Ein Beitrag zur Quantifizierung der Strömungs- und Lösungsdynamik des Muschelkalkkarstes in Nordwürttemberg

Johann Karl Holler1
1 Technische Universität Darmstadt IAG

14.2 in Young Hydrogeologists Forum

Die Erforschung der Verkarstung des Muschelkalks fand in den 70er Jahren ihren Anfang. Mittlerweile wurde der Grundwasserleiter in seiner räumlichen und zeitlichen Entwicklung qualitativ beschrieben. Zusätzlich liegen Arbeiten mit dem Ziel der Quantifizierung der beschriebenen Prozesse vor, etwa in Form einer Grundwassermodellierung im Bereich der Schwäbisch-Fränkischen Waldberge (Rausch & Simon, 1998). Quantitative Ansätze zur Beschreibung der Lösungsdynamik fehlen hingegen, die zum Verständnis der miteinander stark in Wechselwirkung stehenden Genese des Grundwasserleiters und Landschaftsgeschichte notwendig sind. Ein solcher Ansatz soll in dieser Arbeit vorgestellt werden.    

Der Muschelkalk als Grundwasserleiter im süddeutschen Schichtstufenland ist in seiner Entwicklung in drei Stadien einzuteilen. Diese lassen sich durch die erosive Freisetzung der auflagernden Gesteine des Keupers und der in der Tiefe fortschreitenden Verkarstung bzw. Subrosion von Kalkstein, Dolomit, Gips und Halit unterscheiden. Die Abhängigkeit der Verkarstung von der erosiven Freisetzung im Rahmen der Entwicklung der Schichtstufenlandschaft verdeutlicht, dass sich beide Prozesse nur miteinander verstehen lassen. Dies zeigt sich auch in der engräumigen Grenze zwischen den Stadien, die eine Übergangszone von etwa einem Kilometer Länge aufweist und auf die Lagenkonstanz der Keuper Schichtstufe in der Vergangenheit zurückzuführen ist (Simon, 1987). Für diese Arbeit wurde ein Gebiet bei Bölgental nahe Crailsheim im zweiten Stadium untersucht. Genanntes Stadium zeichnet sich durch eine intensive Verkarstung der Kalksteine des Oberen Muschelkalkes seit dem Miozän aus, die neben Höhlenbildung, oberirdisch abflusslosen Gebieten und Erdfällen im Oberen Muschelkalk auch schwebende Grundwasserleiter umfasst. Dolomit und Gips im mittleren Muschelkalk unterliegen ebenfalls Lösungsprozessen, während das Steinsalz weitgehend ausgelaugt ist (Simon, 1997).

Zur Quantifizierung der genannten Phänomene wurden im Gelände monatlich vor-Ort Parameter gemessen, Wasserproben entnommen und ein Datenlogger zur zeitlich fein aufgelösten Aufnahme der Grundwasserstände eingebaut. Untersucht wurden neben dem eigentlichen Muschelkalkaquifer auch schwebende Grundwasserleiter und das Grundwasser des Unteren Keupers. Unter Anwendung von Ionenchromatographie sind die Wasserproben auf ihre Lösungsbestandteile untersucht worden. Zusätzlich wurden zur Klärung der Genese der Wässer die Gehalte der stabilen Isotope 2H und 18O ermittelt.

Erzeugte Daten sind mit älteren Analysen vereint worden. Mit dem kompletten Datensatz konnte durch PhreeqC der Gleichgewichtszustand der Wässer mit den vorhandenen Mineralphasen untersucht und durch eine Vorwärtsmodellierung ein möglicher Ablauf zur Genese der Wässer simuliert werden. Weitergehend wurden transiente Strömungsmodelle erstellt, aus denen zusammen mit den ermittelten Lösungsabläufen Raten definiert werden konnten, die mit den Annahmen von Simon (1997) übereinstimmen. 



Simon, T. (1987): Zur Entstehung der Schichtstufenlandschaft im nördlichen Baden-Württemberg.- Jh. Geol. Landesamt Baden-Württemberg 29: 145-167, 10 Abb.; Freiburg i. Br.

Simon, T. (1997): Fließsysteme und Karst im Muschelkalk von Nordwürttemberg.-  Tüb. geow. Arb. 34: 33-35, 14 Abb.; Tübingen.

Rausch, R., Simon T. (1998): Hydrogeologie des Oberen Muschelkalks im Bereich hoher Keuperüberdeckung – Modell Schwäbisch-Fränkische Waldberge.- Grundwasser, 98/1, S. 22 - 28, 9 Abb.; Hannover.