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Eiszeitalter

u.

20 — 27

44

Gegenwart

2

Abb.. 3 T a b .

Hannover

1994

Weichselzeitlicher Löß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Rekultivierung im Rheinischen Braunkohlentagebau RAINER SCHMIDT & ARMIN SKOWRONEK*)

W e i c h s e l i a n l o e s s , agriculture reclamation, soil p h y s i c s , soil c h e m i s t r y . Rhine B r o w n c o a l Area

K u r z f a s s u n g : Im R h e i n i s c h e n B r a u n k o h l e n t a g e b a u d e n seit d e m schaftlichen

wer­

19. J a h r h u n d e r t g r o ß e F l ä c h e n der landwirt­ Nutzung e n t z o g e n und nach der Auskohlung

e i n e r W i e d e r n u t z b a r m a c h u n g zugefühlt. Aufgrund d e r rei­ chen Lößvorkommen

in d e r N i e d e r r h e i n i s c h e n B u c h t b e ­

steht die M ö g l i c h k e i t , a g r a r i s c h e Nutzflächen mit guten b o ­ denkundlichen Eigenschaften chung

eines

im

Tagebau

herzustellen. Die Untersu­ Garzweiler

I

anstehenden

getragen werden müssen: hier ist e r das am b e s t e n g e e i g n e t e Rekultivierungsmaterial für die W i e d e r ­ nutzbarmachung der entstandenen B e r g b a u f l ä c h e n . Die im Bereich d e s Rheinischen B r a u n k o h l e n t a g e ­ baus v o r k o m m e n d e n Lösse w e r d e n deshalb ü b e r ­ w i e g e n d zur Herstellung agrarisch genutzten Neu­ landes verfügbar g e m a c h t .

lung d e r R e k u l t i v i e r u n g s e i g n u n g d e r L ö s s e fuhren. A n h a n d

D e r g r o ß t e c h n i s c h e Abbau im R h e i n i s c h e n Revier hat e i n e e r h e b l i c h e Ausdehnung erreicht und s c h o n ü b e r 2 3 0 0 0 ha Land beansprucht (s. A b b . 1 ) . Die bis

der E r g e b n i s s e lassen sich a u c h Rekultivierungs- und B e a r ­

zum J a h r 2 0 2 0 g e p l a n t e und g e n e h m i g t e F ö r d e r u n g

beitungseffekte

wird weitere 1 0 8 5 0 ha Fläche b e n ö t i g e n . Flächen­ bilanzen lassen e r k e n n e n , daß hauptsächlich w i e d e r die Landwirtschaft betroffen sein wird ( T a b . 1). D i e landwirtschaftliche Rekultivierung und das Rekultivierungsmaterial müssen daher auch in Zukunft b e ­ achtet werden.

Lößprofils hältnisse

soll d i e aufzeigen

bodenpbysikalisch/-chemischen und

zu e i n e r differenzierten

Ver­

Beurtei­

in N e u l a n d b ö d e n ( K u l t o s o l e n ) b e s s e r ein­

schätzen.

[Weichselian loess as natural r e s o u r c e for agriculture reclamation in t h e R h i n e B r o w n c o a l Area] A b s t r a c t : S i n c e the 19th c e n t u r y in the Rhine Area large lands are e l i m i n a t e d

Browncoal

for agricultural treatment

a n d r e c l a i m e d after the c o a l - m i n i n g . B e c a u s e o f the a b u n ­ dant loess in the L o w e r R h i n e B a s i n it is p o s s i b l e to reclaim agricultural l a n d s with g o o d soil qualities. Soil physicalsc h e m i c a l p r o p e r t i e s a r e s h o w n by the investigalion

of a

loess profile in the b r o w n c o a l m i n e G a r z w e i l e r 1. It provi­ des a valuation for the a p t i t u d e o f the loess. With t h e s e re­ sults it is e v e n p o s s i b l e to e v a l u a t e the effects o f the recla­ mation a n d l a n d s t r e a t m e n t .

1 Einleitung Unter den mineralischen Rohstoffen spielt der pleistozäne Löß w e r t e m ä ß i g e i n e untergeordnete Rolle, da er im w e s e n t l i c h e n nur in der Ziegelherstellung V e r w e n d u n g findet ( E G G E R T et al. 1 9 8 6 : 3 5 6 ) . G r o ß e

Bedeutung erlangt er j e d o c h dort, w o man andere o b e r f l ä c h e n n a h e Lagerstätten im T a g e b a u ausbeutet und dazu vorher wertvolle A c k e r b ö d e n aus Löß ab*) Anschrift d e r Verfasser: Dipl.-Ing. Agr. R. SCHMIDT u n d Prof. Dr. A. SKOWRONEK, Institut für B o d e n k u n d e d e r Uni­ versität, Abt. E x p e r i m e n t e l l e

Bodenkunde.

N u ß a l l e e 13,

53115 Bonn *) Erweiterte F a s s u n g e i n e s Vortrags d e s Erstautors a m 16. S e p t e m b e r 1992 in Kiel a n l ä ß l i c h d e r 2 6 . J a h r e s t a g u n g der Deutschen

Quartärvereinigung.

Nach den "Richtlinien des L a n d e s o b e r b e r g a m t s Nordrhein-Westfalen für das Aufliringen von kultur­ fähigem B o d e n m a t e r i a l bei landwirtschaftlicher R e ­ kultivierung für die im Tagebau b e t r i e b e n e n Braun­ k o h l e n w e r k e " sollen nur die zuoberst a n s t e h e n d e n L ö ß l e h m e , also die holozänen, n i c h t - h y d r o m o r p h e n O b e r f l ä c h e n b ö d e n , und der darunter folgende kalk­ haltige W e i c h s e l l ö ß verwendet werden ( L A N D E S O B E R B E R G A M T N W 1 9 7 3 ) . Die G e w i n n u n g erfolgt mit Schaufelradbaggern in einer Mächtigkeit von 4 bis 6 m. Dann wird das Bodenmaterial auf Förder­ b ä n d e r n zum Bestimmungsort transportiert und dort verkippt. Unmittelbar nach der Planierung beginnt die landwirtschaftliche Erstbewirtschaftung. D i e s o hergestellten K u l t o s o l e (vgl. AG B O D E N K U N D E 1 9 8 2 : 2 6 2 - 2 6 3 ) werden durch den B e r g b a u t r e i b e n d e n für etwa 7 J a h r e zwischenbewirtschaftet, b e v o r sie d e r Bodenschätzttng unterzogen werden. Da Entwicklung und Bewertung rekultivierter L ö ß b ö d e n in m e h r f a c h e r Hinsicht problematisch werden können ( S C H R Ö D E R & S T E P H A N & SCHULTEK A R R I N C . 1 9 8 5 ) , a u f d e r anderen Seite a b e r bisher nur s e h r wenige Qualitätsuntersuchungen von anste­ h e n d e n Lössen vorliegen, soll im folgenden der Fra­ g e n a c h g e g a n g e n werden, wieweit primäre L ö ß ­ m e r k m a l e die Eigenschaften und die Entwicklung


W e i c h s e l z e i t l i c h e r L ö ß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Rekultivierung im R h e i n i s c h e n Braunkohlentagebau

21

Abb. 1: A u s d e h n u n g d e s R h e i n i s c h e n B r a u n k o h l e n t a g e b a u s und l i n k s r h e i n i s c h e L ö ß v e r b r e i t u n g . T a b . 1: F l ä c h e n b i l a n z im R h e i n i s c h e n B r a u n k o h l e n r e v i e r für 1 9 9 0 u n d 2 0 2 0 in ha (aus S T A R K E 1 9 9 0 : 9 )

Landwirt­ schaft

Forstwirt­ schaft

15 320 6 490

6 350 6 270

23 000 15 010

8 580 8 990

sonstige Flächen

Summe

70 600

1 460 1 010

23 200 14 370 8 830

80 740

2 390 1 260

34 0 5 0 26 000 8 050

Wasser­ flächen

Stand: 1.1.1990 Landinanspruchnahme Wiedernutzbarmachung Betriebsfläche Stand: 1.1.2020 Landinanspruchnahme Wiedernutzbarmachung Betriebsfläche

junger Kultosole zu beeinflussen vermögen. D a z u werden b o d e n p h y s i k a l i s c h e und b o d e n c h e m i s c h e Untersuchungsergebnisse vorgestellt, die an e i n e m für die Rekultivierung v o r g e s e h e n e n Löß g e w o n n e n wurden. Ü b e r den V e r g l e i c h mit G e m i s c h e n aus Lößlehm u n d carbonathaltigem Löß, mit K u l t o s o l e n aus Löß u n d mit h o l o z ä n e n L ö ß b ö d e n erfolgt d a n n eine differenzierte B e w e r t u n g der Rekultivierungs­ eignung des untersuchten W e i c h s e l l ö s s e s . 2 D e r Löß im Tagebau Garzweiler I Der Aufschluß von G a r z w e i l e r liegt im n ö r d l i c h e n

Teil e i n e r z u s a m m e n h ä n g e n d e n L ö ß d e c k e , die zwi­ s c h e n Krefeld, B o n n und A a c h e n dreiecksförmig die südliche Niederrheinische B u c h t erfüllt (s. A b b . 1 u. K L O S T E R M A N N 1992: Abb. 2 8 ) . Am Nordoststoß er­ kennt m a n e i n e m e h r o d e r w e n i g e r g l e i c h b l e i b e n d e Mächtigkeit des h a n g e n d e n Lösses von 8 bis 10 m. Die S e d i m e n t e liegen hier unmittelbar d e n g r o b e n Quarzschottern einer Hauptterrasse des Rheins a u f Veifärbungshorizonte u n t e r der h o l o z ä n e n Par a b r a u n e r d e zeigen an, d a ß die Lößakkumulation mehrfach von einer B o d e n b i l d u n g u n t e r b r o c h e n wurde. An einigen Stellen w u r d e eine fossile, w a h r -


22

RAINER SCHMIDT & ARMIN

scheinlich die e e m z e i d i c h e Parabraunerde gefun­ den, w e l c h e im S a a l e l ö ß , a b e r a u c h im liegenden Rheinschotter entwickelt ist. D e r Lößvorrat im T a g e ­ bau Garzweiler I wird auf 180 Mio. m veranschlagt

SKOWRONEK

-640

C

hell gelblich b r a u n e r ( 1 0 Y R 6 / 6 ) , c a r b o n a t r e i c h e r , mittel lehmiger Sehluff; Kohärent­ gefüge

- 700

2.fGoC

hell gelblich b r a u n e r ( 1 0 Y R 6 / 8 ) , c a r b o n a t r e i c h e r , stark lehmiger Sehluff. o b e n stark kryoturbat verwürgt; z. T. s c h w a c h plattiges Gefiige

- 745

GoCv

gelblich b r a u n e r ( 1 0 YR 5 / 6 ) , carbonatreicher, stark lehmi­ ger Sehluff, stellenweise MnKonkretionen; Kohärentgefüge

- 780

GroCv

gelblich b r a u n e r ( 1 0 YR 5 / 6 ) , carbonathaltiger, stark lehmi­ ger Sehluff, F e - und Mn-Konkretionen; Kohärentgefüge

3

( H Ö C H T 1990:

Tab.

3).

Die B e p r o b u n g des L ö ß p a k e t e s erfolgte an einer Stelle, die wenig später zur G e w i n n u n g von Rekulti­ vierungsmaterial a b g e b a u t w u r d e und die keinen fossilen Bt-Horizont aufwies, die also im Sinne des L A N D F - S O B L R B E R G A M T S NW ( 1 9 7 3 ) nur Lößlehm und kalkhaltigen Löß enthielt. Das Profil, dessen O b e r ­ fläche bei 9 4 m ü. NN lag und ackerbaulich genutzt wurde, war wie folgt aufgebaut. Tiefe cm

Horizont

0-33

Ap

dunkelbrauner ( 1 0 YR 3 / 4 ) , carbonatfreier, stark lehmiger Sehl uff Krümelgefüge

-

Bt

mattbrauner ( 7 . 5 Y R 5 / 4 ) , carbonatfreier, stark lehmiger Sehluff, deutliche T o n a n r e i ­ cherung: Polyedergefüge

- 860

3.fBv

hellbrauner ( 7 . 5 Y R 5 / 8 ) , stark lehmiger Sehluff; durch Umlagerting beeinflußtes Kohärent­ gefüge

Bvt

hellbrauner ( 7 . 5 Y R 4 / 6 ) . carbonatfreier. stark lehmiger Sehluff; sehr s c h w a c h aus­ geprägtes Polyedergefüge

> 860

HC

Schotter der Rheinhaupttemisse

60

-IIS

Kurzbeschreibung

-178

Bbt

brauner (7.5 Y R 4 / 6 ) , carbonat­ freier, stark lehmiger Sehluff, mit T o n b ä n d e r n ; Subpolyedergefüge

- 190

Bv

gelblich brauner ( 1 0 Y R 5 / 6 ) , carbonatfreier, stark lehmi­ ger Sehluff; Subpolyedergefüge

- 280

C

gelblich brauner ( 1 0 Y R 5 / 6 ) , carbonatreicher, mittel lehmi­ ger Sehluff, an Basis kryoturbat verwürgt; Kohärentgefüge

- 375

f .fGcoCv

hell gelblich brauner ( 1 0 Y R 6 / 6 ) , carbonatreicher, mittel lehmiger S e h l u f f mit Sekun­ därkalk angereichert; an der Grenzfläche zum H a n g e n d e n mit s c h w a c h plattigem Gefüge

- 400

GcoC

hell gelblicher brauner ( 1 0 Y R 6 / 6 ) , carbonatreicher, mittel lehmiger Sehluff, z. T. deutli­ c h e Fe-Konkretionen; Kol lärentgefüge

Der unterste fossile Horizont (3,fBv) würde in der stratigraphischen Gliederung v o n P A A S ( 1 9 6 8 : T a b . 2) einer "braunerdeartigen B o d e n b i l d u n g " der älte­ ren Weichselzeit entsprechen, die darunter auch n o c h H u m u s z o n e n aufweisen kann. D i e hangenden fossilen B o d e n h o r i z o n t e sind d a n a c h genetisch als Tundragleye a n z u s p r e c h e n und g e h ö r e n s o w o h l zum älteren als a u c h zum jüngeren W e i c h s e l l ö ß . D a ß an der P r o b e n e n t n a h m e s t e l l e in Garzweiler I nicht die m a x i m a l mögliche Anzahl fossiler W e i c h ­ s e l b ö d e n erhalten ist, zeigen Sammelprofile aus d e m Rheinland v o n B R Ü N N A C K E R & H A H N ( 1 9 7 8 : Abb. 1) mit 3 H u m u s z o n e n an der Basis, gefolgt von 2 bis 3 V e r b r a u n u n g s z o n e n und 3 N a ß b ö d e n . In der über­ regionalen stratigraphischen Korrelation von R I C K E N ( 1 9 8 3 : Abb. 1 1 ) k ö n n t e der 3.fBv-Horizont identisch sein mit d e m Niedervellmarer B o d e n k o m p l e x (Mit­ telweichsel) N o r d h e s s e n s bzw. S ü d n i e d e r s a c h s e n s , der 2. fossile G l e y mit d e m Kirchberger B o d e n (ebenfalls Mittelweichsel) oder bereits mit einem der J u n g w e i c h s e l - N a ß b ö d e n , d e n e n zumindest der 1. fossile G-Horizont angehören dürfte. Mangels geeig­ neter Zeitmarken (Eltviller Tuff) k a n n das aber nicht sicher e n t s c h i e d e n werden. 3 Laboranalytische Kennzeichnung Da rekultivierte B ö d e n in ihrer Leistungs- und Ertragsfähigkeit g e w a c h s e n e n B ö d e n e n t s p r e c h e n sol-


Weichselzeitlicher Löß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Rekultivierung im Rheinischen Braunkohlentagebau

23

Tiefe

in c m

Korngrößenverteilung

Fe ,Fe 0

Fe /Fe

d

Q

d

m

0

100

Bt Bvt Bbt

200-

300

gu

mU

Bv

|-[IJ r

400

l.fGcoCv GcoC

500

C 600

2.fGoC

I

700

GoCv GroCv

800

3.fBv 0%

20%

40%

60%

80%

2%o

6%o

10%o

0,1 0 , 2 0 , 3 0 , 4

A b b . 2 : T i e f e n f u n k t i o n e n d e r K o r n g r ö ß e n , d e s r ö n t g e n a m o r p h e n ( F e ) u n d g e s a m t e n freien E i s e n s ( F e ) s o w i e Akti­ vitätsgrad ( F e / F e | ) d e s Profils G a r z w e i l e r 0

0

c l

t

len ( L A N D E S O B E R B E R G A M T NW 1 9 7 3 ) , wird das Rekul­ tivierungsmaterial, hier W e i c h s e l l ö s s e , mit den glei­ c h e n Methoden untersucht w i e Naturböden. Im fol­ g e n d e n w e r d e n d a h e r die E r g e b n i s s e einiger b o d e n physikalischer und - c h e m i s c h e r Standardanalysen des Lößprofils Garzweiler mitgeteilt. 3.1 B o d e n p h y s i k a l i s c h e E i g e n s c h a f t e n

auch durch unterschiedliche Grobschluffanteile ( g U ) angezeigt. D i e Bodenart bleibt a b e r immer ein lehmiger Sehluff (Ul). Der G r o b s c h l u f f dominiert a b ­ solut, s e i n e mengenmälsfge Verringerung geht zu­ mindest in der h o l o z ä n e n Parabraunerde ("Löß­ lehm") und im 2. fossilen B o d e n (Tundragley) a u f p e d o g e n e T o n b i l d u n g zurück. Dafür spricht a u c h der Verlauf des dithionitlöslichen Eisens ( F e ) , w ä h r e n d die oxalatlösliche Fraktion ( F e ) die p e d o c h e m i s c h e T o n b i l d u n g nicht m e h r so stark n a c h ­ zeichnet, vermutlich weil das r ö n t g e n a m o r p h e F e p o s t p e d o g e n gealtert ist (vgl. dazu B R O N G E R 1 9 7 4 ) . D e r sog. Aktivitätsgrad des B o d e n e i s e n s , a u s g e ­ drückt durch das Verhältnis von F e zu F e , ist des­ halb im h o l o z ä n e n Lessive am h ö c h s t e n . Die von den Sedimentationsbedingungen, v o n s e ­ kundären U m l a g e r u n g e n und v o n B o d e n b i l d u n g e n verursachten I n h o m o g e n i t ä t e n der T e x t u r hat a u c h H E I D E ( 1 9 5 4 : 3 9 - 5 5 ) an zwei Aufschlüssen und a n vier T r o c k e n b o h r u n g e n im b e n a c h b a r t e n T a g e b a u Fortuna b e s c h r i e b e n . Trotzdem erweist sich die K o r n g r ö ß e n z u s a m m e n s e t z u n g w e g e n der h o h e n Schluffgehalte ( > 6 0 % ) hier als s e h r günstig für die Rekultivierung. Im T a g e b a u I n d e n werden v o n H Ö C H T (1990: T a b . 2) im W e i c h s e l l ö ß (Schicht 3 u. 4 ) und in d e n aufliegenden Kolluvien vergleich­ bare B o d e n a r t e n festgestellt. d

G

D e r Aufnahme b o d e n p h y s i k a l i s c h e r Parameter k o m m t erhöhte B e d e u t u n g zu, weil diese die b o ­ d e n c h e m i s c h e n und - b i o l o g i s c h e n Eigenschaften beeinflussen k ö n n e n , und weil im Icheinischen Braunkohlenrevier außer Korngrößenanalysen u. W. bisher k e i n e weiterführenden bodenphysikali­ s c h e n Untersuchungen an Lößprofilen durchgefühlt wurden (vgl. H E I D E 1954: 9 3 - 9 4 od. H Ö C H T 1 9 9 0 : Tab. 2).

Körnung Die Korngröfsenverteilung im Profil Garzweiler s p i e ­ gelt sowohl die g e o l o g i s c h e Entwicklung der Lösse als auch deren p e d o g e n e t i s c h e Überprägung w i d e r (Abb. 2 ) . Periglaziale und kolluviale Umlagerungen w e r d e n durch w e c h s e l n d e Sandgehalte ( S ) , a b e r

( )

Q

d


24

RAINER SCHMIDT & ARMIN SKOWRONEK

Tab.

2: B o d e n p h y s i k a l i s c h e P a r a m e t e r

Horizont

Tiefe

Lagerungs­ dichte

cm

g/cm

Gesamtporenvolumen

Poren > 50//m

3

Poren 50-10/ym

Poren < 10-0,2/vm

Poren <0,2j/m

Ges. Wasserleit­ fähigkeit cm/d

Vol.-%

33

1,44

49,7

13,6

5,5

18,7

11,9

60

1,55

44,2

6,8

4,3

18,4

14,7

55,3

Bvt

- 115

1,50

46,7

6,0

5,6

22,5

12,6

32,8

0-

Ap Bt

-

76,9

Bbt

- 178

1,41

51,4

8,0

9,3

23,3

10,8

77,8

Bv

- 190

1,34

55,9

11,1

13,9

20,9

10,0

267,8

c

- 280

1,41

52,7

7,9

13,0

22,2

9,6

22,6

1TGcoCv

- 375

1,46

52,2

5,7

8,6

28,0

9,9

25,1

fGcoC

- 400

1,40

54,3

7,1

14,4

25,0

7,8

24,2

C

- 640

1,44

54,6

7,2

11,9

29,0

6,5

17,3

3,9

6,6

34,2

9,1

14,7

2.fGoC

- 700

1,51

53,8

fGoCv

- 745

1,48

49,2

3,0

3,2

31,9

11,1

18,1

fGroCv

- 780

1,56

45,6

4,1

4,4

25,3

11,8

19,9

3.fBv

- 860

1,55

46,0

3,8

8,9

23,1

10,2

57,0

Lagerungsdicht

e 3

Sie reicht von 1,34 bis 1,56 g / c m (Tab. 2 ) u n d liegt damit in e i n e m Bereich, der für Lösse mit e i n e m K o r n v e r t e i l u n g s m a x i m u m bei 3 0 um D u r c h m e s s e r typisch ist (vgl. R O H D E . N B U R G & M E Y E R 1966: 'Lab. 8 ) . Die HohlraLtmveränderungen g e g e n ü b e r der l o c k e r ­ sten Schüttung ( 1 , 3 4 g / c m ) g e h e n auf S a c k u n g s ­ u n d Einlagerungsverdichtung zurück, sicher w e r d e n aber a u c h K o m p a k t i e r u n g e n infolge Kiyottirbation zu berücksichtigen sein. Zumindest für den l.fGcoCv- u n d den 2.fGoC-Horizont ist d i e s e auch m a k r o s k o p i s c h im Aufschluß n a c h z u w e i s e n (s. o . ) . E b e n s o erzeugte der W e c h s e l von Gefrieren und AuftaLten ü b e r Preß- und K n e t v o r g ä n g e VerdichtLingen, w e l c h e die unterschiedlichen R a u m g e w i c h t e L i n t e r h a l b der h o l o z ä n e n Parabraunerde b e d i n g e n . In letzterer h a b e n T o n d u r c h s c h l ä m m u n g L i n d B o ­ d e n b e a r b e i t u n g zu einer E r h ö h u n g der Lagerungsdiehten beigetragen. Ä h n l i c h e Lagerungsclichten sind aus der Normandie bekannt, w o die D i c h t e t r o c k e n e r Lösse zwischen 1,38 und 1,69 g / c m , die nasser Lösse zwischen 1,60 und 2,04 g / c m s c h w a n k t 3

3

3

( L A U T R I D O U & M A S S O N & V O I M E N T 1987:

18).

Unter B e r ü c k s i c h t i g u n g d e s T o n g e h a l t e s k a n n die effektive Lagerungsdichte rechnerisch ermittelt wer­ den aus: Ld ff = Ld + 0 , 0 0 9 T (Ld = Lagerungsdichte; e

T = T o n g e h a l t ) (AG B O D E N K U N D E : 1982: 1 2 8 ) . Für

das

Profil G a r z w e i l e r e r g e b e n sich daraus W e r t e von 1.50 ( B v Li. I G c o C ) bis 1,75 ( B t ) .

als auch im G e s a m t p o r e n v o l u m e n z. T. e r h e b l i c h e vertikale Unterschiede e r k e n n e n . Die sekundär ent­ s t a n d e n e n G r o b p o r e n ( D u r c h m e s s e r > 10 um, p F < 2,5) b e s i t z e n im Bv-Horizont des H o l o z ä n b o d e n s ein Maximum, mit 6,2 % im GoCv-Horizont (2,f) ein Minimum. Generell nimmt dieser für die Wasserleit­ fähigkeit wichtige Porenanteil mit z u n e h m e n d e m Alter der Lösse ab. D i e geringeren Gehalte im B t und Bvt-Horizont der Parabraunerde sind d a g e g e n durch Einlagerung von T o n in die G r o b p o r e n zu er­ klären. Eine gegenläufige T e n d e n z ist b e i den Mittelporen ( D u r c h m e s s e r 10 - 0,2 um, p F 2,5 - 4,2) festzustellen, w ä h r e n d die Gehaltsunterschiede der F e i n p o r e n ( D u r c h m e s s e r < 0,2 um, pF > 4,2) offensichtlich w i e ­ der mit d e n jeweiligen T o n a n t e i l e n k o r r e s p o n d i e r e n (vgl. A b b . 2). Der für die Wasserversorgung von Kul­ turpflanzen e n t s c h e i d e n d e mittlere P o r e n b e r e i c h scheint d a g e g e n m e h r v o m p e d o g e n e t i s c h e n Zu­ stand b z w . vom Kalkgehalt a b z u h ä n g e n : das l o c k e ­ re SchüttLingsgrundgefüge v o n Lössen erzeugt w e ­ gen der h o h e n (Grob-)Schluffmengen auch e i n e n verhältnismäßig g r o ß e n Mittelporenraum, der dtirch primäres u n d / o d e r s e k u n d ä r e s Carbonat s o w i e durch T o n stabilisiert wird. Nur m e c h a n i s c h e Durch­ k n e t u n g b e i höherer F e u c h t e führt zur Reduktion dieses Hohlraumanteils. Damit k ö n n e n Lösse stärker komprimiert w e r d e n als a n d e r e L o c k e r s e d i m e n t e ( R O H D E N B U R G & M E Y E R 196:

Gesättigte P o r Li n g Sie läßt s o w o h l in allen W a s s e r s p a n n u n g s b e r e i c h e n

98).

Wasserleitfähigkeit

Als Materialeigenschaft hängt die Wasserleitfähig­ keit des B o d e n s sehr stark von Porenform und -kon-


Weichselzeitlicher Löß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Rekultivierung im Rheinischen Braunkohlentagebau

tinuität a b , s o d a ß vor a l l e m die Boclenstruktur bzw. die A u s p r ä g u n g der S e k u n d ä r p o r e n ü b e r die H ö h e der Permeabilität e n t s c h e i d e n . Die LJnterschiede der vertikalen gesättigten Wasserleitfähigkeit im Profil Garzweiler stehen in deutlicher B e z i e h u n g zu d e n jeweiligen S u m m e n a n t e i l e n der schnell ( D u r c h m e s ­ ser > 50 p m ) und der langsam ( D u r c h m e s s e r 50 - 10 p m ) d r ä n e n d e n G r o b p o r e n , d o c h nicht gleich­ mäßig, weil auch d e r e n Kontinuität v e r s c h i e d e n ist. Das e r k e n n t man u. a. an der sehr h o h e n , mehrfach gemessenen Permeabilität des h o l o z ä n e n Parabraunerde-Bv-Horizontes (267,8 c m / d ) , welche um d e n Faktor 3,4 b z w . 18,2 größer als die zweit­ h ö c h s t e ( 7 7 , 8 c m / d ) b z w . die niedrigste ( 1 4 , 7 c m / d ) Wasserleitfähigkeit ist. A u c h eine G e g e n ü b e r s t e l ­ lung v o n Permeabilität u n d P o r e n d u r c h m e s s e r > 50 pm b e l e g t die vertikalen Porendiskontinuitäten. Insgesamt g e s e h e n s c h e i n e n die boclenphysikalis c h e n Eigenschaften v o n Profil Garzweiler ü b e r w i e ­ g e n d p e c i o g e n o d e r postgenetisch e r w o r b e n zu sein, da die A k k u m u l a t i o n e n carbonathaltigen Lösses m e n g e n m ä ß i g s o viel Grobschluffkomponenten enthielten, d a ß v o n e i n e r weitgehend h o m o g e n e n Primärdisposition der S e d i m e n t e a u s g e g a n g e n wer­ d e n k a n n . Die Erkenntnis, d a ß mächtige L ö ß d e c k e n d e n n o c h b o d e n p h y s i k a l i s c h differenziert sind, er­ weist sieh auch in der Praxis als sehr nützlich (vgl. z. B . H A S E & M E Y E R 1969, MASSON

&

3-2

VOIMENT

L I T T 1980

od.

LALTRIDOU

&

1987).

Bodenchemische Eigenschaften

Die m e n g e n m ä ß i g v o n d e n Liefergebieten abhängi­ gen und w ä h r e n d der ä o l i s c h e n Ablagerung h o m o ­ genisierten L ö ß k o m p o n e n t e n ( T I L L M A N N S & B R U N N ­ A C K E R 1987: 5 3 ) alterieren in B o d e n b i l d u n g s p h a s e n , w e l c h e vor allem durch Carbonatmetabolik ausge­ z e i c h n e t sind. T i e f e r r e i c h e n d e Silikatverwitterung ist j e d o c h an das A b s i n k e n der Kalkgrenze g e b u n d e n ( R O H D E N B U R G & M E Y E R 1966:

72).

Im Profil Garzweiler lassen sich daher verschieden stärke Intensitäten der P e d o g e n e s e am C a C O ^ - G e halt a b l e s e n ( T a b . 3 ) . D a b e i m u ß aber a u c h die Mög­ lichkeit e i n e r Bildung v o n S e k u n d ä r c a r b o n a t in B e ­ tracht g e z o g e n werden, w a s auch s c h o n b e i der feldb o d e n k u n d l i c h e n Unterstichung g e s c h a h . D e m z u ­ folge sind die pH-Werte ( C a C l ) in der entkalkten, a b e r a c k e r b a u l i c h gentitzten (!) O b e r f l ä c h e n p a r a b r a u n e r d e niedriger als in den primär kalkhaltigen bzw. s e k u n d ä r mit C a C O * a n g e r e i c h e r t e n F o s s i l b ö ­ den. D i e kleineren G e h a l t e im 2. fossilen Tundragley s p r e c h e n z u s a m m e n mit einer h ö h e r e n effektiven Kationenaustauschkapazität für eine intensivere Mi­ neralverwitterung und V e r l e h m u n g , w a s a u c h durch die verstärkte T o n b i l d u n g und F.isenfreisetzung un­ terstrichen wird (s. Abb. 2 ) . Das läßt m ö g l i c h e r w e i s e eine stratigraphische Z u o r d n u n g in das Mittelwürm 2

25

( K i r c h b e r g e r B o d e n ?) zu, weil in d i e s e m Abschnitt die p e d o g e n e Ü b e r p r ä g u n g mit der Lößakktimulatio n Schritt halten k o n n t e (vgl.

ROHDENBURG

&

MEYER

1966: 3 D . D i e K A K f ist nicht b e s o n d e r s hoch. B e i e i n e r h o h e n Basensättigung von w e i t ü b e r 9 0 % bleibt sie in allen H o r i z o n t e n der h o l o z ä n e n Parabraunerde relativ ge­ ring. Immerhin w e r d e n in "Braunerden hoher B a s e n s ä t t i g u n g aus W ü r m l ö ß " und in fossilen L ö ß b ö d e n S-Werte b i s zu 27 m v a l / 1 0 0 g erreicht (vgl. H E I D E 1954: 8 4 - 1 0 0 ) . D o c h zeigt die H E i D E s c h e B o d e n t y p e n k a r t e des A b b a u g e b i e t e s Fortuna-Nord a u c h , d a ß trotz g l e i c h b l e i b e n d e r B o d e n a r t (feinsancliger L e h m ) e r h e b l i c h e Standortunterschiede beste­ hen, die sich typologisch und b o d e n c h e m i s c h aus­ w i r k e n , Lind die d i e R e k L t l t i v i e r u n g s e i g n u n g b e g r e n ­ zen können. e f

W a s die Gehalte a n o r g a n i s c h e r Substanz im Profil G a r z w e i l e r betrifft, s o zeigt sich die zu erwartende A b n a h m e mit z u n e h m e n d e r Entfernung von der h e u t i g e n Oberfläche. I n d e n F o s s i l b ö d e n dürfte der nicht mineralisierte H u m u s fest an die Tonfraktion g e b u n d e n sein. 4 Beurteilung d e r Rekultivierungseignung Im R h e i n i s c h e n B r a u n k o h l e n t a g e b a u w e r d e n große F l ä c h e n d e r landwirtschaftlichen Nutzung e n t z o g e n unci n a c h Auskohlting e i n e s T a g e b a u s rekultiviert (s. T a b . 1 ) . Für eine o r d n u n g s g e m ä ß e Rekultivierung ist s o w o h l eine ausgereifte T e c h n i k als a u c h die g e n a u e B e u r t e i l u n g der zur Verfügung s t e h e n d e n B o d e n ­ materialien notwendig. Ersteres besteht in e i n e r g e ­ t r e n n t e n Ab- und ÄLiftragLing verschiedenartiger Re­ kultivierungsmaterialien s o w i e in e i n e r s c h o n e n d e n Umlagerung. Die B e u r t e i l u n g der B o d e n - b z w . Sedi­ menteigenschaften m u ß sieh zunächst a m V e r w e n ­ d u n g s z w e c k der Neulandflächen orientieren. Für ei­ n e landwirtschaftliche Nutzung m ü s s e n d a h e r die Anforderungen von K L i l t u r p f l a n z e n h e r a n g e z o g e n w e r d e n . Neben quantitativen kommt a u c h d e n qua­ litativen Parametern b e s o n d e r e B e d e u t u n g ZLI, die d u r c h die Rekultivierungstechnik in h o h e m Maße negativ beeinflußt w e r d e n können. D a L ö s s e im all­ g e m e i n e n gut k o m p r i m i e r b a r sind u n d z u d e m der Rekultivierungserfolg u n d damit auch d e r W e r t die­ ser K u l t o s o l e in erster Linie an den b o d e n p h y s i k a l i s c h e n Eigenschaften b e m e s s e n wird (vgl. S C H R Ö D E R 1 9 8 8 ) , sind diese P a r a m e t e r im G e g e n s a t z zu den b o d e n c h e m i s c h e n u n d -biologischen v o n b e s o n ­ d e r e r Relevanz. Für d a s Lößprofil G a r z w e i l e r schwankt die rechne­ risch ermittelte effektive Lagerungsclichte (AG B O D E N K U N D E 1982: 1 2 5 - 1 2 8 ) zwischen 1,50 g / c m 3 u n d 1,75 g / c m 3 und ist damit ausschließlich in die K l a s s e Ld3 (mittel) e i n z u o r d n e n . Die W e r t e der ge-


26

RAINER SCHMIDT & ARMIN SKOWRONEK

Tab. 3 : Bodenchemische Parameter

Horizont

Tiefe

pH (CaCI )

CaC0

3

c

KAK

^org

eff

Ca + +

2

cm

Ap

0-

33

%

6,32

Kationen-Belegung Mg + +

-

K+

Na +

mval/IOOg

%

0,9

10,1

8,2

0,4

0,6

0,1

Bt

- 60

6,63

-

0,3

11,7

10,0

0,6

0,4

0,1

Bvt

- 115

6,80

-

0,1

11,0

9,3

0,7

0,2

0,1

Bbt

- 178

6,92

-

0,1

9,7

8,2

0,8

0,2

0,1

1,1

0,2

0,1

Bv

- 190

7,02

-

0,1

10,8

9,0

C

- 280

7,80

14,5

0,1

10,4

10,8

0,8

0,2

0,1

1 .fGcoCv

• 375

7,84

16,9

0,1

10,7

11,9

0,9

0,2

0,1

fGcoC

-400

7,85

19,2

0,1

9,1

10,4

0,9

0,1

0,1

C

- 640

7,85

16,7

0,1

8,8

10,2

0,9

0,2

0,1

2.fGoC

- 700

7,87

13,6

0,1

11,8

11,9

1,4

0,2

0,2

fGoCv

- 745

7,80

10,4

0,1

13,0

12,5

1,7

0,2

0,2

fGroCv

- 780

7,80

4,9

0,1

13,6

12,8

2,0

0,2

0,2

3.fBv

- 860

7,57

-

-

11,4

9,3

2,0

0,2

0,1

sättigten Wasserleitfähigkeit sind n a c h A G B O D E N ­ K U N D E ( 1 9 8 2 ; 1 5 3 ) für d e n carbonathaltigen Weich­ s e l l ö ß als mittel, für d e n carbonatfreien Löß (mit A u s n a h m e d e s Bvt-Horizontes) als h o c h bis sehr h o c h zu klassifizieren. Als weiteres Merkmal zur Charakterisierung des B o d e n g e f ü g e s ist d i e nutzba­ re Feldkapazität anzuführen ( P o r e n d u r c h m e s s e r 5 0 0 , 2 p m ) . Dieser Porenanteil variiert z w i s c h e n 2 2 , 7 % (Bt-Horizont) tind 4 0 , 9 % (liegender C-Löß des 1. Tundragleys). Für e i n e effektive Durchwurzelungstiefe von 1 0 d m resultieren daraus nutzbare Feldkapazitäten von 2 2 7 bis 4 0 9 mm, w e l c h e nach der fünfstufigen Skala ( A B B O D E N K U N D E 1 9 8 2 : 1 5 0 ) als s e h r h o c h e i n g e o r d n e t werden. O b w o h l b o d e n p h y s i k a l i s c h e und a u c h b o d e n c h e ­ m i s c h e Linterschiede i m Lößprofil G a r z w e i l e r fest­ zustellen sind, diese a b e r nur z. T. in der Klassifizie­ rung zum Ausdruck k o m m e n (s. o.), e r w e i s e n sich alle untersuchten Horizonte als gut bis s e h r gut ge­ e i g n e t e s Rekultivierungsmaterial. D a d e r i m Rheini­ s c h e n B r a u n k o h l e n t a g e b a u a n s t e h e n d e Weich­ sellöß in einer Mächtigkeit von jeweils 4 bis 6 m ab­ getragen wird, entsteht ein G e m i s c h , dessen Primäreigenschaften v o n d e n ungestörten holozä­ nen B ö d e n und carbonathaltigen L ö s s e n sowie se­ kundär durch die Mischung u n d U m l a g e r u n g b e ­ stimmt werden. Unterstellt man aus qualitativer und quantitativer (!) Sicht e i n e h o m o g e n e Mischung, s o ist dieses L ö ß - B o d e n - G e m i s c h e b e n s o w i e die ein­ z e l n e n Horizonte d e s Profils Garzweiler für einen Kulturpflanzenstandort als gut g e e i g n e t zu beurtei­ len. D u r c h d e n Vergleich d e r vorliegenden Ergebnisse mit Kultosolen unterschiedlicher B e w e r t u n g ( S C H R Ö ­ D E R 1 9 8 8 : T a b . 2 u. 3 ; S C H R Ö D E R & S T E P H A N & S C H U L -

1 9 8 5 : T a b . 2 ) ist festzustellen, d a ß die Bodenstruktur durch d a s Umlagerungsverfahren in­ tensiv gestört w e r d e n kann. Die m e c h a n i s c h e B e l a ­ stung und vor allem die durch h o h e B o d e n f e u c h t i g ­ keit verminderte Stabilität der L ö ß - B o d e n - G e m i s c h e führt zu einer Reduzierung des G e s a m t p o r e n v o l u m e n s bis auf 3 5 . 1 % ( S C H R Ö D E R 1 9 8 8 : T a b . 2 ) . Mit der v o r l i e g e n d e n differenzierten Untersuchung des un­ g e s t ö r t e n W e i c h s e l l ö s s e s wird e r k e n n b a r , d a ß ungünstige B o d e n e i g e n s c h a f t e n v o n Kultosolen nicht ausschließlich auf eine u n s a c h g e m ä ß e Rekulti­ vierungstechnik o d e r fehlerhafte B o d e n b e a r b e i t u n g zurückzuführen sind, sondern d u r c h a u s mit den Primäreigenschaften d e r Lösse erklärt w e r d e n kön­ nen. S o weisen S C H R Ö D E R & S T E P H A N & S C H I T . T E - K A R R I N G ( 1 9 8 5 : Tali. 2 : Profil 2 ) ein schlecht rekultivier­ tes Profil mit e i n e m G r o b p o r e n v o l u m e n v o n 6 , 2 % aus, das genau d e m W e r t des fGoCv-Horizontes im Profil Garzweiler entspricht. TE-KARRING

T e n d e n z i e l l ist ersichtlich, daß die Lagerungsdichten d e r Kultosole stets h ö h e r ( 1 , 4 7 bis 1 , 8 5 g / c m ) sowie die gesättigten Wasserleitfähigkeiten vielfach gerin­ ger sind ( 0 , 8 bis 3 8 , 9 c m / d im U n t e r b o d e n ) als b e i m ungestörten Weichsellöß (SCHRODER & S T E P H A N & S C H U I / E E - K A R R E N G 1 9 8 5 : T a b . 2 ) . Dies unterstützt die A n n a h m e , daß rekultivierte B ö d e n z. T . e r h e b l i c h e Porendiskontinuitäten aufweisen. D e n n o c h k ö n n e n mit d e n guten Primäreigenschaften d e r zur Verfü­ g u n g stehenden L ö s s e und der mittlerweile ausge­ 1

reiften

Rekultivierungstechnik

(SCHRÖDER

1988: 2 )

im Rheinischen B r a u n k o h l e n t a g e b a u Neulandb ö d e n erstellt w e r d e n , die durch e i n e d i e Rekulti­ vierung a b s c h l i e ß e n d e B o d e n s c h ä t z u n g mit B o d e n z a h l e n zwischen 5 0 und 7 0 P u n k t e n bewertet werden.


Weichselzeitticher Löß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Rekultivierung im Rheinischen Braunkohlentagebau

5 Ausblick Löß b e d e c k t als periglaziales Staubsediment etwa 20 % der heutigen Landoberfläche ( C A T T 1992: 5 2 ) .

Aus i h m h a b e n sich die ertragreichsten B ö d e n der Erde entwickelt. Im R h e i n i s c h e n B r a u n k o h l e n t a g e b a u w e r d e n daher kalkhaltige W e i c h s e l l ö s s e im G e m i s c h mit d e n h o l o ­ z ä n e n B ö d e n zur Herstellung v o n Kultosolen ver­ w e n d e t . D a die hier a n s t e h e n d e n h o l o z ä n e n , nicht h y d r o m o r p h e n B ö d e n und der weichselzeitliche Löß fast a u s n a h m s l o s günstige bis sehr günstige Eigenschaften aufweisen, ist der Umlagerung und Auftragung, a b e r auch d e r B o d e n b e a r b e i t u n g b e ­ sondere Bedeutung beizumessen. 6 Schriftenverzeichnis AG

B O D E N K U N D E ( 1 9 8 2 ) : B o d e n k u n d l i c h e Kartieranlei­ tung. - 3 3 1 S . , 1 9 A b b . , 9 8 T a b . ; H a n n o v e r ( E . S c h w e i zerbart'sche Verlagsbuchhandlung).

27

d e n m a t e r i a l . - B r a u n k o h l e , 42: 1 1 - 1 5 , 4 A b b . , 3 T a b . ; Düsseldorf (Zeitschriftenverlag R B D V ) . K L O S T E R M A N N , J . ( 1 9 9 2 ) : D a s Quartär d e r N i e d e r r h e i n i ­ s c h e n B u c h t . - 2 0 0 S., 3 0 A b b . , 8 T a b . , 2 T a f e l n ; Krefeld ( G e o l . Landesamt). L A N D E S O B E R B E R G A M T N W ( 1 9 7 3 ) : Richtlinien d e s Land e s o b e r b e r g a m t s N o r d r h e i n - W e s t f a l e n für d a s Auf­ b r i n g e n von kulturfähigem B o d e n m a t e r i a l b e i land­ wirtschaftlicher R e k u l t i v i e r u n g für d i e i m T a g e b a u b e ­ t r i e b e n e n B r a u n k o h l e n w e r k e v o m 2 1 . 1. 1 9 7 3 in der F a s s u n g v o m 2. 3. 1 9 8 4 . - 4 S.; D o r t m u n d . L A U T R I D O U , J . P., M A S S O N , M. & V O I M E N T , R. ( 1 9 8 7 ) : L o e s s et

geotechnique: l ' e x e m p l e des limons d e Normandie. C a t e n a S u p p l e m e n t , 9: 1 1 - 2 5 , 9 Fig.; C r e m l i n g e n - D e ­ stedt (Catena). L U F T , G . ( 1 9 8 0 ) : Abfluß u n d Retention im L ö ß , dargestellt a m B e i s p i e l d e s h y d r o l o g i s c h e n V e r s u c h s g e b i e t e s Rip­ p a c h . Ostkaiserstuhl. - B e i t r ä g e z u r H y d r o l o g i e , S o n ­ derheft f, 2 4 1 S., 5 1 A b b . , 2 5 T a b . , 6 5 A n l a g e n ; Kirch­ zarten (Nippes). P A A S , W . ( 1 9 6 8 ) : S t r a t i g r a p h i s c h e G l i e d e r u n g d e s Nieder­ r h e i n i s c h e n L o s s e s u n d s e i n e r fossilen B ö d e n . - D e ­ c h e n i a n a , 121: 9 - 1 8 , 10 A b b . . 2 T a b . ; B o n n ( S e l b s t v e r ­ lag d e s Naturhistorischen V e r e i n s ) .

B R O N G E R . A. ( 1 9 7 4 ) : Z u r p o s t p e d o g e n e n V e r ä n d e r u n g b o ­ denchemischer Kenndaten insbesondere von pedogen e n E i s e n o x i d e n in fossilen L ö ß b ö d e n . - T r a n s a c t . 10th Internat. Congr. Soil Sei.. V : 4 2 9 - 4 4 1 . 1 A b b . , 2 T a b . ; Moskau.

R I C K E N , W. ( 1 9 8 3 ) : Mittel- u n d j u n g p l e i s t o z ä n e L ö ß d e c k e n im s ü d w e s t l i c h e n H a r z v o r l a n d . Stratigraphie, P a l ä o p e d o l o g i e , fazielle D i f f e r e n z i e r u n g u n d K o n n e k t i e r u n g in Flußterrassen. - C a t e n a S u p p l e m e n t . 3: 9 5 - 1 3 8 , 12 Abb., 2 Tab.; Cremlingen-Destedt (Catena).

BRUNNACKER, K. & H A U N , J . ( 1 9 7 8 ) : D e r j u n g p l e i s t o z ä n e L ö ß s a m t p a l ä o l i t h i s c h e n Kulturen in d e n R h e i n l a n d e n als G l i e d e i n e r z e i t l i c h e n u n d r ä u m l i c h e n F a z i e s ä n d e ­ rung. - In: N A G L , H. ( H r s g . ) : B e i t r ä g e zur Quartär- u n d L a n d s c h a f t s f o r s c h u n g . Festschrift z u m 6 0 . G e b u r t s t a g v o n J u l i u s Fink, XVI + 6 8 7 S.; W i e n (Hirt).

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Feinstratigraphie

Lind P a l ä o p e d o l o g i e d e s J u n g p l e i s t o z ä n s n a c h Unter­ s u c h u n g e n an s ü d n i e d e r s ä c h s i s c h e n u n d n o r d h e s s i ­ s c h e n Lößprofilen. - Mitteilgn. D t s c b . B o d e n k u n d l . G e s e l l s c h a f t , 5: 1-135, 2 5 A b b . , 12 T a b . ; G ö t t i n g e n . S C H R Ö D E R , D. (1988): B o d e n s c h o n e n d e Rekultivierung von L ö ß b ö d e n in B r a u n k o h l e t a g e b a u e n . - In: R O S E N K R A N Z , D., E I N S E L E , G. & H A R R E S S , H.-M. ( H r s g . ) : B o d e n s c h u t z .

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Origin o f Loess in W e s t e r n Central E u r o p e . - C a t e n a S u p p l e m e n t , 9 4 7 - 5 4 , 7 Fig., 1 T a b . ; C r e m l i n g e n - D e ­ stedt ( C a t e n a ) .

Manuskript e i n g e g a n g e n a m 18. 1. 1 9 9 3

Quaternary Science Journal - Weichselzeitlicher Löß als Rohstoff für die landwirtschaftliche Re...  

Im Rheinischen Braunkohlentagebau werden seit dem 19. Jahrhundert große Flächen der landwirtschaftlichen Nutzung entzogen und nach der Ausko...