Wissenschaftliche Begleitung des Grubenwasseranstiegs in den deutschen Steinkohlerevieren – hydrogeochemisches Monitoring, natürliche Tracerstudien und in-situ Prozessverständnis

Das Grubenwassermanagement ist die zentrale Aufgabe im Nachbergbau. Das Augenmerk liegt hier auf einer kontrollierten, nachhaltigen und wirtschaftlich verträglichen Lösung. In diesem Rahmen werden die Auswirkungen eines Grubenwasseranstiegs und das Einleiten von Grubenwässern auf die Schutzgüter, die innerhalb von Umweltverträglichkeitsprüfungen analysiert werden, betrachtet. Für einen kontrollierten Grubenwasseranstieg ist ein Risikomanagement mit einem integrierten Monitoringkonzept erforderlich, daß insbesondere die potentiellen Einwirkungen des Grubenwasseranstiegs auf die regionale Hydrologie evaluiert und Mechanismen für den Fall einer Infiltration von Grubenwasser bereithält. Für das hydrochemische Monitoring im Rahmen des kontrollierten Grubenwasseranstiegs im ehemaligen Steinkohlenrevier des Ruhrgebietes ist die Kenntnis der hydrochemischen Typisierung („Baselines“) regionaler, tiefer Aquifere in diesem Raum von zentraler wissenschaftlicher und rechtlicher Bedeutung. Die hydrochemische Charakterisierung des Cenomanium/Turonium Tiefenwassers im Münsterländer Kreidebecken und der Formationswässer im Oberkarbon sind Teil des hydrologischen Prozessverständnisses als zentraler Teil des integrierten Risikomanagementkonzeptes im Ruhrrevier. Die Tiefenwässer der Kreide und des Oberkarbons sind Na-Cl basierte Wässer. Sie sind hochsalinar und erreichen Leitfähigkeiten bis zu 200.000 µS/cm. Mittels hydrochemischer Zusammensetzung der Hauptkationen und Anionen sind Mischungen dieser Solen nur schwer nachvollziehbar. Bestehende hydrochemische Literaturdaten und eigene Analysen wurden zusammengetragen und bewertet, um eine Identifikation dieser Tiefenwässer und deren Verteilung im Untergrund zu ermöglichen. Geochemische Hinweise für die signifikante Unterscheidung beider salinarer Grundwässer konnten durch die Analyse des Spurenelementes Brom und dessen Verhältnis zu Chlor repräsentiert in den Anionen Bromid (Br^-) und Chlorid (Cl^-) erzielt werden. Eine Verschneidung des natürlichen Tracers Bromid mit weiteren Spurenelementen wie Lithium (Li) und stabiler Isotopengeochemie (dD,d¹⁸O, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) liefert eindeutige Hinweise zu deren Genese und Typisierung der Wässer in Bezug auf Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen. Die hydrochemische Zusammensetzung sowie die gelöste Gaszusammensetzung von Grubenwässern ist durch thermochemische und geomikrobiologische Prozesse wie die Sulfidoxidation und Sulfatreduktion maßgeblich bestimmt. Erste Ergebnisse der Evaluation dieser komplexen Prozesse im Rahmen des Grubenwasseranstiegs, an Dichteschichtungsphänomenen und im Hinblick auf eine langzeitliche Grubenwasserhaltung werden präsentiert. Das Verständnis und die Steuerung dieser geomikrobiologischen Vorgänge wird diskutiert.