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Hydrogeologische/Hydrologische Untersuchung einer Prä-Flutungssituation am Beispiel des Gessentals im ehemaligen ostthüringischen Uranbergbaugebiet Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt dem Rat der Chemisch-Geowissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena von Dipl.-Geol. Jörn W. Geletneky geboren am 26.10.68 in Bad Pyrmont Gutachter: 1. Prof. Dr. G. Büchel 2. Prof. Dr. M. Sauter Tag der öffentlichen Verteidigung: 26.06.02 ii INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG....................................................................................................................1 1.1. Halden als Stoffaustragsquellen ......................................................................................................................... 2 1.2. Senken- und Transferfunktion der Täler.......................................................................................................... 3 1.3. Ziel der Untersuchungen ...................................................................................................................................... 4 2. GEOLOGISCHE GRUNDLAGEN..................................................................................8 2.1. Historische Entwicklung des ostthüringischen Uranbergbaus .................................................................... 8 2.2. Lage und Morphologie........................................................................................................................................14 2.3. Regionalgeologische Position............................................................................................................................17 2.4. Stratigrafische Gliederung .................................................................................................................................20 2.4.1. Ordovizium.....................................................................................................................................................21 2.4.2. Silur..................................................................................................................................................................22 2.4.3. Devon ..............................................................................................................................................................24 2.4.4. Karbon.............................................................................................................................................................27 2.4.5. Intrusivgesteine..............................................................................................................................................27 2.4.6. Perm.................................................................................................................................................................28 2.4.7. Trias .................................................................................................................................................................29 2.4.8. Tertiär...............................................................................................................................................................29 2.4.9. Quartär.............................................................................................................................................................30 2.5. Strukturgeologie und Lagerstättengenese.......................................................................................................35 2.5.1. Strukturgeologie.............................................................................................................................................35 2.5.2. Lagerstättengenese und Ausbildung ..........................................................................................................37 3. METHODEN....................................................................................................................42 3.1. Hydrogeologische Kartierung............................................................................................................................42 3.2. Vermessung des Gefälles des Gessenbaches/Badergrabens und der Bohrungen B1 bis B4 ...............42 3.3. Abflussbestimmung ..............................................................................................................................................43 3.4. Einrichtung der Messstellen und Entnahme von Wasserproben im Oberflächenwasser.....................44 3.5. Entnahme von Wasserproben im Grundwasser.............................................................................................49 3.6. Ausfällungen im Gessenbach.............................................................................................................................49 3.7. Laboruntersuchung der Wasserproben ...........................................................................................................50 3.7.1. Fehlerbetrachtung..........................................................................................................................................52 3.8. Thermodynamische Gleichgewichtsmodellierung ........................................................................................53 3.9. Deskriptive Statistik .............................................................................................................................................55 3.10. Sondierungen und Schürfe in den Talsedimenten des E-Gessentals...................................................57 3.11. Geoelektrische Erkundungen der Talsedimente des Gessentals............................................................58 4. HYDROLOGIE................................................................................................................66 4.1. Der Gessenbach.....................................................................................................................................................66 4.1.1. Orohydrografisches Einzugsgebiet des Gessenbaches ...........................................................................66 4.1.2. Historische Entwicklung des Gessentals vor dem Bergbau...................................................................67 4.1.3. Rezenter Verlauf des Gessenbaches ..........................................................................................................69 4.1.4. Gewässerprofil des Gessenbaches ..............................................................................................................71 4.2. Wasserhaushalt im Einzugsgebiet des Gessenbaches...................................................................................72 4.2.1. Niederschlag...................................................................................................................................................73 4.2.2. Evapotranspiration ........................................................................................................................................74 4.2.3. Oberirdischer Abfluss...................................................................................................................................76 4.2.4. Grundwasserneubildung...............................................................................................................................78 4.3. Abflussdynamik im Gessental............................................................................................................................79 4.3.1. Einzugsgebiet des E-Gessenbaches/Badergrabens (Oberlauf, Typ I)...................................................79 4.3.2. Hydraulische Klassifizierung des Vorflutertyps 1...................................................................................88 4.3.3. Einzugsgebiet des westlich Gessenbaches (Unterlauf, Typ II)..............................................................89 4.3.4. Einzugsgebiet des Lammsbaches (Typ II).................................................................................................95 4.3.5. Hydraulische Klassifikation des Vorflutertyps 2.....................................................................................98 4.4. Hydrogeologische Kartierung............................................................................................................................99 5. HYDROGEOLOGIE.....................................................................................................105 5.1. Natürliche hydrogeologische Verhältnisse...................................................................................................105 5.1.1. Alt- und Mittel-Paläozoikum.................................................................................................................... 107 5.1.2. Jungpaläozoikum, Mesozoikum, Känozoikum...................................................................................... 111 5.2. Hydrogeologische Veränderungen durch den Bergbau.............................................................................113 5.2.1. Hohlräume durch den Bergbau ................................................................................................................ 113 iii 5.2.2. Modifikation der unterirdischen Einzugsgebiete durch die Grubenwasserhaltung, Bildung eines Absenkungstrichters für Grundwasser......................................................................................................................115 5.2.3. Aufhaldung und Freilegung von Untergrundmaterial über der Tagesoberfläche............................119