Geopark Vulkaneifel

Lavagrube Wartgesberg – Grubenwand mit Frostmusterstrukturen

Beim Wartgesberg-Vulkan (418 mNN), der durch einen Tagebau mittlerweile weitgehend abgegraben wurde, handelte es sich ursprünglich um einen Schlackenkegel mit einem Alter von rund 30 000 Jahren (Mertz et al., 2015), der somit im Weichsel-Hochglazial gebildet wurde. In den zentralen tieferen Bereichen (aktuelle Tagebausohle) wird massiver Basalt gewonnen. Dieser war von mehrere Zehnermetern mächtigen, vorwiegend schwarzen Tephraablagerungen des Wartgesberg-Ausbruchs überdeckt (vgl. schwarze grobkörnige Tephra am Fuß der Aufschlusswand (Abb. 4). Diese wiederum wird überlagert von bis zu viele Meter mächtigen rötlich-bräunlich gefärbtem Tephramaterial, das dem Sprinker Maar-Ausbruch zuzuordnen ist. Da in diesem Material die hier vorgestellten Eiskeil-Pseudomorphosen ausgebildet sind ist auch die zeitliche Entstehung des Sprinker Maares eindeutig dem Hochglazial zuzuordnen. Zusätzlich wurde das Gebiet noch mit Löss unterschiedlicher Mächtigkeit überdeckt.

Die Lavagrube am Wartgesberg-Vulkan (Abb. 1) wird von der Firma Scherer Baustoffe mit Sitz in Kastellaun (Pächter) seit 1952 als Tagebau für den Vertrieb von Tephra und Basalt als Baustoffe, vorwiegend für den Straßenbau, betrieben. Die potenzielle Rohstofffläche umfasst 93 ha mit einem Abbauvolumen von rund 22 Mio. Tonnen. Die aktuell genehmigte Tagebaufläche liegt bei 48 ha (11 Mio. Tonnen Material, 3 Mio. Tonnen Abbaureserve). Die Erweiterung der Abbaufläche steht in der Diskussion.

Abb. 1: Lavagrube der Firma Scherer (Quelle: Google Earth)

Pleistozäne Frostmusterstrukturen

Das Eiszeitalter, auch Pleistozän genannt, dauerte von rund 2,7 Mio Jahre bis zirka 11000 Jahre vor heute. In diesem Zeitraum gab es einen mehrfachen Wechsel von Warm- und Kaltzeiten bzw. Eiszeiten. Die letzte Eiszeit, deren Auswirkungen in Form von Eiskeilen und anderen Frostmustern im anstehenden Aufschluss zu sehen sind, wird in Norddeutschland als Weichsel-Eiszeit, in Süddeutschland als Würm-Eiszeit bezeichnet. In den Kaltzeiten dehnten sich riesige Gletschermassen von Skandinavien und von den Alpen her aus. Eifel und Hunsrück blieben dabei zwar eisfrei, aber es herrschten Dauerfrostbedingungen mit tiefgreifend gefrorenem Untergrund.

In einem rund 100 m breiten Aufschluss der östlichen Grubenwand ist der dreigliedrige Aufbau der Ablagerungen deutlich erkennbar. An der Basis des Aufschlusses handelt es sich um schwarze Tephra, die dem Wartgesberg Vulkan mit einem Alter von rund 30 000 Jahren zuzuordnen sind. Darüber liegt eine mehrere Meter jüngere, mächtige, rötlich gefärbte Tephradecke als Folge des direkt südlich angrenzenden Sprinker Maar-Vulkans. Die Maarablagerungen beginnen mit gut sicht- und abgrenzbaren, rd. 50 cm mächtigen Schicht aus feinkörnigem ascheartigen Material mit sehr hohen Anteilen an „frischen“ Gesteinsbruchstücken von devonischen Grauwachen und Schiefern in ungeordneter Lagerung. Es handelt sich um das oberflächennah weggesprengte Material, welches auch zuerst wieder abgelagert wurde. Darüber folgen deutlich geschichtete Maarablagerungen mit einem geringeren Anteil an groben Grundgebirgsfragmenten. Zuoberst findet sich eine pleistozäne Solifluktionsdecke mit hohen Lösslehmanteilen von erosionsbedingt wechselnder Mächtigkeit.

Im Luftbild ist die großflächige Verbreitung der Eiskeilstrukturen östlich der Lavagrube sehr gut anhand des dunkler gefärbten Polygonnetzes mit einer Maschenweite von teilweise mehreren Zehnermetern sichtbar (Abb. 2). Bestens ausgebildete und sehr gut erhaltene große Eiskeil-Pseudomorphosen und weitere Kryoturbationserscheinungen in den Sprinker Maar-Ablagerungen sind Zeugen intensiver und langer Permafrostdynamik im Hochglazial. 

 

Abb. 2: Frostmusterstrukturen mit Lage des Bodenprofils (Quelle: Google Earth)

Die freigelegten Eiskeile haben sich bis in mehrere Meter Tiefe in der Tephra des Sprinker Maares entwickelt und dabei Schulterbreiten von ebenfalls mehreren Metern erreicht. Beim Füllmaterial handelt es sich vornehmlich um Lösslehm der letzten Kaltzeit und vorhandenes Verwitterungsmaterial. Aufgrund der fein geschichtete vulkanischen Tephra sind auch kryoturbationsbedingten Verwürgungsstrukturen bestens sichtbar (Abb. 3 und 4). Die Schicht der Eiskeil-Pseudomorphosen wird von einer gut ausgebildeten Solifluktionsdecke (diskordant?) überlagert, was auf eine Bildung im Spätglazial schließen lässt.

Abb. 3: Eiskeil mit kryoturbationsbedingten Verwürgungsstrukturen I (Quelle: eigene Aufnahme)

Abb. 4: Eiskeil II (Quelle: eigene Aufnahme)

In Abb. 5 wird schematisch die zyklische Entstehung und Weiterentwicklung von Eiskeilen über einen längeren Zeitraum unter pleistozänen Permafrostbedingungen veranschaulicht. Die schon erwähnte beachtliche Größe der hier vorhandenen Eiskeile und Polygonstruktur lässt auf eine sehr lange Entwicklungszeit über Jahrhunderte/Jahrtausende schließen (Abb. 3). 

 

Abb. 5: Stadien der Eiskeilbildung (angelehnt an Strahler & Strahler, 1996)

 

Lavagrube Wartgesberg – Bodenprofil Ackerfläche

Das Bodenprofil befindet sich auf der Ackerfläche östlich der Lavagrube (Abb. 2). Es handelt sich hierbei um eine Normbraunerde aus Grus führendem Lehmschluff (aus tephrahaltigem Lösslehm) über Lehmgrus (aus Tephra). Großflächige Kartierungen haben gezeigt, dass die durch die polygonalen Frustmusterstrukturen geprägten Flächen (Abb. 2) in den oberen 30 bis 45 cm durch ein solifluidal umgelagertes Gemisch aus Lösslehm und Tephra dominiert sind. Innerhalb der mit Löss verfüllten Eiskeile haben sich mitunter Parabraunerden entwickelt, welche teilweise zur Pseudovergleyung neigen. Außerhalb der Eiskeilpseudomorphosen steht ab einer Tiefe von 45 cm verwittertes Tephramaterial an, das dem Sprinker Maar-Ausbruch zuzuordnen ist. Dieses ist gekennzeichnet durch einen hohen Verfestigungsgrad, welcher infolge der Einwirkung verkittender Substanzen (Fe- und Al-Oxide) nach unten weiter zunimmt. Je höher der Anteil der Tephra mit der Tiefe wird, desto höher wird auch das Vermögen Phosphor zu binden (Tab. 6). Belegt wird das durch ein ungünstiges Verhältnis von pflanzenverfügbarem zum Gesamtphosphor (Tab. 5). Dies ist häufig mit Andosol-spezifischen Eigenschaften assoziiert. Die Ergebnisse des NaF-Tests (Tab. 7) deuten ebenfalls darauf hin, dass sich beim Ausgangssubstrat um tephrahaltiges Material handelt. Die Lagerungsdichte sowie der Gehalt der oxalatlöslichen Fe- und Al-Oxide würden jedoch eine Andosol-Klassifikation nach der neuen Kartieranleitung ausschließen.

Tab. 1: Standortbeschreibung – Wartgesberg

Substrat:	Grus führender Lehmschluff (aus tephrahaltiger Lösslehm) über Lehmgrus (aus Tephra)
Relief:	Oberhang, E-Exposition
Landnutzung:	Acker
Vegetation:	Getreide
Position:	50°06'22'' N, 6°56'26'' E, 429 m
MAP:	838 mm
MAT:	6.8°C

Abb. 6: Profil Wartgesberg Ackerfläche (Quelle: eigene Aufnahme)

Tab. 2: Profilbeschreibung und Bodenklassifikation – Profil Wartgesberg

Tiefe [cm]	Horizont	Bodenart		Steine [M.-%]	Gefügeform	Humus	Durchwurzelung	Carbonat [%]	Ausgangsgestein	Stratigraphie
0-30	Ap	Uls		22.5	sub-kru	h3	5	0.00	V, Lol	qp
30-45	Bv	Lu		21.5	sub	h3	3	0.00	V, Lol	qp
45-85	II lCv1	Ls4		62.5	koh	h1	0-1	0.05	V	qp
85-100+	II lCv2	-		-	-	-	-	-	-	qp
Humusform:			-
Deutsche Klassifikation:			Normbraunerde aus Grus führendem Lehmschluff (aus tephrahaltigem Lösslehm) über Lehmgrus (aus Tephra) BBn: pfl-(z)lu(V,Lol)/ pfl-zll(V)
WRB:			Eutric Endoskeletic Vitric Cambisol (Aric, Anoloamic, Humic)

 

Tab. 3: Bodenphysikalische Eigenschaften I – Partikelgrößenverteilung (Bodenart nach KA5) – Profil Wartgesberg

Tiefe [cm]	Partikelgrößenverteilung [Masse-%]									Bodenart
	gS	mS	fS	gU	mU	fU	T	U	S
0-30	10.1	11.3	7.2	22.9	21.3	10.6	16.4	54.9	28.6	Uls
30-45	20.6	11.6	6.7	22.1	20.8	9.5	18.5	52.4	28.8	Lu
45-85	20.4	19.4	10.4	11.5	11.4	6.1	20.9	28.9	50.2	Ls4
85-100+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

 

Tab. 4: Bodenphysikalische Eigenschaften II – Profil Wartgesberg

[cm]	ρt [g cm-3]	PV [Vol.-%]	LK [Vol.-%]	FK [Vol.-%]	nFK [Vol.-%]	TW [Vol.-%]	Kf [cm/d]	EW [kPa]
0-30	1.37	47.4	14.0	33.4	20.3	13.1	1662	1934
30-45	1.44	45.6	12.9	32.6	17.6	15.0	1188	2419
45-85	1.47	44.4	13.9	30.5	11.8	18.7	977	2992
85-100+	-	-	-	-	-	-	-	-

 

Tab. 5: Bodenchemische Eigenschaften I – Profil Wartgesberg

Tiefe [cm]	pH [H2O]	pH [CaCl2]	EL [mS cm-1]	Corg [mg g-1]	Corg Vorrat [t ha-1]	Canorg [mg g-1]	Nt [mg g-1]	C/N	Cmic [μg g-1]	Nmic [μg g-1]	Pt [μg g-1]	P (CAL) [μg g-1]	K (CAL) [μg g-1]
0-30	6.65	5.96	97	0.17	54.3	0.000	0.02	10.2	292.4	43.8	840	50.6	126.3
30-45	6.74	6.15	113	0.15	25.9	0.000	0.02	9.8	188.8	26.2	983	57.0	198.0
45-85	6.80	6.21	84	0.06	12.5	0.005	0.01	8.7	17.1	3.1	1721	17.2	495.6
85-100+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

 

Tab. 6: Bodenchemische Eigenschaften II – Profil Wartgesberg

Tiefe [cm]	KAKeff [mmolc kg-1]	BS [%]	Na	K	Ca	Mg	Fe	Al	Mn	H
			[mmolc kg-1]
0-30	78.9	99.8	0.7	5.3	43.7	29.0	0.1	0.0	0.1	0.0
30-45	83.7	99.9	1.1	8.6	43.5	30.5	0.0	0.0	0.1	0.0
45-85	101.3	99.9	1.1	19.6	44.3	36.1	0.0	0.0	0.1	0.0
85-100+	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

 

Tab. 7: Bodenchemische Eigenschaften III – Profil Wartgesberg

Tiefe [cm]	Feo [g kg-1]	Fed [g kg-1]	Alo [g kg-1]	Mno [g kg-1]	Sio [g kg-1]	Alo + ½ Feo [%]	Feo/Fed [ ]	P-Retention [%]	NaF-Test [pH]
0-30	6.54	9.98	2.22	0.51	1.09	0.55	0.65	73.2	9.51
30-45	6.32	9.97	2.33	0.56	1.12	0.55	0.63	62.8	9.57
45-85	8.76	14.93	6.34	0.44	4.18	1.07	0.59	99.0	10.20
85-100+	-	-	-	-		-	-	-	-

 

Raimund Schneider und Marcel Lorenz
Fach Bodenkunde, Fachbereich VI Raum- und Umweltwissenschaften
Universität Trier
Behringstraße 21
54296 Trier

Reinhold Jahn
Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften - Bodenkunde und Bodenschutz
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Von Seckendorff-Platz 3
06120 Halle (Saale)