Geowissenschaftliche Erkenntnisse über den Untergrund Bremerhavens

in ihrer wirtschaftlichen Bedeutung

Dem Amt für Bodenforschung Bremen zum 100jährigen Bestehen gewidmet

von

Dir. u. Prof. Dr. Dieter ORTLAM,

P.O.B. 102701, D-28027 Bremen

mit 9 Abbildungen

(publiziert im "Bremischen Jahrbuch" 80:181-197, Bremen 2001)

Copyright, alle Rechte vorbehalten

1. Einleitung

Die Besiedelung einer Landschaft wird häufig von den Untergrund- und Bodenverhältnissen geprägt, wie dies in Bremen beispielhaft aufgezeigt werden konnte. Der Raum Bremerhaven ist ebenfalls von den gegensätzlichen Landschaften von Marsch und Geest bestimmt (Erstdefinition nach FOCKE) und bezeugt die ersten bronzezeitlichen Ansiedlungen im (trockenen) Geestbereich. In diesen höher gelegenen Gebieten sind auch größere Grundwasserflurabstände zu verzeichnen, die eine Besiedelung ohne Überflutungs- und Vernässungsgefahr auf Dauer erst ermöglichten. Als idealer Besiedelungsraum bot sich die Geest-Marschgrenze besonders an, weil dort einerseits der Austritt starker Quellen zu verzeichnen ist, anderseits auch die Möglichkeit zum Nahrungserwerb gegeben war (u. a. Fischfang in Geeste und Außenweser, Ackerbau auf den ertragreichen Marschenböden, Jagd in den Wäldern der Geest).

Die ersten Untersuchungen zum geologischen Untergrund von Bremerhaven wurden nach dem 2. Weltkrieg auf Anregung von Herrn Prof. Dr. OSTENDORFF (Bremerhaven/Stuttgart) durch dessen Schüler M. P. GWINNER (Heilbronn/Stuttgart) als Diplom-Kartierung flächenhaft durchgeführt, deren (recht moderne) Erkenntnisse als geologische Manuskriptkarte heute noch im Morgenstern-Museum Bremerhaven in Augenschein genommen werden können. Erst im Jahre 1971 erfolgte dann durch BENZLER et al. eine bodenkundlich-geologische Kartierung der nicht bebauten Flächen des Blattes 2417 Bremerhaven (1:25000), allerdings ohne Integration der geologischer Kartierung von GWINNER.

Ende der 70er Jahre plante die Außenstelle Bremen des NLfB auf Anregung des Magistrats der Seestadt Bremerhaven (Herrn Baudirektor GRABHORN) eine Baugrundkarte von Bremerhaven (1:10000) zu erstellen, nachdem die Baugrundkarte Bremen 1980/81 erfolgreich abgeschlossen werden konnte und deren volkswirtschaftlicher Wert sich sehr schnell herausstellte Dazu wurde das Geo-Archiv der Freien Hansestadt Bremen von etwa 8000 Bohrungen (1974) auf etwa 100000 Bohrungen (1996/97) durch umfangreiche und mühselige Aquisitionsarbeiten erweitert. Anfang der 80er Jahre wurden zusätzlich noch ein Grundwasser- und ein Boden-Archiv mit überwiegend geochemischen Daten begründet. Etwa 10000 Bohrungen stammen dabei aus Bremerhaven, die als gute Grundlage für die Anfang der 80er Jahre neu konzipierte Baugrund-/Umweltkarte von Bremerhaven hätte dienen können. Trotz der anrollenden Altlastenproblematik in den 80er Jahren wurde die Erarbeitung dieser wichtigen und kostensparenden Umweltkarte jedoch fast 20 Jahre ohne ersichtliche fachlich-finanzielle Gründe hinausgezögert.

2. Geologischer Aufbau

Die Landschaft Bremerhavens wird durch die flachen Marschen der Weser, der Geeste und der Lune/Rohr sowie durch die höher liegende Geest geprägt. Ihre Entstehung verdanken sie unterschiedlichen geologischen Epochen. Die knapp über dem Meeresspiegel liegenden Marschen entstanden in der Nacheiszeit, dem Holozän (Abb. 1). Es sind dort bis zu 25m mächtige Weichschichten zur Ablagerung gelangt, die sich im Westen Bremerhavens aus Darg und einem (kalkhaltigen) Klei aufbauen, der am Geestrand von bis zu 8m mächtigen Torfbildungen durchsetzt wird. An seiner Basis liegt eine unter 2m mächtige Schicht chaotischer Zusammensetzung vor (Abb. 4), bestehend aus einem strukturlosen Klei mit zahlreichen Geröllen (bestehend aus Steinen, Klei, Torf und Holzkohle): die S. F.-Chaosschichten (hiermit) mit ihrer weiten Verbreitung im Weserästuar. An der Holozänbasis und dort besonders im Bereich des Geestrandes lassen sich mächtige und bezeichnend sedimentierte Abschwemm-Massen der im Geestbereich oberflächlich sehr weit verbreiteten Grundmoräne des Drenthe II-Stadials der Saale-Kaltzeit (qs) beobachten, die sich schwerlich als solifluidal einstufen lassen. Vielmehr muss ein Großabschwemm-Ereignis überregionalen Ausmaßes zu Beginn des Holozäns angenommen werden. Die Genese dieser S. F. –Chaosschichten ist bisher noch nicht ganz klar, weil ihr Aufbau mit normalen Sedimentationsabläufen bisher nicht abschließend geklärt werden konnte. Diese S. F.-Chaosschichten dürften jedoch überregionale Bedeutung zukommen und können mit dem alters- und niveaumäßig auffällig übereinstimmenden Usselo-Horizont auf dem Lande korreliert werden.

Abb. 1: Bisher bekannte geologische Einheiten des Quartärs in Bremerhaven.

Abb. 2: Bisher bekannte geologische Einheiten im Untergrund Bremerhavens (NGS = Neuengammer Gassande, BS = Brüsselsande/-Sandstein).

Die mächtigen holozänen Weichschichten zeichnen sich durch ihr natürlich vorhandenes Mehrfach-Barrieren-System mit einer 500%igen Sicherheit für den optimalen Schutz gegen Grundwasser-Kontaminationen z. B. Altlasten oder bei der Neuanlage von schwierigen Sondermüll-Deponien aus. Folgende nicht außer Kraft zu setzenden Barrieren sind in Teilbereichen Bremerhavens vorhanden:

Unter der holozänen Schichtenfolge der Marsch befinden sich etwa 10m mächtige Sande und Kiese des Weser-Aller-Urstromtales der Weichsel-Kaltzeit (qw), die zum überwiegenden Teil von intrudierendem Salzwasser der Außenweser belegt sind (Abb.3 und 4). Dieser Bereich des oberen Grundwasserleiters stellt den Grundwasser-Fazies-Raum 1 nach ORTLAM dar. In der Geest liegen bis zu 10m mächtige, graubraune Geschiebelehme/-mergel der Saale-Kaltzeit (Drenthe 2-Stadium, qd 2) vor (Abb. 1 und 4). Diese nahezu flächenhaft verbreiteten Grundmoränen sind -- ebenso wie die holozänen Weichschichten der Marsch -- hervorragende bindige und damit schwerdurchlässige Deckschichten für den darunter liegenden sandigen oberen Grundwasserleiter, den saalezeitlichen Vorschüttsanden (Abb. 4), deren Mächtigkeit zwischen 20m im Westen und 30m im Osten variiert (Grundwasser-Fazies-Raum 2, Abb. 3 und 4).

Abb. 3: Grundwasser-Faziesräume 1 bis 4 in Bremerhaven (oberes und unteres Grundwasserstockwerk über bzw. unter dem Bruchstrich) mit dem Verlauf der Bremerhavener Rinne und deren Abzweigungen sowie der Lage der Süßwassergrenze im oberen Grundwasserstockwerk.

Im oberen Grundwasserleiter Bremerhavens wird das intrudierende und schwerere Salzwasser vom leichteren Süßwasser der Geest überschichtet. Die sehr scharf ausgebildete Süß-/Salzwassergrenze fällt daher von Westen nach Osten ein und ist in ihrem Verlauf gezackt, abhängig von der horizontalen Durchlässigkeit des oberen Grundwasserleiters. Diese geochemische Grenze ist dynamisch und verschiebt sich einerseits im 12stündigen Tidezyklus andererseits im hydrologischen (Jahres-)Zyklus von Westen nach Osten und umgekehrt (Abb. 4).

Als Grundwassersohle dieses oberen Grundwasserstockwerkes fungieren ein grauer, nur lokal ausgebildeter Geschiebelehm/-mergel der Saale-Kaltzeit (Drenthe 1-Stadium,qd 1) und die flächenhaft verbreiteten, überwiegend bindigen, dunkelgrauen Lauenburger Schichten (=feingeschichtete Seesedimente der Elster-Kaltzeit, qL) in einer Mächtigkeit zwischen 10m und 20m (Abb. 1 und 4) sowie lokal ausgebildete, dunkelgraue Geschiebelehme/-mergel der Elster-Kaltzeit (qe), die als allochthone Grundmoräne vom >2000m mächtigen Inlandeis Skandinaviens in die vorhandenen elsterzeitlichen Rinnen abgestreift wurden (= Versturz-Grundmoräne).

Abb. 4: Halbschematischer hydrogeologischer West- Ost- Schnitt durch Nord- Bremerhaven mit den Grundwasser- Fazies- Räumen 1 bis 4, der Süß- / Salzwassergrenze im oberen Grundwasserstockwerk und einer Süßwasserablaufröhre (=FCP) im unteren Grundwasserstockwerk (S.F.=Chaosschichten an der Holozänbasis).

Abb. 5: Halbschematischer geologischer Schnitt durch den (tieferen) Untergrund von Bremerhaven (BS=Brüsselsande /-sandsteine des Mittel-Eozäns) mit dem (hochliegenden) Salzstock "Bramel".

Unter diesen trennenden Grundwasser-Schwerleitern folgt normalerweise die flach gelagerte tertiäre Platte (Abb.2, 4 und 5) mit einer sandigen Schichtenfolge des Pliozäns und des Ober-Miozäns in einer Mächtigkeit von etwa 100m, die den unteren Grundwasserleiter/-stockwerk repräsentiert (=Grundwasser-Fazies-Raum 4, Abb. 3 und 4). Darunter liegen als weit verbreitete Grundwassersohle die bindigen Schichten (dunkelolivgrüne bis graue, tonige Schluffe) des tieferen Miozäns (bis 600m Mächtigkeit) und des Oligozäns (bis 400m Mächtigkeit). Erst an der Basis des Oligozäns erscheint ein weiterer sandig-kiesiger Grundwasserleiter, die etwa 10m mächtigen Neuengammer Gassande (= NGS), die jedoch nur noch versalztes Grundwasser enthalten. Als deren Grundwassersohle folgen darunter etwa 200m mächtige bindige Tone des höheren Eozäns, an deren Basis ein weiterer (feinstkörniger) Grundwasserleiter in einer Mächtigkeit bis 100m eingeschaltet ist. Diese Brüsselsande/-sandsteine (= BS) des Mittel-Eozäns (Abb. 5) weisen ebenfalls stark versalztes, jodiertes Grundwasser auf, dessen Mineralisationsgrad jenen des heutigen Meerwassers jedoch deutlich übertrifft (bis 3mal), was bisher nicht befriedigend geklärt werden konnte. Die Vermutung auf osmotisch angereicherte fossile Meerwässer während ihrer langen Diagenese (30-50 Mio Jahre) könnte nur einen Teilaspekt darstellen. Die Migration gelöster Salzwässer von hochliegenden Salinarstrukturen während ihrer Durchbruchphase im Tertiär darf dabei bestimmt nicht außer acht gelassen werden. Die Lage der Brüsselsande (Abb.2 und 5) ist im intersalinaren Gebiet von Bremerhaven und bei der Berücksichtigung einer salinaren Randsenkensituation in einer Tiefe zwischen 700m und 900m zu erwarten. Die Mächtigkeitsverhältnisse des Tertiärs in der südlich Cuxhaven gelegenen Forschungsbohrung "Wursterheide" können -- wegen ihrer Lage über dem Salinar "Spieka" -- nur bedingt herangezogen werden. Als flächenhaft verbreitete Grundwassersohle der Brüsselsande fungieren bis zu 600m mächtige Tone des tieferen Eozäns und Paläozäns sowie die mächtigen Tonsteine der Ober-Kreide (Abb. 2 und 5).

In diese tertiäre Platte, deren Gesamtmächtigkeit also i. d. R. zwischen 1000m und 1500m variiert (Abb. 5), wurden während der Elster-Kaltzeit subglazial (unter dem hier spaltenarmen und damit praktisch dichten Inlandeis) talartige Rinnensysteme mit einem Tiefgang bis 300m NN eingeschnitten. Deren Füllung besteht aus sandig-kiesigen Sedimenten, die einen vorzüglichen unteren Grundwasserleiter/-stockwerk darstellen (Grundwasser-Fazies-Raum 3, Abb. 3 und 4). Der höhere Teil der pleistozänen Rinnensysteme wird mit einer mächtigen Serie der bindig bis feinsandigen Lauenburger Schichten der ausgehenden Elster-Kaltzeit geplombt (Abb. 4). Trotz ihrer Millimeterschichtung (= Warwite) enthalten diese gelegentlich große Findlinge, die als Fallsteine (= dropstones, Abb. 6 und 7) beim Abschmelzen von Eisbergen (=Kalbungen des Inlandeisrandes) in den bis an die Mittelgebirge reichenden und ganz Norddeutschland, Holland und Polen bedeckenden Lauenburger Eisstausee (hiermit) interpretiert werden können (Abb. 6). Entsprechende aktuogeologische Vorgänge lassen sich auch heute im verkleinerten Maßstab in den heutigen Spülfeldern von Bremen beobachten: Flachdeltaschüttung mit abnehmender Korngröße und Millimeterschichtung (Abb. 8).

Abb. 6: Sedimentationsmodell der Lauenburger Schichten (höhere Elster-Kaltzeit) im Lauenburger Eisstausee zwischen abschmelzendem Inlandeisrand im Norden und den (Stauch-) Endmoränen am Mittelgebirgsrand im Süden.

Die im Osten von Bremerhaven gelegene Bundesautobahn markiert etwa den Verlauf des Haupt-Rinnensystems der Mitte der 70 er Jahren neu erkannten Bremerhavener Rinne, die sich nach Norden in die später entdeckte Cuxhavener Rinne fortsetzt und sich im Raum Bremerhaven-Wulsdorf in die flacheren Neben-Rinnensysteme des Ahnthammsmoores und von Loxstedt und von Bexhövede verzweigt (Abb. 3). Die Breite dieser Rinnensysteme beträgt i. d. R. etwa 1km, wobei die Rinnenhänge sehr steil mit Neigungen zwischen 30° und 55° ausgebildet sind, wie dies bei Erkundungsbohrungen quer zur Rinne immer wieder festgestellt werden konnte (Abb. 4). Da diese Neigungen in den anstehenden bindigen Sedimenten der tertiären Platte unter Wassererosion nicht vorstellbar sind, ohne (hier nicht vorhandene) gewaltige Grundbrüche auszulösen, ist davon auszugehen, dass in diesem Gebiet eine Permafrost-Mächtigkeit von mindestens 300m in der Elster-Kaltzeit vorhanden sein musste, die die Lockergesteine der tertiären Platte zeitweise in ein stabiles Festgesteinspaket (ohne Grundbruchgefahr) verwandelte. Da die Rinnensysteme in Norddeutschland (bisher) Tiefen von >500m erreichen, muss allgemein mit Permafrosttiefen von mindestens 600m während der Elster-Kaltzeit in Norddeutschland gerechnet werden.

Die meisten Rinnensysteme haben ihre Ausgangspunkte in den übertieften Tälern der Mittelgebirge (z. B. die Täler von Ecker, Oker und Innerste am Harznordrand). Ihre Sohlflächen tauchen zwar generell nach Nordwesten in Richtung Norwegische Rinne ab, sie verlaufen jedoch achterbahnartig ohne gleichmäßiges Gefälle d. h. es liegen subglaziale Siphonen vor. Diese Rinnensiphonen wurden im Spätsommer zeitweise – bei Eis-Surging-Ereignissen (aktuogeologisch stets in den Anden, den Rocky Mountains, dem Himalaya/Karakorum und den Alpen zu beobachten) -- vom Ausbruch großer, primär abflussloser Eisstauseen (Seespiegel bis 350m NN nach THOME) beaufschlagt und lösten die gewaltigen subglazialen Tiefenerosionen der Rinnensysteme durch das stark sedimentbelastete Stauseewasser mit dem entsprechend erosiv wirkenden Schmirgel-Effekt subglazial aus (Druckdifferenz vom binnenländischen Einspeise- zum Vorflutniveau der Norwegische Rinne: etwa 500m = etwa 50 bar!). Ihre Richtung verläuft schiefwinklig zur Transportrichtung des skandinavischen Inlandeises, eine Eis-Exaration kommt also nicht infrage, wie dies früher von GRIPP aufgrund der Fehldeutung verstürzter (allochthoner) Grundmoränen in den Rinnensystemen Schleswig-Holsteins noch angenommen wurde.

Abb. 7: Findling-dropstone (Granit, > 100 to) mit Geröllnest in feingeschichteten Lauenburger Schichten (qL).

Die Entdeckung der pleistozänen Rinnen liegt nun bereits 120 Jahre zurück und erfolgte in Bremen durch das Abteufen der ersten Tiefbohrungen nach Erdöl (bis 350m unter Gelände) ab dem Jahre 1879 durch die Bremer Ölmagnaten Carl und Franz Ernst SCHÜTTE, die mit dem amerikanischen Ölmagnaten John D. ROCKEFELLER intensiven Handel betrieben. Die relativ genaue Beschreibung der ungewöhnlich mächtigen pleistozänen Schichtenfolge ("Kiese mit nordischen Geschieben in >200m Tiefe") dieser Tiefbohrungen geschah dann zuerst durch W.O. FOCKE und später durch W. WOLFF, dem ersten Landesgeologen der bereits (!)1902 auf Veranlassung des Bremer Senates eingerichteten Außenstelle Bremen der Kgl.-Preußischen Geologischen Landesanstalt (Berlin) d. h. die Außenstelle Bremen, das Amt für Bodenforschung der Freien Hansestadt Bremen, besteht nun seit 100 Jahren. Diese erste Kooperation der Freien Hansestadt Bremen mit der Königlich-Preußischen Geologischen Landesanstalt und Bergakademie (Berlin) ist nun wesentlich älter als dies bisher angenommen wurde. Erst einige Jahre später wurden auch aus dem Untergrund der Freien und Hansestadt Hamburg diese übertiefen pleistozänen Schichtenfolgen durch andere Autoren beschrieben (u. a. von GOTTSCHE in Hamburg, der über die Entdeckung der pleistozänen Rinnen in Bremen durch W.O. FOCKE vom Bremer Landesgeologen W. WOLFF informiert wurde).

Unter der Lockergesteinsfolge des Känozoikums (Quartär und Tertiär) liegen die mächtigen Festgesteine des Mesozoikums (Kreide, Jura und Trias) und Paläozoikums (Perm, Karbon und Devon, Abb. 2 und 5). In diesen befinden sich sowohl Erdöl-Muttergesteine (bituminöse Schiefer des Zechsteins und des Lias u. a.) als auch Erdgas-Muttergesteine (Steinkohlen-Serie des Ober-Karbons), die im Raum Bremerhaven durchaus zu entsprechenden Neufunden von Erdöl und Erdgas in den Trägersandsteinen des Paläo-/Mesozoikums (Rotliegendes, Buntsandstein und Unter-Kreide) Anlass geben könnten (Abb. 5), wie der große Erdölfund "Mittelplate" in der Elbmündung und die beträchtlichen Erdgasfunde im Bereich östlich des Dollarts aus jüngerer Zeit belegen.

3. Hydrogeologie und Geophysik

Zwischen 1975 und 1996 fanden auch intensive hydrogeologische Erkundungen im Bereich der Wasserwerke Langen/Leherheide und Wulsdorf/Bexhövede durch die Stadtwerke Bremerhaven statt, die zu sehr erfolgreichen Erkenntnissen über das große und qualitativ hochwertige Grundwasserpotential der neu entdeckten pleistozänen Rinnensysteme im Bereich Bremerhaven durch die Bearbeitung der Außenstelle Bremen des NLfB führten. Dies war dann der Anlass, die Grundwasserförderung vom oberen Grundwasserstockwerk mit bereits geringen anthropogenen lokalen Belastungen (z. B. Nitrate) sukzessive in das (noch jungfräuliche) untere Grundwasserstockwerk zu verlagern (Abb. 4), wobei Brunnentiefen bis zu 250 m erreicht werden. In diesen Tiefen wurden nun aber ungewöhnlich niedere Grundwasser-Temperaturen zwischen 10,3°und 12,0°C im Norden von Bremerhaven gemessen, die auf eine sehr niedere Temperatur-Gradiente(=Geotherm nach SCHMINCKE) zwischen 4°und 15°C/km verweisen, was jedoch wiederum angenehm niedere und vorschriftsmäßige Trinkwassertemperaturen für Bremerhaven gewährleistete: ein geothermaler Glücksfall, der in diesem Umfange nicht vorhersehbar war (Abb. 9).

Abb. 8: Bremer Spülfeld mit Flachdeltaschüttung, abnehmenden Korngrößen und Millimeterschichtung als aktuogeologisches Klein-Modell für ähnliche Sedimentationsbedingungen im Lauenburger Eisstausee (höhere Elster-Kaltzeit).

Normalerweise ist in Mitteleuropa nämlich mit einem Geotherm von etwa 30°C/km zu rechnen, wobei über den Tops hochaufragender Salzstrukturen Spitzenwerte von 100°C/km erreicht werden (z. B. über den Salzstöcken "Lesum"/Bremen-Nord und "Soltau"/südliche Lüneburger Heide). Bedingt ist diese Anormalität durch die stark erhöhte Wärmeleitfähigkeit des Steinsalzes (=Kamineffekt, salinare Heizplatte) gegenüber der normalen geologischen Schichtenfolge zwischen den Salzstrukturen. Das bedeutet anormale hohe Geotherms im Bereich von Salzstrukturen und ungewöhnlich niedere Geotherms zwischen den hoch aufragenden Salzstrukturen (Abb. 5 und 6). Weitere Gebiete mit niederen Geotherms liegen bei der Jod-Sole-Therme Bad Bevensen (17°C/km) und bei der Holstein-Therme Bad Schwartau vor (12°C/km). Auch die 571m tiefe Bohrung der Solequelle Dangast (südlicher Jadebusen) fördert ein relativ kaltes Mineralwasser von nur 18° C (Geotherm: 16° C/km), was maximal etwa den geothermischen Verhältnissen in Bremerhaven zwischen den Salzstöcken entsprechen könnte (Abb. 9).

Ähnliche Beobachtungen erfolgten auch bei entsprechenden Temperaturmessungen im Zuge des DFG-Schwerpunktprogrammes "Nordwestdeutsches Tertiärbecken" bereits Anfang der 70er Jahre flächenhaft zwischen den Salinarstrukturen, doch wurde die Tragweite dieses Temperatur-Jojo-Effektes (vertikales Fingering nach SCHMITT) nach dem Prinzip von LE-CHATELIER-BRAUN damals noch nicht in seiner vollen Tragweite erkannt. Dabei kann der DGH-Effekt (=Tauchgleichgewicht Süßwasser/Salzwasser nach ARCHIMEDES) lokal noch zusätzlich eine bedeutende Rolle spielen. Als weiterer Verursacher dieses geringen Geotherms können bis etwa 200m Tiefe auch die Einwirkungen der Kleinen Eiszeit (1500-1850 n. Chr.) festgemacht werden, wie das bei diesen leicht kaltzeitlichen Verhältnissen in Nordamerika und in Nordwest-Deutschland festgestellt wurde. Aufgrund dieser Beobachtungen zeichnet sich heute ein sehr niedriger Geotherm zwischen den Salzstrukturen im norddeutschen Flachland ab (= intersalinares Geotherm-Feld mit 4°C bis 15°C/km, hiermit), der eine geothermische Nutzung (z. B. Thermalwasser) dieser Bereiche leider sehr unwirtschaftlich macht. Lediglich über den hochliegenden Salzstrukturen (<500m u. GOF) sind dagegen optimale geothermische Bedingungen vorhanden (= suprasalinares Geotherm-Feld mit 50°C bis 100°C/km, hiermit, Abb.5 und 9). Darüber hinaus ist eine Abführung der stark mineralisierter Abwässer in binnenländische Gewässer aus ökologischen Gründen kaum vorstellbar, im Gegensatz zu küstennahen Standorten mit einer möglichen Einleitung in das versalzte Meer.

Abb. 9: Darstellung der suprasalinaren (50°-100° C/km) und der intersalinaren Geotherm-Felder (4°-15° C/km) im Bereich Bremerhaven und Nordwestdeutschland im Vergleich zum normalen Geotherm in Deutschland (30° C/km).

Bei der Entnahme großer Grundwassermengen aus dem unteren Grundwasserstockwerk der Bremerhavener Rinne musste mit einer Veränderung der von Osten nach Westen gerichteten Grundwasseranströmung dahingehend gerechnet werden, dass aus einer daraus resultierenden Druckreduzierung eine horizontale Salzwasserintrusion der Außenweser im oberen und unteren Grundwasserstockwerk von Bremerhaven provoziert würde (Abb. 4). Um etwaige Salzwassereinbrüche in die Bremerhavener Rinne von Westen und von der Geeste-Niederung für die Zukunft zu vermeiden, wurde Anfang der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts umfangreiche geoelektrische Untersuchungen durchgeführt, um die damalige Lage der Süß-/Salzwassergrenze im oberen Grundwasserstockwerk zu kartieren. Als Ergebnis dieser Untersuchungen, die örtlich durch direkte geochemische Erkenntnisse der erbohrten Grundwässer belegt wurden, lässt sich feststellen, dass diese Grenze etwa 200m westlich und parallel zum Bremerhavener Geestrand verläuft und im Bereich der Geeste und Lune/Rohr nach Osten ausbuchtet (Abb. 3). Die Süß-/Salzwassergrenze ist im oberen Grundwasserstockwerk grundsätzlich von Westen nach Osten geneigt d. h. das leichtere Süßwasser überschichtet das spezifisch schwerere, intrudierende Salzwasser der Nordsee (Außenweser), wie dies aus Abb. 4 ersichtlich ist. Die Süß-/Salzwassergrenze ist dynamisch. Ihre Lage verändert sich täglich mit den Tidebewegungen der Nordsee und jahreszeitlich mit den Grundwasseranstrom-Druckverhältnissen -- bedingt durch die jeweiligen stärkeren und schwächeren Grundwasserneubildungsraten -- der Geestgebiete im Osten von Bremerhaven. Stößt nun die Geest bis an die Nordseeküste vor, wie dies z. B. bei Sahlenburg-Duhnen westlich von Cuxhaven der Fall ist, so treten dort Süßwasserquellen am Strand, besonders bei Tideniedrigwasser, auf.

Der Bereich des Fischereihafens von Bremerhaven ist durch die Salzwasserintrusion der Nordsee beim holozänen Meeresspiegelanstieg total erfasst worden (Abb. 3), und der Versuch, dort Süßwasser zu erbohren, war bisher zum Scheitern verurteilt. Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts wurde nun eine Bohrung niedergebracht, um Salzwasser für eine Seewasserfischzucht zu gewinnen. In der Hoffnung auf ähnliche Mineralisationen wie das Nordseewasser zu stoßen (was reiner Zufall gewesen wäre), wurde die Bohrung auf etwa 150m abgeteuft und sofort zu einem Brunnen (St. Petrus-Brunnen) ausgebaut. Doch statt des erhofften Salzwassers wurde nun überraschenderweise Süßwasser angetroffen. Zuerst dachte man an eine eng begrenzte Süßwasserlinse, die von Salzwasser allseitig umgeben sei. Doch der daraufhin angesetzte Langzeitpumpversuch (Q = 120m3/h) erbrachte eine konstante Süßwasserförderung ohne geringste Salzwassereinbrüche aufgrund des DGH-Effektes (= Tauchgleichgewicht Süß-/Salzwasser). Durch eine nachfolgende 14C-Analyse des gewonnenen Grundwassers konnte ein Alter von etwa 6000 Jahren ermittelt werden (freundliche Mitteilung von Prof. Dr. M. GEYH, NLfB, Hannover), was mit den bisherigen Altersdatierungen von Grundwässern in der östlich sich anschließenden Wulsdorfer Geest gut übereinstimmte. Daher lag es nahe, dieses neu entdeckte und hochpotente Süßwasser-Vorkommen als allseitig von Salzwasser begrenzte Süßwasserablaufröhre (freshwater current pipe, FCP) des Geestgrundwassers in Richtung auf die Nordsee zu interpretieren (Abb. 4, horizontales Fingering). Der Auslauf dieser mehrere Kilometer langen Süßwasserablaufröhre dürfte dann irgendwo am Grunde der Nordsee als marine Süßwasserquelle zu suchen sein. Die unter starkem Druck des stark ansteigenden Geestgrundwasserspiegels stehende Süßwasserablaufröhre wird dadurch von etwaigen Salzwassereinbrüchen effektiv verschont, sodass dort langfristig mit einer hohen Grundwasserentnahme gerechnet werden kann. Die Nutzung dieser Grundwasser-Ressource im Süßwassermangelgebiet des Fischereihafens wäre durchaus sinnvoll, weil das Grundwasser der Süßwasserablaufröhre unwiederbringlich in das Meerwasser der Nordsee abströmt und – ungenutzt -- darin aufgeht. Die Austrittstellen der marinen Süßwasserquellen lassen sich durch verschiedene Möglichkeiten der Fernerkundung jedoch identifizieren.

Wie stark der Süßwasser-Abstrom an der Geestgrenze ist, zeigt das Beispiel des künstlich zur Sandentnahme für den Autobahnbau Anfang der 70er Jahre geschaffenen Apeler Sees in der Rohr-Niederung südöstlich Bremerhavens (Abb. 3). Durch die Entfernung des flächenhaft vorhandenen Kleis machte sich der sehr starke Grundwasser-Anstrom an der Geest-Marsch-Grenze durch einen darauffolgenden Seewasserüberlauf unangenehm bemerkbar (= artesische Bedingungen), sodass ein Rohreinbau zur Grundwasserabführung und zur dauerhaften Senkung des Seewasserspiegels installiert werden musste. Die gewaltige Grundwassermenge von ca 5 Mio m3/a mit ausgezeichneter Qualität muss nun mit großem Pumpenaufwand – ungenutzt -- über die Rohr/Lune in die Weser und die Nordsee abgeleitet werden. Das bedeutet, dass im Süden Bremerhavens, im Umfeld des Ahnthammsmoores, ein nutzbares Grundwasserpotential von etwa 10 Mio m3/a zur Verfügung steht, wovon im Wasserwerk Wulsdorf der Stadtwerke Bremerhaven bisher nur 2,5 Mio m3/a genutzt werden.

Betrachtet man die gewaltige Dränfunktion der über 50km langen Bremerhavener Rinne mit ihren südlichen Verzweigungen der Ahnthammsmoor-Rinne und der Loxstedter Rinne in Bezug auf den großen Grundwasser-Inhalt der >100m mächtigen feinsandigem tertiären Platte so kann man davon ausgehen, dass im Bereich Bremerhaven daraus ein geschätztes (regenerierbares) Grundwasserpotential von etwa 35 Mio m3/a abzuleiten ist. Dieses Potentials wird heute im Bereich Bremerhaven nur zu knapp einem Drittel genutzt. Das Geopotential an ausreichenden und hochwertigen Grundwasservorkommen ist also für eine zukünftige Entwicklung Bremerhavens reichlich vorhanden. Es sollte daher genutzt werden, bevor es ohnehin – ungenutzt – über diverse z. T. noch unbekannte Süßwasserablaufröhren (= freshwater current pipes, FCP) in die Hauptvorflut der Nordsee unterirdisch abströmt und einem neuen langwierigen hydrologischen Kreislauf vor erneuter Grundwassernutzung unterzogen wird.

4. Danksagung

Dem Autor sind durch viele Gespräche mit den einschlägigen Firmen in Norddeutschland und besonders in Bremerhaven zahlreiche Informationen über den Untergrund zugegangen. Für diese freundliche Unterstützung und die Zustimmung zur Verwertung einzelner Informationen in dieser Arbeit sei Dank gesagt. Der Autor wertete ca 10000 Bohrungen aus dem Bereich Bremerhaven in seiner früheren 22-jährigen Tätigkeit als Leiter der Außenstelle Bremen des NLfB aus. Bei seinen ehemaligen Mitarbeitern, Frau BEHLING, Frau BUCHMANN, Frau LINGNER-DYCK, Frau WOITSCHELL, Herr Dipl.-Ing. GRÜTZMANN, Herr Dr. KLENKE; Herr Dr. MAROSE, Herr MORGENWECK, Herr Dr. PIRWITZ, Herr Dr. SAUER, Herr SCHNELLE, Herren Dipl.-Geologen OTHOLT, SCHNIER und WALTER, Frau Dipl.-Ing. TILLMANN sowie 50 Praktikanten der Geowissenschaften, fand er dabei große Unterstützung, für die ebenfalls Dank gesagt sei.

Diese zusammenfassende Darstellung soll nun dem wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Fortschritt des aufstrebenden Raumes Bremerhaven dienen, dessen nachgewiesene Grundwasser-Ressourcen sich im letzten Jahrhundertviertel durch intensive und erfolgreiche geowissenschaftliche Tätigkeiten nun verdreifacht haben. Eine gute und bisher einmalige Grundlage für eine aufstrebende Wirtschaftsregion in der Freien Hansestadt Bremen und im Küstenbereich Nordwestdeutschlands.

 

5. Schrifttum

BENZLER, J.H. (1971):Bodenkarte von Niedersachsen, Bl. 2417 Bremerhaven (mit geologischen Beiträgen von W. DECHEND), Hannover.

FOCKE, W.O. (1875): Zur Kenntnis der Bodenverhältnisse im niedersächsischen Schwemmlande. – Abh. Naturw.. Ver. Bremen, 4:297-336, 12 Anl., Bremen.

FOCKE, W.O. (1882): Geognostische Beobachtungen bei Stade und Hemelingen. - Abh. Naturw. Ver. Bremen, 7:281-299, 1 Taf., Bremen.

FOCKE, W.O. (1896): Geognostische Notizen. – Abh. Naturw. Ver. Bremen, 13:329-336, Bremen.

GERHARDY, H. & HAHN, J. (1979): Möglichkeiten der Erschließung von Mineralwasser im Alttertiär Norddeutschlands. – Geol. Jb., C 22:127-138, 3Abb., 2 Tab., Hannover.

GRIPP, K. (1964): Erdgeschichte von Schleswig-Holstein. – 411 S., 57 Taf.,3 Kt., Neumünster (Wachholtz).

GWINNER, M.P. (1949): Geologische Beschreibung des Stadtgebietes Bremerhaven. – Unveröff. Diplom- und Kartierungsarbeit TU Stuttgart, 46 S., 1 Kte. 1:25000, 17 Taf., Stuttgart.

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