Geologie und Bergbau im Ilfelder Becken

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Geologie und Bergbau im Ilfelder Becken

(Christopher Rölke & Stephan Schnapperelle)

Lage des Ilfelder Beckens und Anfahrt

Das Ilfelder Becken liegt im Süden des Harzes und erstreckt sich zwischen Bad Sachsa und Neustadt. Etwa in dessen Zenrtum befindet sich der Ort Ilfeld, in dem sich Hinweise auf den Bergbau im Ilfelder Becken anhand des Lehrpfades zum Manganbergbau beim Braunsteinhaus, des Rabensteiner Stollens und des Besuchebergwerkes "Lange Wand" finden lassen.

Ilfeld ist über die A38 (Abfahrt Nordhausen Nord) zu erreichen. In Nordhausen fährt man auf der B4 über Niedersachswerfen Richtung Ilfeld. Das Besucherbergwerk "Lange Wand" befindet sich am südlichen Ortseingang von Ilfeld. Hierfür fährt man, aus Niedersachswerfen kommend rechts in die Karl-Marx-Straße und fährt gerade bis zur Uferstraße. Hier befindet sich der Parkplatz für das Besucherbergwerk.
Der Lehrpfad zum Manganbergbau ist am besten vom Braunsteinhaus zu begehen. Dieses erreicht man, in dem man in Ilfeld (wiederum aus Niedersachswerfend kommend) links in die Straße nach Appenrode abbiegt. Dieser folgt man, bis man den Abzweig (rechts) zum Braunsteinhaus erreicht. Hier folgt man einfach der Ausschilderung und kann am Braunsteinhaus parken.
Der Rabensteiner Stollen findet sich ca. 4 km nördlich von Ilfeld (Ortsteil Netzkater). Man erreicht ihn, indem man von Ilfeld aus der B4 bis Netzkater folgt. Dort biegt man rechts in auf die B 81 ein und folgt dieser bis zum Abzweig (rechts) Richtung Hufhaus und erreicht nach etwa einem Kilometer das Besucherbergwerk des Rabensteiner Stollens.

Einleitung

Beim Harz handelt es sich um ein variszisches Grundgebirge, welches während der alpidischen Orogenese als Bruchscholle gehoben wurde. Abgegrenzt wird diese Hochscholle im Norden durch die subherzyne Senke, im Osten durch die Mansfelder Mulde, im Süden durch die Thüringer Senke und im Westen durch den Leinetal-Graben. Durch die spätvariszische Tektonik kam es im Harz zur Ausbildung von Becken und Schwellen im geologischen Sinne.
Zwischen der Eichsfeld-Oberharz-Scholle und der Kyffhäuser-Unterharz-Scholle kam es zur Absenkung des Ilfelder Beckens. Auf einer Fläche von circa 120 km² zwischen Bad Sachsa im Westen und Neustadt im Osten erstreckt sich dieses permokarbonische Becken (Abb. 1). Die genaue Abgrenzung des Ilfelder Beckens ist von Autor zu Autor verschieden. So wird einerseits das Ilfeder Becken nur als Rotliegend - Becken angesprochen und endet mit der Südgrenze des Harzes. Andere Autoren erweitern die Lage des Beckens bis in die Thüringer Senke hinein und schließen somit auch die Sedimente des Zechsteins ein.

Geologische Übersichtskarte des Ilfelder Beckens

Abb. 1: Geologische Übersichtskarte und Lage des Ilfelder Beckens (nach Liessmann 1997)

Geologie des Ilfelder Beckens

Die permokarbonischen Schichten lassen sich in 12 verschiedene Formationen gliedern (Abb. 2).

Abb. 2: Geologische Gliederung der permokarbonen Schichten im Ilfelder Becken (nach Liessmann 1997)

Als älteste stratigraphische Einheit ist das Basis-Fanglomerat abgelagert worden (r1, Abb. 2). Es handelt sich um ein schlecht verfestigtes und schlecht sortiertes Sediment, in welches rote und grüne Tonsteine, aber auch Tuffite, eingelagert sind. Die in der Formation beinhalteten Klasten sind aufgearbeitete Gesteine der unterlagernden devonischen Grauwacken, Kieselschiefern und Metabasalte. Die Mächtigkeit der Formation variiert innerhalb des Ilfelder Beckens recht stark, da sich das Basis-Fanglomerat auf die ehemalige Landoberfläche des Karbons abgelagert hatte. Sie erreicht im mittleren Teil eine maximale Mächtigkeiten von 100 m, während im östlichen Teil nur 40 m - 60 m zu finden sind. Westlich des Elsbachtals, wo noch 20 m mächtige Sedimente vorhanden sind, keilen die Schichten dann vollkommen aus. Die Alterstbestimmung erfolgt anhand der überlagernden kohleführenden Schichten (r2) auf höchstes Karbon bzw. tiefstes Perm.

Die kohleführenden Schichten (r2, Abb. 2) bestehen vorwiegend aus feingeschichten Tonsteinen mit eingeschalteten Sandstein- und Konglomeratbänken und erreichen eine Mächtigkeit von 20 m - 40 m. Eingeschaltet in diese Abfolge ist ein 2 m mächtiges Kohleflöz. Auf den genauen Aufbau des Kohleflözes wird im Kapitel "Steinkohleabbau im Ilfelder Becken" eingegangen. Die Makroflora lässt eher höheres Oberkarbon als Rotliegend vermuten (Wilde, 1993).

Die nächst jüngere Formation wird durch ein rötliches, gröberes Sandstein-Konglomerat gebildet (r3, Abb. 2). Es handelt sich um eine Wechsellagerung von Konglomeraten, Sandsteinen und Schluffsteinen, wobei die Klasten der Konglomerate aus Grauwacken, Gangquarzen und Kieselschiefern aufgebaut sind. Die Mächtigkeit der Formation im Bereich von Sülzhayn beträgt etwa 50 m. Faziell werden die Schichten als Schwemmfächer interpretiert, da sie vom Rand zum Inneren des Beckens immer feinkörniger werden.
Die Melaphyre von Ilfeld und Neustadt überlagern die Sedimente und erreichen eine Mächtigkeit von 90 m. Es handelt sich um Magmatite intermediärer bis mafischer Zusammensetzung (Latite).

Zwischen den Melapyren und dem Ilfeld Rhyolith lagerte sich eine Formation aus roten Schluffsteinen mit untergeordneten Sandsteinen, Tuffen und einer 8 m mächtigen Kalkfolge ab (r4, Abb. 2). Diese Kalkfolge erstreckt sich über das gesamte Becken und kann daher als Marker-Horizont im gesamten Ilfelder Becken benutzt werden. Bei den oberen Lagen handelt es sich um lakustrische und palustrische Kalke mit Einschaltungen von Sanden und Tonen, welche auf die Verlandung eines Playasystems deuten lassen.

Der Ilfelder Rhyolith bildet im Osten des Ilfelder Beckens einen großen, bis 300 m mächtigen Komplex. Im Westen ist er durch kleinere Vorkommen bei Bad Sachsa, Ravensberg und Staufenbüffel vertreten (Abb. 3). Anhand von Untersuchungen am Ravensberger Vulkanit ist ein mehrphasiger Aufbau des Vulkanitkomplexes anzunehmen. Altersdatierungen am Vulkanit mit ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Methoden ergaben ein Alter von 298-299 Ma (Hess 1993). Damit ist der Ilfeld Rhyolith nur unwesentlich jünger als der Brockengranit (300 Ma).

Im westlichen Teil des Ilfelder Rhyoliths folgen hangend Sandstein-Tuff-Wechsellagerungen (r5, Abb. 2). Im oberen Teil der Serie findet man überwiegend umgelagertes pyroklastisches Lockermaterial unterschiedlicher Zusammensetzungen. Die meisten Gerölle bestehen aus Rhyolith und sind damit jünger als die vorher beschriebenen Gesteine. Die Mächtigkeit beträgt 50 - 80 m.

Über den Pyroklastika setzen Konglomerate, Arkosen und Siltsteine ein. Die Komponenten der groben Klastika bestehen wiederum vorwiegend aus schlecht sortiertem Rhyolith, wobei die Matrix aus rötlichen, teilweise aus grauen Sanden und Schluffen aufgebaut ist (r6, Abb. 2). Die größte Mächtigkeit wird mit 150 m bei Ellrich erreicht. Im östlichen Teil des Beckens allerdings fehlt das Konglomerat.

Das jüngste permokarbonische Schichtglied des Beckens wird durch den Walkenried Sandstein (r7, Abb. 2) vertreten. Es handelt sich um einen mäßig sortierten Fein- bis Mittelsandstein. Auch dieser Sandstein ist im Zentrum des Beckens bis zu 150 m mächtig, während er im Osten fehlt. Da bislang weder Fossilien noch sonstige Datierungen vorliegen, sind genauere Alterseinstufungen nicht möglich.

Abb. 3: Geologisches Profil durch das südliche Ilfelder Becken (nach Liessmann 1997)

Zwischen dem Sandstein und dem transgredierenden Zechstein besteht eine Winkeldiskordanz, die auf eine tektonische Aktivität während des Rotliegenden vor Ablagerung der Zechsteinsedimente hinweist. Dabei sind die Schichten des Zechsteins besonders im Süden des Ilfelder Beckens als Auflage auf den Rotliegendsedimenten zu finden (Abb. 3).
Die tiefste Einheit des Zechsteins bildet das Zechsteinkonglomerat mit einer maximalen Mächtigkeit von 20 cm. Die hierbei aufgearbeiteten Klasten bestehen dabei überwiegend aus Gesteinen des Rotliegend. Darauf folgt der Kupferschiefer, ein mergeliger Schwarzschiefer, mit Metallgehalten um 1 % und einer Gesamtmächtigkeit von maximal 30-45 cm. Weiteres über die Genese und den Bergbau dieser stratigraphischen Einheit finden sich im Kapitel "Der Kupferschiefer im Ilfelder Becken". Überlagert wird der Kupferschiefer vom Zechsteinkarbonat, Gips und Anhydrit, deren Mächtigkeiten Richtung Süden immer mehr zunehmen. Diese Sedimente sind in einem flachmarinen Environment entstanden, welches von starken Verdunstungen der im Becken eingeschlossenen Wassermassen, betroffen war.

Lagerstätten und Bergbau im Ilfelder Becken

Steinkohlebergbau

Die Steinkohleabbaugebiete im Ilfelder Becken kann man in drei Reviere unterteilen:

das Neustädter Revier
das Rabensteiner Revier und
das Sülzhayner Revier

Abb. 4: Geologisches Profil der kohleführenden Schichten im Ilfelder Becken (stratigraphische Einheiten, vgl. Abb. 2) (nach Liessmann 1997)

Geologisch wurden die kohleführenden Schichten des unteren Rotliegend abgebaut (Abb. 4), welche aufgrund der Erosion nur noch auf einem Areal von 5 x 15 km anstehen. Abgelagert wurden diese Schichten in kleinen Senken mit sumpfigen und lagunären Eigenschaften. Die abgestorbenen Pflanzen wurden später durch Schlammströme luftdicht abgeschlossen und verwandelten sich zu Braunkohlen. Die maximale Mächtigkeit der Flöze erreichte 2 m und lässt sich folgendermaßen vom Liegenden zum Hangenden gliedern:

Bankkohle (20 - 30 cm)
1. Zwischenmittel (20 - 40 cm)
Mittelkohle (10 - 20 cm)
2. Zwischenmittel (20 - 50 cm)
Dachkohle (20 - 50 cm)

Die abbaufähigen Horizonte betrugen aber nur maximal 25 - 40 cm. Die tonigen Zwischenschichten wurden teilweise als Brandschiefer mit abgebaut werden. Der Aschegehalt der Kohlen betrug etwa 60 % und damit zeichnet sie sich nicht wirklich als Energieträger aus.
Die Halden des ehemaligen Kohlebergbaus sind heute für Fossiliensammler sehr beliebt, da in den tonigen Materialien Calamites und andere Pflanzenabdrücke zu finden sind.

Im Neustädter Revier (Abb. 5) begann der Brandschiefer- und Steinkohleabbau um 1740 - 1760 zur Belieferung der Salinen in Artern und Frankenhausen. In der Zeit von 1780 bis 1812 begann die Förderung unterhalb des Tiefen Stollen erneut, musste aber wieder beendet werden, da durch die Wasserhaltung der Bergbau zu teuer geworden war. Mit dem Wegfall der Wegzölle konnten die Neustädter Gruben erneut eröffnet und zusätzliche neue Vorräte exploriert werden. Insgesamt wurden im Neustädter Revier in den 120 Jahren (1740 - 1860) Bergbau 190.000 t Steinkohle und Brandschiefer gefördert.

Ein weiteres Abbaugebiet für Kohle ist Revier das beim Rabenstein, welches seit Mitte des 17. Jahrhundert Kohle als Brennstoff liefert. 1737 erschürften zwei Bergleute ein Kohleflöz im Norden von Ilfeld. Anfänglich waren nur 20 - 25 % der Förderung als Kohle zum Schmieden zu gebrauchen. 1770 wurde der Bergbau verschuldet beendet, da sowohl Brandkohle als auch Brandschiefer keinen Absatz fanden. Ab 1831 wurde erneut abgebaut, musste aber nach einem Wassereinbruch 1836 wieder eingestellt werden. 1849 startete ein erneuter Versuch auf einer Gesamtstrecke von 6,5 km Länge, erlag aber wieder 1880. In der Nachkriegszeit von 1946 - 1949 wurde aufgrund des Brennstoffmangels in der Sowjetzone erneut Bergbau betrieben. In der Gesamten Zeit von 111 Jahren wurden in dem Rabensteiner Revier 182.000 t Steinkohle abgebaut. Heute ist der Rabensteiner Stollen als Besucherbergwerk auf einer Länge von 140 m zu begehen.

Abb. 5: Das Neustädter Kohlerevier im Ilfelder Becken (nach Liessmann 1997)

Zum Revier von Sülzhayn ist nicht viel bekannt, außer dass die Zeit des Abbaus etwa identisch mit den anderen beiden Revieren war.

Kupferschiefergewinnung

Beim Kupferschiefer handelt es sich um eine basale Formation des Zechsteins, unterlagert vom Zechsteinkonglomerat und überlagert vom Zechsteinkalk. Abgelagert wurde er als Faulschlamm in einem marinen Becken im anoxischen Bereich. Dabei kommt es zu einer primären Vererzung mit Sulfiden und zur Konservierung von Tieren, welche heute als Abdrücke zu finden sind. Hierbei ist der "Kupferschieferhering" Paläoniscum freieslebeni wohl der bekannteste und häufigste dieser fossilen Abdrücke.

Durch die thermische Subsidenz des permischen Beckens, der folgenden Krustenausdünnung und dem damit verbundenen Vulkanismus, sowie des bei der Kompaktion der Sedimente frei werdenden Wassers, wurden die Sedimente von Fluiden durchströmt. Diese Fluide erwärmten sich aufgrund des erhöhten Temperaturgradientens und zirkulierten im Zechsteinbecken. Es handelte sich hierbei um oxidische Wässer mit einem gewissen Anteil an gelösten Metallen. Beim Umschwung der Redoxverhältnisse im Bereich des Kupferschiefers werden diese Metalle ausgefällt und im Kupferschiefer und den über- und unterlagernden Sedimenten angereichert. Neben Kupfer, Blei und Zink von Gehalten um die 3 %, erfuhren auch Metalle wie Vanadium, Molybdän, Nickel, Kobalt, Silber und Rhenium eine Aufkonzentration.

Der Kupferschiefer kann stratigraphisch vom Liegenden zum Hangenden wie folgt gegliedert werden (Abb.6):

Abb. 6: Stratigraphische Gliederung des Kupferschiefers (nach Stedingk et al. 2002)

Bankkalk (2-3 m)
Fäule (1,1 m)
Dachklotz (0,20 m)
Schwarze Berge (0,15 m)
Schieferkopf (0,11 m)
Kammschale (0,03 m)
Grobe Lette (0,06 m)
Feine Lette (0,02 m)
Hornbank (0,01 m)
Sandstein/Konglomerat (max. 0,20 m)

Das Kupferschiefer-Revier im Ilfelder Becken liegt in der Nähe von Buchholz. Die Kupfererzgewinnung startete schon während der Bronzezeit am ausstreichenden Kupferschiefer. Wieder erwähnt wird der Bergbau im 15. und 16. Jahrhundert. Anfänglich wurde das Erz in Ilfeld verhüttet und später in Hütten der näheren Umgebung gebracht. Durch fehlende Entwässerung wurden aller 60 m immer wieder Schächte in die Tiefe getrieben. Ab Ende des 17. Jahrhunderts begann man Entwässerungsstrecken anzulegen, um das Grubenwasser zu sammeln. Maximale Grubenteufen waren zu diesem Zeitpunkt 50 m. 1734 wurde der Tiefen-Harzfelder-Stollen angelegt, um das zufließende Grundwasser abzuleiten. Aller 100 m - 300 m mussten Lichtlöcher angelegt werden, um die Bewetterung zu gewährleisten. Bis zum 18. Jahrhundert wurden im Buchholzer Revier 16.400 t Schiefer und 2.000 t Erz gewonnen bis das Revier 1758 zum erliegen kam.

Im 19. Jahrhundert wurden zwar nochmals Untersuchungen betrieben, welche aber nicht zu einem Erfolg führten. In der "Langen Wand" wurde noch einmal im Jahr 1860 für 14 Jahre Bergbau betrieben und lediglich 8,4 t Erz gewonnen werden. Der Grund hierfür war, dass neben dem Kupferschieferflöz selbst, damals auch einige Rückenvererzungen (Abb.8) wegen ihrer sporadischen Kobalterzführung abgebaut wurden. In den so genannten Kobaltrücken, die durch späte Bruchtektonik entstanden, fanden sich neben Kobalterzen auch Chalkopyrit, Tetraetrite und Arsenopyrit. Die Ausbeute der Kobaltvererzungen war nicht sonderlich wirtschaftlich.
Etwas nördlich der "Langen Wand" selbst, in Richtung des Besucherstollens, ist eine Aufschiebung, die im Zusammenhang mit der Rückenvererzung steht, sehr gut aufgeschlossen und zeigt eine Schichtverdopplung des Kupferschieferflözes. Außerdem ist hier die Winkeldiskordanz zum Rotliegend sehr gut zu sehen.
Das Bergwerk "Lange Wand" ist heute noch für Besucher geöffnet.

Braunsteinbergbau

Neben dem Abbau von Kohle und Kupferschiefer wurde im Ilfelder Becken auch Manganerzbergbau betrieben, welcher im Gebiet zwischen Ilfeld und Sülzhayn stattfand. Abgebaut wurden Manganerze mit Pyrolusit (Mn0₂), Hausmannit (Mn₃O₄) und Manganit (MnOOH). Dabei finden sich diese Erzminerale überwiegend in hydrothermalen Gängen, die im Zusammenhang mit dem permischen Vulkanismus stehen. Als Gangarten finden sich hauptsächlich Kalkspat, Quarz und Baryt.
Anhand der erhaltenen Pingen und Halden ist die Lage der vererzten Gänge noch heute nachzuvollziehen. Die horizontale Erstreckung der Gänge beläuft sich auf 10 -15 m, selten auf 60 m. Die durchschnittliche Mächtigkeit beträgt 0,45 m bis 0,60 m.

Die Manganerzgewinnung begann im 18. Jahrhundert, aber nicht durch Bergleute, sondern durch das normale Volk in Raubbauform. Erst ab 1819 wurde die Mangangewinnung dem Bergamt unterstellt und durch Bergleute betrieben. Dieser Abbau endet schon 1890 wieder und wurde in der Zeit von 1916 - 1921 wegen Rohstoffmangels während des 1. Weltkrieges noch einmal begonnen. Insgesamt wurden ca. 1600 t Manganerz gewonnen.

In jüngerer Zeit ist ein Lehrpfad zum Manganerzbergbau errichtet wurden.

Quellen

Stedingk K., Rentzsch J., Knitzschke G., Schenke G., Heinrich K., Scheffler H. (2002): Potenziale der Erze und Spate in Sachsen-Anhalt. - In: Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt (ed.): Rohstoffbericht 2002: Verbreitung, Gewinnung und Sicherung mineralischer Rohstoffe in Sachsen-Anhalt. Mitteil. Geol. Sachsen-Anhalt Beih. 5, 75-132.

Liessmann W. (1997): Historischer Bergbau im Harz. - Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 336 S.

Paul J. (1993): Geologie des Ilfelder Beckens. - Göttinger Arb. Geol. Paläont. 58, Waliser Festschrift, 75 - 86.

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