Berberich, Gabriele:

Identifikation rezenter gasführender Störungszonen in der West- und Hocheifel mithilfe von Bioindikatoren

Duisburg, Essen (2011), 290 Bl.
Dissertation / Fach: Geowissenschaften
Fakultät für Geisteswissenschaften » Institut für Geografie
Schreiber, Ulrich C. (Doktorvater, Betreuerin)
Burda, Hynek; Glasmacher, Ulrich Anton (GutachterIn)
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2010
Abstract:
In der vorliegenden Arbeit wurde ein für eine geologische Geländeaufnahme recht ungewöhnlicher und innovativer Kartieransatz verfolgt: Für das 1.140 km² große, vulkanisch geprägte Arbeitsgebiet in der West- und Hocheifel wurde der Zusammenhang zwischen Neststandortwahl der Hügel bauenden Waldameisen (Gattung Formica) und gaspermeablen Störungszonen des rezenten Spannungsfeldes untersucht. Anhand des Standortes Oberehe wurde beispielhaft für das Arbeitsgebiet gezeigt, wie die sich aus den Hauptspannungsrichtungen für die West- und Hocheifel ergebenden Störungssysteme von den Neststandorten analog abgebildet werden. Dazu wurden zunächst die Störungssysteme aus der Nestanordnung abgeleitet und anschließend mithilfe von Analysen geogener Gase aus Quellgasen und der Bodenluft überprüft sowie mit den Aufstiegswegen der quartären Vulkane, postvariszischen Gangmineralisationen und Erdbebenereignissen korreliert. Anschließend wurde das für den Standort Oberehe gut belegte Störungssystem auf das gesamte Arbeitsgebiet abgeleitet und punktuell überprüft. Linienanordnungen der Hügel bauenden Waldameisen (Gattung Formica) bilden Störungszonen direkt ab, Cluster dokumentieren auf relativ kleiner Fläche mehrere tektonische Störungsrichtungen und somit quasi auf kleinstem Raum das großflächige Störungsregime in einem Gebiet. Solitärnester stehen als Verbindungen zwischen Linienanordnungen und Cluster.

Aus den interpretierten Ergebnissen der Neststandortkartierung konnten für das Arbeitsgebiet verschiedene Störungssysteme abgeleitet werden: Ein ±100°-WNW-ESE-streichendes dextrales Blattverschiebungssystem, das als rezente Hauptstörungsrichtung von konjugierten Scherflächensystemen (±110°-WNW-ESE resp. ±140°-NW-SE-streichend) begleitet wird. Dieses Störungssystem entspricht den von SCHREIBER & ROTSCH (1998) postulierten WNW-ESE-streichenden Blattverschiebungen und durchzieht das Arbeitsgebiet in einem parallelen Abstand von etwa 4-8 km. Darüber hinaus existieren teilweise prävariszisch (±N-S-streichend) und variszisch angelegte Störungssysteme (±15°-NE-SW-, ±50°-ENE-WSW und ±60°-ENE-WSW-streichend), die postvariszisch reaktiviert werden. Die Analysen geogener Gase (Kohlendioxid, Helium und Radon) in der Bodenluft und aus Quellgasen von Mineralquellen bestätigten die aus der Neststandortkartierung abgeleiteten rezenten gaspermeablen Störungszonen.

Insgesamt wurden 118 neue Mineralquellaustritte kartiert: davon zeigen 26 neue Stellen CO2-Austritte, 95 sind ungefasste Mineralquellen und vier sind ungefasste Mineralquellen mit CO2-Austritten. Damit wird das Gebiet der Mineralquellen nach Norden und Südosten hin, außerhalb des quartären Vulkanzugs, erweitert. Die Analysen geogener Gase (Kohlendioxid, Helium und Radon) in der Bodenluft und aus Quellgasen von Mineralquellen bestätigten die aus der Neststandortkartierung abgeleiteten rezenten gaspermeablen Störungszonen. Zusätzlich zu den Gasanalysen wurde auch die Temperatur der Mineralwässer erfasst. Die gemessenen Austrittstemperaturen zeichnen im Arbeitsgebiet vornehmlich die postvariszischen ±140°-NW-SE- und variszisch ±50°-streichenden Störungsrichtungen nach. Der überregionale Vergleich zwischen den gemessenen Austrittstemperaturen und den von GRIESSHABER (1998) ermittelten Austrittstemperaturen der Mineral- und Thermalwässer im Rheinischen Massiv zeigt, dass sich die warmen Quellen im Dreiser Weiher auf der ±140° NW-SE-streichenden Störungsrichtung zwischen den Thermalquellen im Stavelot-Venn-Massiv im NW und den Bad Bertricher Glaubersalzquellen im SE befinden.

Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass das über den innovativen Kartieransatz abgeleitete rezent aktive Störungssystem mit den postvariszischen Gangmineralisationen, den quartären Eruptionszentren und den von der BGR (2010) und vom GLA-NRW (1992) veröffentlichen Störungszonen gut korreliert. Darüber hinaus können aufgrund der Ergebnisse Teilsysteme des von der BGR und dem GLA-NRW herausgegebenen Störungssystems als rezent aktiv angesprochen werden, da sie Fortführungen des abgeleiteten Störungssystems darstellen.

Darüber hinaus dokumentiert sich das abgeleitete Störungssystem auch in 50 tektonischen Erdbeben innerhalb des Arbeitsgebietes. Diese für die West- und Hocheifel neue Entwicklung zeigt, dass sich das bereits für das Hohe Venn-Gebiet und das östliche Rheinische Schiefergebirge dokumentierte tektonische Spannungsfeld auch langsam in der zuvor seismotektonisch ruhigen West- und Hocheifel durch tektonische Beben abbildet.

Die aus dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zeigen nicht nur eine innovative geotektonische Kartiermöglichkeit, sondern bieten darüber hinaus auch neue entomologische Erkenntnisse, die bisher im Hinblick auf Hügel bauende Waldameisen (Gattung Formica) und ihre Standortwahl so noch nicht betrachtet worden sind und neue Forschungsfelder eröffnen. Nestverbände der Hügel bauenden roten Waldameise (Gattung Formica) zeigen im Arbeitsgebiet den Verlauf rezenter aktiver Störungszonen an, insbesondere wenn diese durch Bodenschichten im Gelände überdeckt sind. Diese Störungszonen weisen erhöhte Konzentrationen geogener Gase in der Bodenluft auf. Sie erlauben, im Zusammenhang mit der Nestgröße, im Gelände eine erste grobe Abschätzung der Bodenluftkonzentrationen, die allerdings vorerst nur für die Eifel mit subrezentem Vulkanismus gelten:
Kohlendioxid: Nestneugründungen sind bei CO2-Konzentrationen um 7 Vol. % in der Bodenluft problemlos. Ältere und größere Nester hingegen stehen auf Standorten, die in der Bodenluft < 5 Vol. % CO2 aufweisen. Höhere Konzentrationen (bis zu 14 Vol. %) werden von den Kolonien gemieden. Dort sind auch keine Nestneugründungen anzutreffen. Diese finden sich erst wieder in Bereichen in denen die CO2-Konzentration in der Bodenluft abnimmt. Helium: In unmittelbarer Nähe von Nestneugründungen (0 – 10 cm Nesthöhe) und kleinen Nestern (<0,5m) sind im Arbeitsgebiet die Heliumkonzentrationen in der Bodenluft erhöht (bis zu ≈ 5.600 ppb). Ältere und größere Nester (Nesthöhen >1m) stehen an Standorten, an denen die Heliumkonzentrationen in der Bodenluft im Vergleich zum Atmosphärenstandard nur leicht erhöht sind (bis zu ≈ 5.300 ppb).

Radon: Der Abgleich mit den Neststandorten zeigt, dass die Ameisen im Arbeitsgebiet nur in Bereichen siedeln, in denen die Radonkonzentrationen 50 Bq/l in der Bodenluft nicht überschreiten.

Werden Nest-Linienanordnungen auf wenigen hundert Metern unterbrochen, so zeigt sich, dass die Konzentrationen geogener Gase in der Bodenluft deutlich erhöht sind. Diese aus den Bodenluftanalysen gewonnenen Ergebnisse für die Neststandortwahl und die Nestgröße werden von den Quellgasanalysen untermauert. Extrem hohe Bodenluftkonzentrationen, wie sie um Entgasungszonen von Mineralquellen vorkommen und die z. B. beim Helium, um ein Vielfaches den Atmosphärenstandard überschreiten (z.B. Quelle des Rudersbaches in Oberehe ≈ 40.700 ppb), scheinen von den Ameisenkolonien gemieden zu werden. Ihre Nester finden sich erst wieder auf den Störungszonen, wenn die Konzentrationen in der Bodenluft abgenommen haben. Treten hingegen CO2-führende Mineralquellen und Nester in unmittelbarer Nähe (wie z. B am Römerbrunnen in Wassenach, Osteifel) auf, kann davon ausgegangen werden, dass die Heliumkonzentration in der Gasphase relativ gering ist. Hier liegt die Heliumkonzentration im Quellgas lediglich zwischen 800 – 2.600 ppb (mdl. Mitteilung SCHREIBER, 2009). Fazit: Mit der vorliegenden Arbeit konnte erfolgreich gezeigt und nachgewiesen werden, dass die Hügel bauenden Waldameisen (Gattung Formica) geeignete Bioindikatoren für gaspermeable rezente Störungssysteme darstellen. Daher ist die Nesthügelkartierung neben der traditionellen geologischen Geländeaufnahme ein geeignetes Kartierinstrument, um einen ersten Überblick über den Verlauf aktiver gaspermeabler Störungszonen im Gelände zu erhalten, erst recht, wenn postvariszische Gangmineralisationen durch Vegetation oder Lockersedimente überdeckt werden.

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