„Bodenhebung“ – Versionsunterschied

Als '''Bodenhebung''', auch ''Geländehebung'', oder auch vereinfacht ''Hebung'', bezeichnet man in der [[Bergschadenkunde]] die durch bergbauliche Aktivitäten hervorgehobene Anhebung der Tagesoberfläche.<ref name="Quelle 1" /> Durch diese Bodenhebungen kann es, je nach örtlicher Lage, zu [[Bergschaden|Bergschäden]] kommen.<ref name="Quelle 2" /> Besonders problematisch sind Hebungsdifferenzen im Bereich von [[Tag (Bergbau)|über Tage]] [[Ausbiss|ausgehenden]] [[Diskontinuität (Geologie)|Unstetigkeitszonen]], insbesondere dann, wenn diese Bereiche bebaut sind.<ref name="Quelle 5" /> Hebungen aufgrund bergbaulicher Aktivitäten können entweder nach Beendigung des [[Untertagebau|Untertagenbergbaus]] aufgrund von Grubenwasseranstieg<ref name="Quelle 4" /> oder im [[Tagebau]] nach Beendigung der [[Sümpfung]]smaßnahmenSümpfungsmaßnahmen aufgrund von Grundwasserwiederanstieg,<ref name="Quelle 7" /> sowie aufgrund geologischer Störungen bei Geothermiebohrungen hervorgerufen werden.<ref name="Quelle 8" />

Wird nach der Stilllegung eines [[Bergwerk]]s die [[Wasserhaltung (Bergbau)|Wasserhaltung]] abgeschaltet, so kommt es je nach örtlicher Gegebenheit, zu einem mehr oder minder starkem Anstieg des [[Grubenwasser]]s.<ref name="Quelle 18" /> Dadurch werden die [[Grubenbau]]e allmählich [[Absaufen|geflutet]].<ref name="Quelle 3" /> Die noch vorhandenen [[Wetter (Bergbau)|Wetter]] werden nach und nach durch das Wasser aus den Grubenbauen verdrängt.<ref name="Quelle 4" /> Die vormals offenen Grubenräume bilden nach dem Anstieg des Grubenwassers anthropogene hebungsaktive [[Wasserreservoir]]e.<ref name="Quelle 20" /> Die nun anstehende Wassersäule belastet dann mit ihrem Gewicht das [[Liegendes|Liegende]] und bewirkt eine Absenkung der unterhalb liegenden offenen Grubenbaue.<ref name="Quelle 7" /> Gleichzeitig wirkt sich der [[Wasserdruck]] auch auf das [[Hangendes|Hangende]] aus.<ref name="Quelle 4" /> Da sich die [[Kohäsion (Bodenmechanik)|Kohäsion]] des Materials mit eindringendem Grubenwasser ändert, können bedingt durch den steigenden Wasserspiegel zunächst Bergsenkungsprozesse ausgelöst oder erleichtert werden.<ref name="Quelle 19" /> Durch den sich nach oben auswirkenden Wasserdruck werden noch vorhandene Abbauhohlräume etwas geweitet und der noch unverdichtete [[Versatz (Bergbau)|Versatz]] entlastet.<ref name="Quelle 4" /> Das ansteigende Grubenwasser wirkt sich auch auf den Grundwasserhaushalt im [[Deckgebirge]] aus.<ref name="Quelle 3" /> Es können hydraulische Verbindungen zwischen den einzelnen [[Grundwasserstockwerk]]enGrundwasserstockwerken entstehen.<ref name="Quelle 7" /> Auch kann das weiter ansteigende Grubenwasser sich negativ auf die Tagesoberfläche auswirken.<ref name="Quelle 5" /> Die oberhalb liegenden Gebirgsschichten werden durch den Differenzdruck leicht gestaucht.<ref name="Quelle 4" /> Bestehen nun die oberen Gesteinshorizonte aus einer [[Wechsellagerung]] von [[Ton (Bodenart)|Tonschichten]] und lockeren [[Sand]]en, so werden diese vom Grubenwasser in ihren Form und Lage beeinflusst.<ref name="Quelle 17" /> Durch das eindringende Grubenwasser werden nun die vom Wasser umspülten Sandkörner [[Dynamischer Auftrieb|aufgetrieben]].<ref name="Quelle 18" /> Die unterhalb der Sandschicht befindliche Tonschicht wird dadurch entlastet und quillt auf.<ref name="Quelle 4" /> Es kann dadurch dann der umgekehrte Prozess wie bei einer [[Bergsenkung]] eintreten.<ref name="Quelle 7" /> Das aufsteigende Grubenwasser führt letztendlich zu einer Bodenhebung.<ref name="Quelle 3" /> Diese Bodenhebungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich verlaufen.<ref name="Quelle 7" /> Die Hebungen der Tagesoberfläche entstehen jedoch nicht unmittelbar nach der Flutung der betroffenen Grubenbaue bzw. Gebirgszonen.<ref name="Quelle 18" /> Der Hebungsprozess an der Tagesoberfläche verläuft mit einer relativ geringen zeitlichen Verzögerung zum Grubenwasseranstieg.<ref name="Quelle 20" /> Merkliche Bodenhebungen treten an der Tagesoberfläche jedoch erst nach einer Verzögerung von mehreren Jahren<ref group="ANM" name="Anm. Pap." /> nach der Flutung auf.<ref name="Quelle 18" /> Die Höhe der Bodenhebung ist je nach örtlicher Gegebenheiten unterschiedlich.<ref name="Quelle 17" /> Es ist davon auszugehen, dass die Hebung etwa zwei bis drei Prozent<ref name="Quelle 4" /> in einigen Bereichen auch fünf Prozent<ref name="Quelle 18" /> der vorherigen Bergsenkung beträgt.<ref name="Quelle 4" /> Somit liegt ihr Wert zwischen einigen Zentimetern bis einigen Dezimetern.<ref name="Quelle 9" /> Die Geschwindigkeit, mit der die Hebung vonstatten geht, [[Korrelation|korreliert]] dabei mit der Geschwindigkeit des Grubenwasseranstiegs.<ref name="Quelle 20" /> Die Hebung der Tagesoberfläche verläuft in der Regel gleichmäßig, sodass es zu zu keinen störenden Einflüssen auf den Gleichgewichtszustand zwischen im Hebungsbereich vorhandenen Gebäuden und dem Baugrund kommt.<ref name="Quelle 18" />

Damit sich ein Gelände durch Grundwasserwiederanstieg heben kann, muss es sich zuvor durch Wasserverlust abgesenkt haben.<ref name="Quelle 11" /> Durch die Absenkung des Grundwasserspiegels geht im entwässerten Schichtpaket des Bodens die Wirkung des Auftriebs verloren.<ref name="Quelle 15" /> Da die Kornstruktur des Bodens dessen Raumgewicht nicht mehr tragen kann und bedingt dadurch komprimiert wird, kommt es in den betroffenen Bereichen zu Setzungen der Bodenoberfläche.<ref name="Quelle 12" /> Diese Setzungen entstehen einerseits durch künstlichen bzw. technischen Eingriff in den Grundwasserhaushalt, allerdings können sie auch durch natürliche Ereignisse wie längere Trockenperioden und geringe Grundwasserneubildung entstehen.<ref name="Quelle 14" /> Insbesondere in Tagebaurevieren kommt es bedingt durch die betriebsbedingten [[Wasserhaltung (Bergbau)#Wasserhaltung im Tagebau|Sümpfungsmaßnahmen]] zu großflächigen Setzungen.<ref name="Quelle 12" /> Durch die, nach der [[Gewinnung (Bergbau)|Gewinnung]] der Braunkohle, spätere Verkippung des Abraumes kommt es zu einer Veränderung der Grundwasserlandschaft<ref group="ANM" name="Anm. Glkaf." /> insbesondere im verkippten Bereich.<ref name="Quelle 11" /> Der Senkungsprozess ist jedoch nach Beendigung der Sümpfungsmaßnahmen zumindest teilweise wieder reversibel.<ref name="Quelle 16" /> Nach Beendigung der Sümpfungsmaßnahmen steigt das Grundwasser wieder an.<ref name="Quelle 12" /> Durch das zusätzliche Gewicht des Wassers nimmt die totale Spannung unterhalb des neuen Grundwasserstandes zu.<ref name="Quelle 19" /> Der Boden steht nun wieder unter Auftrieb, wodurch die Kornstruktur des Bodens entlastet wird.<ref name="Quelle 12" /> Zusätzlich steigt der [[Porenwasserdruck]], was zur Folge hat, dass die effektiven Spannungen unterhalb des neuen Grundwasserstandes abnehmen.<ref name="Quelle 19" /> Dies hat zur Folge, dass es zu Hebungen in den betroffenen Gebieten kommt.<ref name="Quelle 11" /> Dieser Prozess verläuft über einen längeren Zeitraum und kann mehrere Jahre bis Jahrzehnte andauern.<ref name="Quelle 16" /> Die prognostizierten Hebungsfaktoren für die betroffenen Gebiete<ref group="ANM" name="Anm. Gies." /> liegen im Mittel bei 0,3 Prozent.<ref name="Quelle 12" /> Um die großräumige Grundwasserabsenkung und die später daraus resultierenden Hebungen zu reduzieren, wurde vom Betreiber eines Tagebaus das sogenannte „Dichtwandverfahren“ angewandt, mit dem eine Abdichtung im Erdreich bis zu einer Teufe von 100 Metern erreicht wird.<ref name="Quelle 16" /> Da der [[Absenkungstrichter]] eine größere Fläche betrifft als das eigentliche Abbaugebiet, kann es zu Bewegungen des Bodens auch vermeintlich “weitab“ des Tagebaus kommen. Das Dichtwandverfahren reduziert diese Effekte, indem es unter anderem auch steilere (und damit geringere Grundflächen bei gegebener Tiefe umfassende) Absenkungstrichter ermöglicht.

Bei tiefen [[Geothermie]]bohrungen kann es vorkommen, dass die Bohrung durch eine [[Anhydrit]]schicht geführt wird.<ref name="Quelle 8" /> Steigt nun aus einem darunterliegenden und angebohrten Wasserreservoir das Wasser durch das Bohrloch nach oben, kommt es auch in Kontakt mit dem Anhydrit.<ref name="Quelle 6" /> Bei dauerhaftem Kontakt mit Wasser wird im Anhydrit ein chemischer Prozess ausgelöst,<ref name="Quelle 7" /> wodurch es zu einer Mineralumbildung und Mineralneubildung kommt<ref name="Quelle 8" /> und das Anhydrit durch Aufnahme von [[Kristallwasser]] in [[Gips]] umgewandelt wird.<ref name="Quelle 7" /> Dadurch kommt es zu einer Volumenzunahme.<ref name="Quelle 8" /> Diese liegt theoretisch bei etwa 17 Prozent in alle Richtungen, in Summe somit rund 61 Prozent.<ref name="Quelle 7" /> Durch die Quellung des Gesteins kommt es zu einer Drucksteigerung, dem sogenannten Quelldruck.<ref name="Quelle 21" /> Ist nun der Quelldruck höher als der auflastende [[Gebirgsdruck]] und sind keine Gebirgsschichten oberhalb der quellenden Gebirgsschicht vorhanden, die die Volumenzunahme kompensieren können, so kommt es zur Hebung der Geländeoberfläche.<ref name="Quelle 8" /> Da die Wasseraufnahme durch den Anhydrit nur allmählich vonstattengeht, erfolgt auch die Quellung und somit die Hebung über einen längeren Zeitraum.<ref name="Quelle 7" /> Wie stark diese Hebung ist, hängt neben der [[Mächtigkeit (Geologie)|Mächtigkeit]] der Anhydritschicht auch von der Mächtigkeit der überdeckenden Gebirgsschichten ab.<ref name="Quelle 8" /> Besonders anfällig für diese Umwandlungsprozesse sind dünnschichtige Wechsellagerungen und [[Mergel]]schichten mit einem fein verteilten Anhydritanteil von ungefähr fünf Prozent oder mehr.<ref name="Quelle 7" /> Aber auch bestimmte Tonminerale neigen zu einem starken Aufquellen.<ref name="Quelle 8" /> Im Zuge der Diskussion um [[Stuttgart 21]] wurde auch der dortige Tunnelbau durch Anhydrit vor diesem Hintergrund kontrovers diskutiert.<ref>https://www.deutschlandfunk.de/stuttgart-21-tunnelbau-in-gefaehrlichem-gestein-anhydrit-100.html</ref><ref>https://www.spektrum.de/news/gefahr-fuer-die-tunnel-von-stuttgart21/1783496</ref> Es gab sogar 2017 eine Sondersitzung unter Beteiligung von Bahn, Stadt und Land explizit zu diesem Thema<ref>https://www.stuttgarter-zeitung.de/inhalt.stuttgart-21-sondersitzung-zu-anhydrit-im-februar.869d52f0-cdbf-4eec-b77c-d0e78ead5d16.html</ref>