Mit Vollendung der deutschen Einheit ist die Sowjetisch-Deutsche Aktiengesellschaft (SDAG) Wismut in den Besitz des Bundesministeriums für Wirtschaft übergegangen. Sie produzierte bis 1991, von wenigen Ausnahmen abgesehen, ausschließlich für die Sowjetunion Uran. Damit wurde die größte Altlast der neuen Bundesländer mit einem geschätzten Sanierungsaufwand von 13 Milliarden DM in die Verantwortung der Bundesrepublik Deutschland überführt.
"Die Bewältigung dieser Erblast aus 40jähriger DDR-Vergangenheit gestaltet sich schwierig und langwierig", so der ehemalige Bundesumweltminister Dr. Klaus Töpfer. "Hier handelt es sich um ein aufwendiges Großprojekt, das in diesem Umfang bisher auf der Welt beispiellos ist. Deshalb werden höchste Anforderungen an alle Beteiligten gestellt. Altlastenermittlung, Sanierungsplanung und Konzeptfindung müssen auf solider fachlicher Grundlage durchgeführt werden. Die vollständige Sanierung dieser Bergbaustandorte wird noch Jahre, wenn nicht Jahrzehnte in Anspruch nehmen".
Ziel der vorliegenden, in das Sanierungskonzept der Wismut GmbH eingebundenen Arbeit ist es, eine Möglichkeit zu finden, den Austrag umweltgefährdender Stoffe aus dem Bergwerk in die Umwelt zu minimieren. Dazu müssen die zeitliche und räumliche Änderung der Konzentrationen unterschiedlicher Wasserinhaltsstoffe in den Sickerwässern und dem Grubenwasser des ehemaligen Uranbergwerks Niederschlema/Alberoda geklärt sein.
Alle Ergebnisse und Verfahrensschritte wurden am Institut für Geologie und Paläontologie, Abteilung Ingenieurgeologie, der Technischen Universität Clausthal gewonnen. Sie wurden im Rahmen der Kooperation mit der Hauptabteilung T 1 der Wismut GmbH diskutiert und an den lokalen Verhältnissen des Bergwerks Niederschlema/Alberoda überprüft.
Die Anregung zu dem hier vorgestellten Thema kam von Herrn Dr. Roland Hähne (ehemaliger Leiter des Geschäftsbereichs Umweltengineering) und Herrn Dipl.Geol. Bernd Müller (ehemaliger Leiter der Gruppe im Büro für Umwelt/Chemnitz) im Dezember 1990. Damals war die SDAG Wismut gerade dabei, die Zeit der strengsten Geheimhaltung hinter sich zu lassen, um zur Wismut AG zu werden.
Infolge des politischen Wandels mußte sich die Themenstellung den jeweils geänderten Zielvorgaben und Wissensständen der SDAG Wismut, Wismut AG und Wismut GmbH anpassen, was zu unvermeidlichen Abstrichen beim einen oder anderen Themenkomplex führte.
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort
1.1 Einleitung
1.2 Danksagung
2 Zusammenfassung
3 Problemstellung
3.1 Veranlassung
3.2 Sanierungskonzept der Wismut GmbH
3.3 Wechselwirkungen Wasser-Gebirge-Mikroorganismen
3.4 Modellvorstellung und Begriffserklärung
3.5 Zielsetzung und Lösungsansatz
4 Lagerstätte Niederschlema/Alberoda
4.1 Einführung
4.2 Geographische Lage
4.3 Grubengebäude
4.4 Geschichtliche Entwicklung
4.4.1 Vom Eichenwald zum Erzgebirge
4.4.2 Von der AG Wismut zur Wismut GmbH
4.5 Geologische Verhältnisse
4.5.1 Regionalgeologische Übersicht
4.5.2 Lokale geologische Verhältnisse
4.6 Eigenschaften der Lagerstätte
4.6.1 Klassifikationen
4.6.2 Paragenesen
4.6.3 Kontrollierende Faktoren der Vererzung
4.7 Hydrologische und hydrogeologische Verhältnisse
4.7.1 Heutige Situation
4.7.2 Historische Situation der Gewässerchemie
4.8 Mikrobielle Aktivitäten
4.9 Verwitterungsprozesse in einem Bergwerk
5 Hydrochemie von Uran, Arsen und Radium
5.1 Einleitung
5.2 Empirische Untersuchungen
5.2.1 Uran
5.2.2 Arsen
5.2.3 Radium
5.3 Lösungsversuche
5.3.1 Beschreibung
5.3.2 Ergebnisse
6 Hydrochemische Untersuchungen
6.1 Einführung
6.2 Material und Methoden
6.2.1 Probennahme
6.2.2 Analytische Methoden
6.3 Auswertung
6.3.1 Grafische Darstellung
6.3.2 Statistische Methoden
6.3.3 Zeitliche Entwicklung
6.3.4 Prognose künftiger Massenkonzentrationen
6.4 Chemisch-thermodynamische Gleichgewichtsberechnungen
6.4.1 Grundlagen
6.4.2 Berechnungen
6.4.3 Sättigungskoeffizienten
6.4.4 Entwicklung der Uran- und Arsenspezies
6.4.5 pH-Eh-Abhängigkeiten der Sättigungskoeffizienten ausgewählter Minerale
6.4.6 Korrelation mit Radium
6.5 Ergebnisse
7 Untersuchungen zur Hydrodynamik
7.1 Einführung
7.2 Tracerversuch
7.2.1 Wahl des Tracers
7.2.2 Versuchsdurchführung
7.2.3 Beschreibung der Lycopodiumsonde (Lydia)
7.2.4 Versuche mit Azofarbstoffen
7.2.5 Ergebnisse und Diskussion
7.3 Temperaturmessungen
7.3.1 Energiequellen
7.3.2 Messungen und Auswerteverfahren
7.3.3 Erläuterungen zur Auswahl der Meßreihen
7.3.4 Schacht 296 II b
7.3.5 Schacht 366 b
7.3.6 Schacht 366 II b
7.3.7 Schacht 371
7.3.8 Schacht 371 II b („Ellipse“)
7.3.9 Schacht 372 b („Urban“)
7.3.10 Schacht 383
7.4 Weitere physikochemische Messungen
7.4.1 Leitfähigkeit
7.4.2 pH-Wert
7.4.3 Redoxpotential
7.5 Strömungsgeschwindigkeit
7.6 Die Flutung des Bergwerks Niederschlema/Alberoda
7.6.1 Literaturrecherche
7.6.2 Wesentliche Flutungsmethoden und deren Resultate
7.6.3 Beschreibung des Flutungsablaufs
7.6.4 Genereller Wiederanstiegsprozess
7.7 Diskussion und Ergebnis
8 Modellvorstellung zur Stoffmobilisierung
8.1 Einführung
8.2 Geotechnische Annahmen
8.3 Überschlagsberechnungen
8.4 Diskussion und Ergebnis
9 Schlußfolgerungen
10 Literatur
11 Verzeichnisse
11.1 Abkürzungsverzeichnis
11.2 Abbildungsverzeichnis
11.3 Tabellenverzeichnis
12 Lebenslauf
13 Tabellen und Abbildungsanhang
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die hydrogeochemischen und hydrodynamischen Prozesse während der Flutung des ehemaligen Uranbergwerks Niederschlema/Alberoda. Ziel ist es, das langfristige Verhalten der Schadstoffmobilisierung im gefluteten Grubenwasser zu prognostizieren und Sanierungsstrategien zu evaluieren, um den Austrag umweltgefährdender Stoffe in die Umgebung zu minimieren.
- Hydrogeochemische Charakterisierung und Klassifizierung der Grubenwässer
- Modellierung von Stoffmobilisierungsprozessen unter Berücksichtigung mikrobieller Einflüsse
- Untersuchung der Hydrodynamik durch Tracerversuche und Temperaturmessungen
- Prognose der künftigen Schadstoffkonzentrationen mittels statistischer Regressionsanalysen
- Bewertung technischer Maßnahmen zur Reduzierung der Umweltbelastung durch geflutete Bergwerke
Auszug aus dem Buch
3.3 Wechselwirkungen Wasser-Gebirge-Mikroorganismen
Die Entwicklung der chemischen Zusammensetzung der Sickerwässer (Infiltrationswässer) und des Grubenwassers wird im wesentlichen durch folgende Kriterien beeinflußt (z.T. nach VOIGT 1990):
• Größe des thermodynamischen Ungleichgewichts
• geologische und hydrogeologische Verhältnisse
• zur Verfügung stehende Zeit
• Größe der aktiven Oberflächen
• Menge des Sickerwassers
• physikochemische Verhältnisse
• Art des Erzabbaus
• biologische Faktoren
KARRENBERG (1981) faßt die Vorgänge des Wasser-Gebirge Kontakts in folgender Weise zusammen:
„Das Grundwasser wird in seiner chemischen Beschaffenheit weitgehend von den Gesteinen bestimmt, in denen es sich aufhält bzw. bewegt, vor allem durch Lösung der gesteinsbildenden Minerale und selektive Ausfällung der Inhaltsstoffe in den Hohlräumen, wobei Oxidation und Reduktion, Sorption und Ionenaustausch eine wesentliche Rolle spielen“.
Bei der Untersuchung der hydrogeochemischen Verhältnisse im Bergwerk Niederschlema/Alberoda müssen die Wechselwirkungen zwischen den anorganischen und organischen Prozessen berücksichtigt werden. Anders als bei Laborversuchen mit Gesteinen aus Bergerückständen, ist in einem Bergwerk organisches Material vorhanden (z.B. Grubenholz, Fäkalien, Papier), das Bakterien und anderen niederen Organismen zusammen mit Sauerstoff zur Nährstoffgewinnung verwenden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Vorwort: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die historische Situation des Uranbergbaus und die Zielsetzung der Arbeit zur Sanierung des Standorts.
2 Zusammenfassung: Eine komprimierte Darstellung der wirtschaftlichen und hydrogeochemischen Hintergründe sowie der wesentlichen Ergebnisse der Flutungsuntersuchungen.
3 Problemstellung: Dieses Kapitel erläutert die Ausgangslage, die Sanierungsziele der Wismut GmbH und die wissenschaftlichen Ansätze zur Modellierung.
4 Lagerstätte Niederschlema/Alberoda: Ein ausführlicher geologischer und bergbaulicher Rahmen, der die Entstehung, Struktur und die historischen Hintergründe der Lagerstätte beschreibt.
5 Hydrochemie von Uran, Arsen und Radium: Detaillierte Analyse der Lösungsverhalten und Konzentrationsverteilungen dieser spezifischen Schadstoffe in den Grubenwässern.
6 Hydrochemische Untersuchungen: Darstellung der Materialbasis, der statistischen Auswertung und der thermodynamischen Modellierung zur Schadstoffentwicklung.
7 Untersuchungen zur Hydrodynamik: Erläuterung der angewandten Tracer- und Temperaturmessmethoden zur Bestimmung der Strömungsdynamik im Grubenbau.
8 Modellvorstellung zur Stoffmobilisierung: Berechnung und Abschätzung der verfügbaren Schadstoffmengen, die durch das Flutungswasser mobilisiert werden können.
9 Schlußfolgerungen: Synthese der Forschungsergebnisse mit einer kritischen Bewertung hinsichtlich künftiger Wasseraufbereitungsmaßnahmen.
Schlüsselwörter
Uranbergbau, Flutung, Hydrogeochemie, Niederschlema, Alberoda, Stoffmobilisierung, Wismut, Schadstoffausbreitung, Grubenwasser, Tracerversuch, Sickerwasser, Sanierung, Geologie, Radium, Arsen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den hydrochemischen und hydrodynamischen Veränderungen im ehemaligen Uranbergwerk Niederschlema/Alberoda infolge der Flutung seit 1991.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit deckt die Bereiche Hydrogeochemie, Stoffmobilisierung, Strömungsdynamik im Grubenbau, Geologie der Lagerstätte sowie die Auswirkungen auf die Umwelt ab.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, Strategien zu finden, um den Schadstoffaustrag nach Abschluss der Flutung zu minimieren und die künftige hydrochemische Entwicklung des Grubenwassers zu prognostizieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden umfassende statistische Auswertungen von Wasseranalysen, thermodynamische Computermodelle (WATEQ4F) sowie Tracerversuche mit Sporen von Lycopodium clavatum zur Strömungsbestimmung eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die geologischen Eigenschaften der Lagerstätte, die Hydrochemie der Schadstoffe (Uran, Arsen, Radium), die statistische Auswertung hydrochemischer Daten und die Modellierung der Stoffmobilisierung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Uranbergbau, Flutung, Hydrogeochemie, Stoffmobilisierung, Grubenwasser und Sanierung.
Warum ist die Flutung des Bergwerks für die Umwelt relevant?
Durch die Flutung gelangen zuvor trockene Gesteinsflächen mit Wasser in Kontakt, was zur Mobilisierung von Schadstoffen (insbesondere Uran, Arsen und Radium) aus dem Bergbaualtbestand führt.
Welche Rolle spielt die Mikrobiologie in der Arbeit?
Mikroorganismen wie Thiobacillus ferrooxidans katalysieren Oxidationsprozesse von Sulfiden, was den pH-Wert senkt und die Freisetzung von Metallen in das Grubenwasser maßgeblich beschleunigt.
- Quote paper
- Dr. Christian Wolkersdorfer (Author), 1995, Hydrogeochemische Verhältnisse im Flutungswasser eines Uranbergwerks – Die Lagerstätte Niederschlema/Alberoda, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/49632
