2 liegt, naturräumlich betrachtet, vollständig im Bereich der „Unteren Unstrutplatten“ (FULDA et HÜLSEMANN 1930). Im Westen wird das UG 1 durch den natürlichen Ausstrich des Kupferschieferflözes am östlichen Harz- rand begrenzt. Östlich davon haben die hangenden Gesteine der Zechsteinformation ihr Hauptverbrei- tungsgebiet (Karte A 1). Sie streichen infolge flacher Lagerung in einem bis zu 1 km breiten Bande aus und sind zumeist von Löß überdeckt (SCHRÖDER et FISCHER 1934). In diesen Bereichen wurden u. a. von CÖSTER et FRÜHAUF (1998), dem IPE JENA (1991) und LORENZ (1996) das Auftreten erhöhter Schwer- metallbelastungen in Oberböden beschrieben. 14 Einführung in die Untersuchungsgebiete 3.1.1 Geomorphologie und Geologie Die Mansfelder Mulde (Abb. 4) ist zumeist durch flachwellige Reliefierungen gekennzeichnet, nur im öst- lich angelagerten Gebiet um die Mansfelder Seen treten größere Reliefenergien auf. Die Ursache dafür ist überwiegend in der Salztektonik der hier besonders oberflächennah anstehenden Zechsteinablagerungen (Salze, Gipse und Anhydrit) des Teutschenthaler Sattels und daraus resultierender erhöhter Subrosion zu suchen (FRÜHAUF 1999; WAGENBRETH et STEINER 1990). Abb. 4: Geologisches Blockbild der Mansfelder und Sangerhäuser Mulde (WAGENBRETH et STEINER 1990, geändert FRÜHAUF 1999) Betrachtet man das Relief weiter westlich bei Ahlsdorf und Hergisdorf, so fällt die starke Zerfurchung die- ses Gebietes durch die Bäche der Bösen Sieben, den Viets-, den Dippels- und den Kliebigbach mit stark ausgeprägten Kerbtälern auf (THOMAS 1980). Im Raum westlich des Kupferschieferausstrichs (Mansfel- der Bergland) treten Gesteine des Rotliegenden auf, die kaum noch großen Einfluss auf das morphologi- sche Bild ausüben (AURADA 1982). Die Mansfelder Mulde wird im Süd-Osten geologisch durch den Hornburger Sattel (ein Ausläufer des Harzes) und im Norden durch die Halle-Hettstedter-Gebirgsbrücke begrenzt. Außer im UG 1 am West- rand der Mansfelder Mulde tritt das Kupferschieferflöz u. a. im UG 2 bei Pölsfeld in der Sangerhäuser Mulde in der Nähe der Erdoberfläche auf. In den Mulden treten drei verschiedene Haldengenerationen auf, die ein Maß für die zunehmende Tiefenlage des Kupferschieferflözes sind. „Mit der Wende zum Oberkarbon wurde durch die sudetische Orogenese das variszische Gebirge gefal- tet.“ (JANKOWSKI 1995, S. 4) Es war in Schwellen und Tröge gegliedert. Die Verwitterungsprodukte des Gebirges, rote Sandsteine, Schiefertone und Konglomerate, wurden in den Trögen des Gebirges bis in die Rotliegendenzeit abgelagert. Mit dem Vordringen des Zechsteinmeeres nach Süden vor ca. 260 Mio. Jah- ren begann die marine Sedimentation, als deren Folge der spätere Kupferschiefer entstand (EISENHUTH et KAUTZSCH 1954; JANKOWSKI 1995; KRUMBIEGEL et SCHWAB 1982). Die darüber lagernden, überwiegend grau gefärbten Kalksteine und Dolomite, Anhydrite und Gipse, Stein- und Kalisalze entstanden aus im Meerwasser gelösten Substanzen (KRUMBIEGEL et SCHWAB 1974). Die Zechsteinformation wird im Muldeninneren durch Sand-, Ton- und Kalksteine der Trias sowie Sande und Schotter des Tertiärs und Quartärs überlagert. Durch die stark variierende Mächtigkeit der Salze innerhalb des Zechsteins, die einerseits faziell, andererseits in Subrosionsvorgängen begründet ist, schwankt die Mächtigkeit der Zechsteinsedimente stark (VEREIN MANSFELDER BERG- UND HÜTTENLEUTE E.V. 1999). 15 Einführung in die Untersuchungsgebiete Im Untersuchungsgebiet westlich von Ahlsdorf (ehemaliges Ahlsdorfer Revier oder Revier XVII), lagern die Zechsteinschichten dem auftauchenden Permokarbon des Harzostrandes auf. In Richtung Lagerstätten- tiefstes fallen sie entsprechend dem generellen Schichtaufbau der Mansfelder Mulde mit einem Winkel von ca. 5-10° ein (JANKOWSKI 1995). Der Kupferschiefer ist ein feinkörniger, feinschichtiger Tonmergel bis Mergelstein von tiefschwarzer Fär- bung, der kohlige Bestandteile und eine Reihe sulfidischer Erzminerale, hauptsächlich Kupfererze, führt (EISENHUTH et KAUTSCH 1954; JANKOWSKI 1995; KNITZSCHKE 1995; KRUMBIEGEL et SCHWAB 1982; VEREIN MANSFELDER BERG- UND HÜTTENLEUTE E.V. 1999). Das durchschnittlich 30-40 cm mächtige Kupferschieferflöz ist dem Weißliegenden aufgelagert und wird vom Zechsteinkalk (3-6 m mächtig) be- deckt. Über dem Zechsteinkalk lagern infolge Subrosion Rückstände von ausgelaugten Gipslagern, soge- nannte Asche, Rauhstein und Rauchwacke. Der darauf folgende Stinkschiefer ist in seiner Beschaffenheit dem Kupferschiefer ähnlich, enthält jedoch kein Erz (Abb. 5). ------ Zechsteinkalk ------ Kupferschieferflöz ------ Weißliegendes Abb. 5: Kupferschieferausstrich am Schafberg in Ahlsdorf Darüber liegen weitere Schichten: Grenzanhydrit, Oberes jüngeres Steinsalz, Pegmatithydrit, Roter Salz- ton, Unteres jüngeres Steinsalz, Hauptanhydrit, Grauer Salzton, Kalilager, Kieseritische Übergangs- schichten, Älteres Steinsalz, Basalanhydrit. Die Zechsteinformation wird von der Schichtenfolge des Bunt- sandsteins überlagert (JANKOWSKI 1995; KNITZSCHKE 1995). Für das Auffinden abbauwürdiger Kupfer- schiefergebiete im gesamten Verbreitungsraum des Kupferschiefersediments führt EISENHUTH et KAUTZSCH (1954, S. 99-100) an: „Die Erfahrung, daß am Rande der Roten Fäule immer besondere Kup- fererzanreicherungen im normalen Kupferschiefer auftreten, führte zu der Anschauung, daß anscheinend, entgegen der Meinung von Richter, doch nennenswerte Kupfersalze in löslicher Form in das sehr salzrei- che und mit Verwesungsprodukten reichlich geschwängerte Meereswasser von Inseln und Festlandresten hereingeflossen sind. An den Vermischungszonen (Rote-Fäule-Rand) zwischen Salzwasser und Süßwas- ser fand eine besondere Ausfällung der Metalle Kupfer, Silber, Blei, Zink u. a. statt, welche zu den ab- bauwürdigen Metallanreicherungen im sonst verhältnismäßig metallarmen Kupferschiefer geführt haben.“ Nach neueren Erkenntnissen (JANKOWSKI 1995) sind die Erzanreicherungen an der Zechsteinbasis auf Metallzufuhr nach der Ablagerung des Kupferschiefers zurückzuführen. Dabei wirkte der erst schwach verfestigte und wasserreiche Faulschlamm als Barriere und Falle für aufsteigende metallreiche Tiefenwäs- ser. Die Sulfidmineralisation erfolgte in vier Stadien (Syngenese, Frühdiagenese, Spätdiagenese, Epigene- se) (GEOLOGISCHES LANDESAMT SACHSEN-ANHALT 2000). 16 Einführung in die Untersuchungsgebiete Nach JANKOWSKI (1995) lässt sich in der Gesamtlagerstätte immer folgende horizontale metallogeneti- sche Faziesabfolge nachweisen: • Oxidationsvertaubung: Rote Fäule-Kupfer-Blei-Zink-Vertaubung • Kupfergürtel: bauwürdige Kupfervererzung im Kupferschiefer und/oder unmittelbar Hangendes • Blei-Zink-Gürtel: kupferunbauwürdige Blei-Zink-Vererzung im Kupferschiefer. Die vorliegenden Metallfaziesgürtel sind das Ergebnis eines mehrphasigen Metallogeneseprozesses. Zu den wichtigsten Phasen der Bildung der Lagerstätten gehören: • die synsedimentäre schwache Buntmetallsulfidvererzung im reduzierenden sapropelitischen Fäl- lungsmillieu während der Sedimentation des Kupferschiefers, • die Herausbildung eines paläohydrologischen Zirkulationssystems, das oxydierende, metallhaltige Lösungen aus dem Liegenden des Kupferschiefers mobilisierte, die dann in Schwellenbereiche des Kupferschieferbeckens aufstiegen; bei ihrer Reaktion mit dem Kupferschiefersediment wurden die vorhandenen primären Metallsulfide durch Oxidation zerstört, • die seitliche und vertikale Ausbreitung der Lösung führte durch anorganische und sulfidische Be- standteile des Kupferschiefers zur Reduktion, wobei sich an den Aufstiegszonen der oxidierenden Lösungen ein Redoxpotentialgefälle ausbildete. Dabei nimmt der Gehalt an Fällungsagentien (Sulfid- schwefel, organischer Kohlenstoff) mit zunehmender Entfernung von den Oxidationsgbieten zu. Eine Übersicht der so entstandenen spezifischen Fällungsbedingungen im Umgebungsbereich der Roten Fäule beschreibt Tab. 8. Entsprechend der Unterschiedlichkeit der löslichen Metallsulfide gibt es regional differenzierte zementative Fällungen in Form der Metallisationsgürtel mit der bekannten horizontalen und vertikalen Abfolge Fe3+-Cu1+-Pb2+-Zn2+-Fe2+