Die kohlendioxidreichen Grundwässer des Nürnberger Beckens

Die Grundwässer vieler Aquifere im Nürnberger Becken zeichnen sich durch einen überraschend hohen Gehalt an aggressiver Kohlensäure aus. Für das Stadtgebiet von Nürnberg wurde der karbonat- und betonaggressive sowie metallangreifende Charakter des Grundwasser erstmals von SPÖCKER (1964) detailliert beschrieben: An 25 Beobachtungsstellen konnte er Grundwässer mit mehr als 50 mg/l CO2 beobachten, wobei sich die Spitzenwerte am Nürnberger Tiergarten mit 112 mg/l CO2 (bei einer Karbonathärte von nur 3,4° dH) sowie bei der Kläranlage Nord mit 148 mg/l CO2 und 26,6° dH ergaben.

Dies war und ist für die Grundbaupraxis insofern bedeutsam, als daß bereits ein Gehalt von 6 mg/l aggressivem CO2 im Grundwasser auf längere Sicht betonzerstörend wirken kann, vor allem dann, wenn relativ hohe Grundwasser-Fließgeschwindigkeiten und minderwertige Baustoffe zusammentreffen: Generell gilt, daß "je niedriger die Karbonathärte des Wassers und je mehr freie Kohlensäure vorhanden ist", umso stärker die Angriffsfähigkeit des Wassers ist.

Auch die Grundwässer im Raum Feucht-Sperberslohe enthalten aggressive Kohlensäure in oft beträchtlicher Menge: Besonders die Wässer der dortigen Burgsandsteinaquifere gelten wegen ihrer hohen Gehalte an freiem Kohlendioxid als stark betonaggressiv (BERGER 1979). So betragen die Gehalte an freiem CO2 in den Grundwässern der Trinkwasser-Bohrbrunnen der Stadt Fürth in den Waldgebieten zwischen Sperberslohe/Furth und Harrlach 1,1 mg/l bis 48,4 mg/l (BERGER 1969). Ebenso müssen im Gebiet um Roth/Mfr. die -- zur Brauch- und Trinkwassergewinnung aufgeschlossenen -- Grundwässer der oberen Aquifere aufgrund ihrer hohen Gehalte an aggressiver Kohlensäure aufbereitet werden (BERGER 1967).

Die Frage nach der Herkunft der Kohlensäure (vor allem in tiefen Grundwässern) ist eng mit den Beziehungen dieser Wässer zum tektonischen Trennflächengefüge verbunden. So konnte STETTNER (1971) für das nordostbayerische Grundgebirge aufzeigen, daß hier herzynisch streichende Tiefenstörungen als mechanisch wirksame Anlagen für die Zufuhr des juwenilen Kohlendioxids in die Grund- und Mineralwässer angesehen werden können. In früheren Diskussionen über die Herkunft der Kohlensäure stand vor allem die Verknüpfung mit dem tertiären Basaltvulkanismus im Vordergrund; dieser Zusammenhang ist für das nordostbayerische Grundgebirge jedoch nur für den Raum des Mitterteicher Beckens zu erkennen. Auch die Beziehung zur tertiären Bruchtektonik ist nur teilweise zu beobachten (STETTNER 1971).

geol. Karte von Nordbayern

STETTNER führt für das nordostbayerische Grundgebirge die CO2-Zufuhr auf alt angelegte Tiefenstörungen mit radialen Scherklüften zurück, die sowohl in spätvariszischer Zeit als auch im Tertiär zu Torsionen im Schollenbau mit Aufweitungseffekten geführt haben. Über dieses, tief in die Erdkruste hinab reichende Trennflächengefüge konnten Basalte mit CO2-Beteiligung oder Kohlendioxidgase ohne Basalte nach oben bis zur Erdoberfläche vordringen: Noch heute zeigen die Säuerlinge und die Kohlensäure-Austritte im Grundgebirge die CO2-Wegsamkeiten über die tektonisch vorbereiteten Störungs- und Kluftscharen an. Diese vertikalen Verbindungswege haben sich in der Regel schlotartig an den Kreuzungspunkten unterschiedlich streichender Störungen ausgebildet.

Schollentektonische Gliederung und Lage der Mineralquellen im Nordbayerischen Grundgebirge

Auch im Deckgebirge lassen sich für den Aufstieg juweniler Kohlensäure tektonische Beziehungen zu den Kreuzungspunkten tiefreichender Störungszonen feststellen. So beschreibt STETTNER (1971) aus Kondrau/Ofr. eine schmale tertiäre Grabenstruktur innerhalb der Wondreb-Niederung, die von einer herzynisch streichenden Störung gekreuzt wird; in Wiesau ("König-Otto-Bad") können auch Schollentorsionen am Westrand des Mitterteicher Beckens angenommen werden.

Karte der bruchtektonischen Elemente und der Mineralquellen im Nordbayerischen Grundgebirge

Das nordostbayerische Grundgebirge setzt sich unter dem mittelfränkischen Deckgebirge fort, wobei die Grenze zwischen dem (von kristallinen Gesteinen dominierten) Moldanubikum und dem (von Sedimentgesteinen geprägten) Saxothurigikum zwischen den alten Stadtkernen von Nürnberg und Fürth/Bay. anzusetzen ist.

So überrascht es nicht, daß auch im Bereich des Nürnberger Beckens kohlendioxidreiche Quellwässer seit langem bekannt sind. Beispielsweise waren in der -- im Jahre 1912 abgeteuften und 356 m tiefen -- "König-Ludwig-Heilquelle I" in Fürth/Bay. die dort eingebauten schmiedeeisernen Patentrohre durch das kohlendioxidreiche Tiefenwasser innerhalb weniger Jahre vollkommen zerstört worden. Auch das artesisch ausströmende Thermalwasser der benachbarten, im Jahre 1935 erbohrten und 449 m tiefen Espanquelle (vgl. BAIER 2000) weist in seinen Quellgasen relativ hohe Gehalte an Stickstoff und Edelgasen (51,7 Vol.-%) sowie Kohlendioxid (47,3 Vol.-%) auf (BIRZER 1936). Die in den Wässern der Fürther Mineralbrunnen beobachteten hohen CO2-Gehalte führt bereits WURM (1929) auf juvenilen Ursprung aus dem Grundgebirge zurück.

Das dem -- im Nürnberger Becken rund 400 m unter der Erdoberfläche anstehenden -- Grundgebirge entstammende Kohlendioxid scheint auch hier über tektonische Schwächezonen wie Störungen und tiefreichende Kluftscharen seinen Weg bis in die oberen Keuper-Aquifere zu finden. Der Aufstieg des CO2-Gases ist sicherlich in den meisten Fällen stark gehemmt, da selbst tiefreichende Kluft- und Störungssysteme keine guten Wegsamkeiten bieten können. Auch die Ausbreitung durch die Kluft- und Porenräume der verschiedenen Aquifere und Aquicluden, die physikalische Lösung des CO2 im Grundwasser und dessen hierdurch aktiviertes Lösungsvermögen gegenüber mineralischen Stoffen vollzieht sich relativ langsam und räumlich beschränkt.

An tektonisch bedingten Wegsamkeiten ist im Nürnberger Becken vor allem die dominierende Rednitztalstörung mit ihren parallel verlaufenden Störungsbündeln zu nennen. Im Zentralbereich des Beckens fallen weiterhin erzgebirgisch und herzynisch streichende Strukturen auf, welchen die Talverläufe der Pegnitz, der Schwarzach sowie des Hembachs nahezu exakt folgen. Bemerkenswert erscheint auch, daß die große, flachherzynisch streichende und durch hydrothermale Mineralisation charakterisierte Störungszone im Wendelsteiner Höhenzug in südöstlicher Richtung ihre Fortsetzung im Ostteil des Hembachtales findet.

Karte der bruchtektonischen Elemente und des Gewässernetzes im Nürnberger Becken

Das Alter der tektonischen Vorgänge wird -- da weiter im Osten auch die jüngsten Malmschichten von der Verbiegungstektonik noch erfaßt wurden -- von BERGER (1978) und von V. FREYBERG (1969) in die Unterkreide gestellt. Die germanotype Bruchtektonik setzte in verschiedenen Phasen erst in der Oberkreide und im Tertiär ein, wobei im Nürnberger Raum die herzynisch und erzgebirgisch streichenden Brüche vermutlich älter sind als die bisweilen zu beobachtenden rheinisch streichenden Bruchelemente.

* Dr. A. Baier; last update: Mittwoch, 04. März 2009 23:34