Bergbau: Die ökologischen Folgen
Als Bergbau bezeichnet man die wirtschaftlichen Unternehmungen, die zur Gewinnung und Förderung von Bodenschätzen führen. Die Anfänge des Bergbaus reichen bis in die Jungsteinzeit zurück. In dieser Periode wurde Feuerstein bergmännisch gewonnen. Vor etwa 6000 Jahren begann die Erzgewinnung — zunächst der Abbau von gediegen vorkommendem Kupfer, später auch das Schmelzen von Metallen wie Eisen, die in ihren Erzen nicht in gediegener Form, sondern chemisch gebunden enthalten sind. Die Metallerzeugung und -bearbeitung ermöglichte letztlich die immer schnellere Entwicklung der menschlichen Zivilisation.
Man unterscheidet metallische und nichtmetallische Bergpauprodukte sowie Brennstoffe. Der Abbau der Rohstoffe erfolgt entweder im Tagebau, im Tiefbau (unter Tage) oder mittels Offshore-Technik im Meer (Offshore Mining). Erdöl und Erdgas werden fast ausschließlich im Bohrlochbergbau (Nonentry-Bergbau) an Land oder offshore gefördert.
Der Bergbau hat sich seit jeher in starkem Maße gestaltend auf die Landschaft ausgewirkt.So findet man noch heute deutliche Spuren steinzeitlicher Bergbautätigkeit wie die etwa 4000 Jahre alte Feuersteinmine Grimes Graves in der Grafschaft Norfolk, England, ein Areal von 450 Meter auf 300 Meter, das dicht mit Halden und Gruben von bis zu 30 Meter Durchmesser überzogen ist.
Bewertung der ökologischen Folgen
Die Bewertung der ökologischen Schäden hängt davon ab, wie die Bevölkerung diese Schäden subjektiv wahrnimmt und wie stark sie gegenüber Umweltproblemen sensibilisiert ist — und beides variiert beträchtlich von Mensch zu Mensch und von Land zu Land.
Ökologische Schäden lassen sich aber auch objektiv beurteilen. Wie stark die Umwelt beeinflusst wird, kann anhand von quantitativen und qualitativen Faktoren bewertet werden, bezogen auf ökologische Folgen des Bergbaus etwa der Umfang des Abbaus, die Art des geförderten Rohstoffs, die Konzentration des Rohstoffs im Gesteinsverbund der Lagerstätte, die Lage des Abbaus (Topographie, Klima und vorherige Landnutzung) und die Abbaumethode.
Bei der Erschließung einer neuen Lagerstätte mit bekanntem Lagerstätteninhalt stellt sich die Frage, ob mit einem umfangreichen Projekt eine relativ kurzzeitige, aber schwerwiegende Umweltbeeinträchtigung oder mit einem klein dimensionierten Abbau eine zwar geringe, aber dafür länger anhaltende Umweltbeeinträchtigung in Kauf genommen werden soll.
Ebenso wichtig ist, welcher Rohstoff gefördert wird. Handelt es sich etwa um ein toxisches Material wie beispielsweise Blei oder Uran, so ist die Möglichkeit einer Schädigung der direkten Umgebung des Abbaus ungleich höher als bei ungiftigen Rohstoffen. Allerdings können auch beim Abbau nichttoxischer Rohstoffe erhebliche Mengen toxischer Substanzen, zum Beispiel Schwermetalle, im Abraum mitgefördert werden und die Umwelt gefährden.
Die Konzentration des geförderten Rohstoffs im Gesteinsverbund wirkt sich auf die Menge des Abraums und folglich ebenfalls auf den Flächenverbrauch aus. Die Konzentration ist in der Regel bei Edelmetallen oder Edelsteinen am geringsten. Da diese aber auf dem Rohstoffmarkt zu hohen Preisen gehandelt werden, lohnt sich — wirtschaftlich gesehen — auch das kostspielige Umsetzen riesiger Abraummengen.
Wenn es um die Beurteilung von ökologischen Problemen geht, spielt auch die geographische Lage eine Rolle. Bergbauliche Erschließung stellt sich im flachen Gelände mit großer Sichtweite und langsamen Fließgewässern völlig anders dar als in Gebirgsregionen, wo Höhen- oder Tallage über Art und Ausmaß von etwaigen ökologisch bedeutsamen Unglücksfällen entscheiden. Klimatische Gegebenheiten wie Niederschlagsmenge, Temperatur und Windverhältnisse bestimmen Intensität und Reichweite der bergbaulichen Emissionen. So können beispielsweise in ariden, wasserknappen Gebieten Abraumhalden und unbefestigte Wege auf Werksgeländen nicht feucht gehalten werden, was zu massiver Staubbildung führen kann.
Auch die Form der vorangegangenen Landnutzung ist für die ökologische Bewertung von Bedeutung: Handelte es sich um Agrarland oder um weitgehend unberührte Natur mit schützenswerten Biotopen? Die Frage ist deshalb wichtig, weil sich das Nutzungspotenzial vormaligen Agrarlands oftmals wieder herstellen lässt, ökologisch wertvolle Biotope dagegen meist unwiederbringlich zerstört sind.
Der Bergbau verändert die Morphologie
Der Bergbau wirkt sich wie kaum ein anderer Wirtschaftszweig gestaltend auf das Relief der Landschaft aus. Weltweit werden jährlich durch die Förderung von Rohstoffen ungefähr 3000 Milliarden Tonnen Fels- und Erdmaterial bewegt. Interessant ist ein Vergleich mit dem Materialtransport durch Flüsse: Alle Flüsse der Welt zusammengenommen transportieren pro Jahr schätzungsweise 24 Milliarden Tonnen Sediment. Insgesamt kann man den Umfang der bergbaubedingten Abtragungen und Massentransporte heute durchaus mit dem Umfang natürlicher Abtragungsformen gleichsetzen.
Am auffälligsten ist die morphologische Umgestaltung beim Tagebau. Charakteristisch für den Tagebau ist die Entstehung von Hohlformen durch großflächige Abtragung. Der Kupfertagebau von Bingham Canyon in Utah/USA ist mit einer Tiefe von 774 Metern, einer Fläche von 7,21 Quadratkilometern und einem Aushub von 3355 Millionen Tonnen eine der tiefsten künstlichen Hohlformen der Erde. In Deutschland entstehen die größten Tagebaugruben beim Abbau von Braunkohle. Da heute auch Flöze in Tiefen von mehreren Hundert Metern im Tagebau abgebaut werden, entstehen zumindest während der Abbauphase riesige Abraumhalden. Dem Verlauf der Lagerstätte folgend weitet sich die Tagebaugrube aus, wobei ausgebeutete Grubenbereiche meist wieder mit Abraum aufgefüllt werden.
Nicht nur der Tagebau, sondern auch eine Reihe von anderen Abbautechniken wirkt sich auf die Morphologie aus. So entstehen beim Bohrlochbergbau zwar keine Halden, aber es zeigen sich die für den klassischen Tiefbau charakteristischen Sackungen des Untergrunds. Bei der Erdgas- und Erdölförderung senkt sich der Boden oft großflächig. Die Ausbeutung des Wilmington-Ölfelds führte im Gebiet von Los Angeles zwischen 1928 und 1971 zu einer Absenkung von 9,3 Metern.
Ein gänzlich anderes Problem schafft der Abbau von Flussseifen (»Alluvial Mining«). Flussseifen sind Mineral- oder Erzlagerstätten in Sedimentationsbereichen von Flüssen oder in Schwemmfächern; in ihnen sind dichte (»schwere«) Substanzen wie gediegenes Gold und Edelsteine angereichert. Die Flussseifen werden entweder direkt aus dem Flussbett gepumpt oder zunächst mit Wasser abgelöst und dann mithilfe von Pumpen über Rohre zu den hydraulischen Waschanlagen gefördert. Hier wird der größte Teil des Abraums bereits ausgewaschen. Nur die Feinwäsche geschieht noch per Hand. Wegen der meist sehr geringen Konzentration von Gold oder Diamanten in Flussseifen werden große Abbauflächen einschließlich der Uferbereiche nachhaltig degradiert und sogar natürliche Flussläufe umgeleitet.
Bergbau und Hydrosphäre
Bergbau wirkt sich in drei Bereichen auf die Hydrosphäre aus: Beeinflussung des Grundwasserhaushalts, Störung und Umgestaltung von Oberflächengewässern sowie Verunreinigung und Vergiftung von Grund- und Oberflächenwasser.
Sowohl Tagebaugruben als auch Schächte und Stollen im Tiefbau reichen meist bis weit unter den natürlichen Grundwasserhorizont, der daher gesenkt werden muss. Im Tagebau werden dafür meist Sümpfbrunnen (Entwässerungsbrunnen) angelegt, in denen das Grundwasser gefasst und dann abgepumpt wird; im Tiefbau pumpt man gewöhnlich am Fuß der Förderschächte ab. Als Folge des Abpumpens sinkt der Grundwasserspiegel zum Sümpfbrunnen hin trichterförmig ab. Werden mehrere Brunnen angelegt, erreicht man eine großflächige Absenkung des Grundwasserspiegels. Im Bereich des Abbaus wird der Grundwasserspiegel je nach Abbautiefe und hydrographischen Verhältnissen teilweise mehrere Hundert Meter abgesenkt; die Absenkung erstreckt sich bis weit ins Umland des Abbaus.
Lag der natürliche Grundwasserspiegel in einer Tiefe, die von der Vegetation erreichbar war, wirkt sich eine Absenkung um nur wenige Meter bereits auf die Artenzusammensetzung der Biotope aus. Flora und Fauna verändern sich. Fließgewässer verlieren durch Absenkungen der Grundwasseroberfläche mehr Wasser als vorher durch Versickerung; sie können auch gänzlich versiegen.
Sümpfungsmaßnahmen verändern auch die Fließrichtung des Grundwassers, das Abpumpen zwingt die Wasserströme zu den Brunnen hin. Dadurch verschieben sich die Grundwasserscheiden in die entgegengesetzte Richtung, und die Größen der Wassereinzugsgebiete ändern sich. Am stärksten ist jedoch die Wasserwirtschaft betroffen. Im Süden von Mönchengladbach droht beispielsweise die Schließung etlicher dort ansässiger Firmen, da die Trink- und Industriewasserversorgung von den Sümpfungsmaßnahmen der benachbarten Braunkohletagebaue stark beeinträchtigt wird.
Störung und Umgestaltung von Oberflächengewässern
Oberflächengewässer werden im Bereich von Tagebauen stark beeinträchtigt. Seen werden vor Beginn des Abbaus beseitigt, Fließgewässer um die Abbaufläche herumgeleitet wie beispielsweise die Erft beim Braunkohlefeld Frimmersdorf-Süd.
Wenn der Boden als Folge des Tiefbaus absackt, gestalten sich langfristig oftmals die Oberflächengewässer um. Liegt die Senkung im Bereich von Vorflutern, führt sie bisweilen zu einer Unterbrechung des Abflusses, wodurch die Senken auf Dauer geflutet werden. Beispiele hierfür sind die gefluteten Absackungen durch Kohleminen in England in den Tälern des Aire und des Calder bei Castleford/Knottingley und das Anker Valey im östlichen Warwickshire. Im Ruhrgebiet sank das Bett der Emscher bergbaubedingt um mehr als 10 Meter. Dort mussten 355 Kilometer Fluss- und Bachläufe durch Deiche und Betonkanäle über das Niveau der abgesenkten Oberfläche angehoben werden. Die Mündung der Emscher in den Rhein wurde zweimal flussabwärts verlegt, um das Gefälle zu erhöhen.
Verunreinigung und Vergiftung von Grund- und Oberflächenwasser
Der durch Bergbau erhöhte Schwebstoffanteil in Fließgewässern wirkt sich selbst bei ungiftigen Schwebstoffen durch die stärkere Trübung negativ auf die Pflanzen- und Fischbestände aus. Die Verminderung der Lichtdurchlässigkeit behindert die Photosynthese, was wiederum zu einem Rückgang an pflanzlicher Nahrung führt. Die Verwesung von organischem Material, das oft mit dem Sediment abgelagert wird, zehrt von dem gelösten Sauerstoff und vermindert hierdurch das Sauerstoffangebot im Lebensraum der Fische. Das Sediment erschwert auch das Schlüpfen der Fischbrut aus den Eiern. Schließlich behindert die Trübung des Wassers die Fische bei der Nahrungssuche.
So findet man beispielsweise in den Flüssen im Bereich des Porzellanerdenabbaus in Cornwall/England bei einer Trübung von bis zu 5000 Milligramm pro Liter keine Forellen mehr. Bereits ab 400 Milligramm ungiftiger Sedimente pro Liter sind bei der Fischzucht schlechtere Erträge zu erwarten. Gelöste Schwefelverbindungen, Schwermetalle und andere schädliche oder giftige Stoffe stellen allerdings eine weit größere ökologische Belastung dar. Schwefelverbindungen aus Erzen oder Abraum führen zur Versauerung, Schwermetalle aus Abraumhalden und chemische Rückstände aus der Erzanreicherung zur Kontaminierung von Grund- und Oberflächengewässern. Diese Stoffe gelangen beim Bergbau auf vier Wegen in Oberflächengewässer oder ins Grundwasser, nämlich bei der Ausgrabung und Förderung, über die Abraumhalden, durch die Aufbereitung und durch vorsätzliches Einleiten in die Vorfluter.
Auswirkungen auf die Atmosphäre
Als wichtigste gasförmige Emission treten beim Bergbau Grubengase in Erscheinung. Beim Kohletiefbau handelt es sich um Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan (CH4) ist. Der Anteil des Grubengases in der Luft unter Tage wird durch »Bewetterung«, vor allem durch ständiges Absaugen, bei einem Prozent gehalten. Das abgesaugte Methan kann über Tage als Energieträger genutzt werden oder aber es wird einfach abgefackelt. Auch bei der Erdölförderung fallen große Mengen Methan an, die allerdings meist unkontrolliert entweichen oder ebenfalls abgefackelt werden. Insgesamt entweicht der Großteil des Grubenmethans ungenutzt und macht etwa acht Prozent der jährlichen globalen Methanemissionen aus. Auf diese Weise trägt der Bergbau zur Verstärkung des Treibhauseffekts und zum Abbau der Ozonschicht bei.
Bergbaubedingte Staubemissionen stammen vor allem von Halden, offenen Tagebaugruben, Förderanlagen und der Aufbereitung durch Zerkleinerung. Trockenheit und starke Winde begünstigen die Staubemissionen. Besonders in ariden und wechselfeuchten Klimaten mit langen Trockenperioden kommt es zu starken Staubauswehungen. Der beim Bergbau anfallende Feinstaub kann bis in die Lungenbläschen eindringen, was zu ernsthaften Erkrankungen wie etwa der Staublunge führt. Ein besonders hohes Gefährdungspotenzial geht von Stäuben aus, die mit giftigen Substanzen (wie Schwermetall- oder Schwefelverbindungen) belastet sind — oder gar mit radioaktiven Stoffen, wie sie beim Uranbergbau vorkommen.
Rekultivierung von Bergbaugebieten
Ist der Abbau der Bodenschätze beendet, werden (im Idealfall) die Bergbaugebiete rekultiviert. Ziel der Rekultivierungsmaßnahmen ist letztlich eine Folgenutzung der Flächen, und zwar in der Regel für die Bereiche Landwirtschaft, Forstwirtschaft oder Naherholung. Seit den 1980er-Jahren kommt es auch vereinzelt zu Versuchen der Renaturierung, also der Rückversetzung in einen naturnahen Zustand mit den ursprünglich vorhandenen Biotopen.
Bei einer Rekultivierung werden die Oberflächen bepflanzt, sodass sie durch das Wurzelwerk der Pflanzen stabilisiert werden. Auf diese Weise verhindert eine Begrünung die Staubemissionen, die von Halden und Flächen verfüllter Tagebaugruben ausgehen, oder dämmt sie zumindest ein. Ebenso wird die Erosion, der ungeschützte Oberflächen ausgesetzt sind, verhindert. Als positive Folge wird dadurch die Sedimentfracht in den Vorflutern verringert. Beim Tagebau wird die Rekultivierung in der Regel bereits in der Anfangsphase vorbereitet. Man trägt den Boden im Bereich der geplanten Tagebaugrube ab und lagert ihn getrennt, um bei der Rekultivierung darauf zurückgreifen zu können. Allerdings leidet die Qualität der Böden stark durch die mechanische Belastung beim Wiedereinbringen. Durch das Planieren mit schweren Geräten kommt es oft zu einer starken wachstumshemmenden Verdichtung der Böden. Ein weiteres Problem ist das Absterben fast aller Bodenorganismen, die sich nach der Rekultivierung erst langsam wieder im Boden einfinden. Zudem sinkt der Humusgehalt der Böden durch die Durchmischung in der Regel ab und muss durch starke künstliche Düngung kompensiert werden.
Nutzung der Umwelt immer noch zum Nulltarif?
Die fortschreitende Ausbeutung der Lagerstätten zwingt die Menschheit dazu, immer neue Erz-, Brennstoff- oder Minerallagerstätten zu erschließen. Die Frage, ob im Fall eines Nutzungskonflikts ein wertvoller Naturraum erhalten oder aber die Lagerstätte eines knappen Rohstoffs ausgebeutet werden soll, wird letztlich immer unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten entschieden.
Die Umweltschäden, die der Bergbau verursacht, sind in der Regel bekannt und werden in Kauf genommen, da ihre Kompensationskosten geringer sind als der Erlös des Rohstoffabbaus. In dieser Rechnung werden allerdings nur volkswirtschaftliche Schäden berücksichtigt, also zum Beispiel der Ertragsausfall der Land- oder Forstwirtschaft vom Anfang der bergbaulichen Flächennutzung bis zum Abschluss der Rekultivierung. Zerstörte Naturgüter gehen in solche Kostenrechnungen nicht ein: Luftverschmutzung und die Verschmutzung der Vorfluter sind in der Regel kostenlos. Abhilfe können nur ein gründliches Umdenken und strenge Umweltschutzauflagen schaffen.
Prof. Dr. Hans-Dieter Haas
Grundlegende Informationen finden Sie unter:
Schadstoffbelastungen der Umwelt durch die Industrie
Rohstoffe: Begrenzte Ressourcen
Literatur:
Haas, Hans-Dieter / Fleischmann, Robert: Geographie des Bergbaus. Darmstadt 1991.