Hamburgs geologischer Untergrund

Vor etwa 260 Millionen Jahren (Oberes Perm) entstanden durch ein Wechselspiel von Auffüllung des Norddeutschen Beckens mit Meerwasser und der nachfolgenden Verdunstung in einem Zeitraum von 10 Millionen Jahren ausgedehnte Salzstöcke. In der Hamburger Region gibt es neun Salzstöcke (Salzdiapire) unterschiedlicher Form und Tiefe.[9] Der mächtigste Salzstock ist der Othmarschen Langenfelde Diapir (OLD). Er befindet sich im Nordwesten von Hamburg und erstreckt sich von der Elbe über etwa 20 km in nordöstlicher-Richtung bis nach Quickborn. Der Salzstock ist bis zu 3000 Meter tief, in einigen Gebieten reicht er bis in wenige Meter unter die Oberfläche.[10]

Bahrenfelder See mit einer Ausdehnung von 118 m

In der Mächtigkeit folgt der Salzstock am Reitbrook mit einer Ausdehnung von etwa 4 km und einer Tiefe von 800 Meter. Lage und Struktur der Salzstöcke im Hamburger Gebiet sind in einem geologischen 3D-Modell schematisch dargestellt (Geotektonischer Atlas von Nordwestdeutschland[11]).

Im Umfeld des Hamburger Stadtgebiets liegen in Niedersachsen die Salzstöcke Sottorf und Meckelfeld sowie in Schleswig-Holstein die Salzstöcke Geesthacht-Hohenhorn, Siek-Witzhave und Sülfeld.[12]

Bei Kontakt des Salzstocks mit Grundwasser oder Sickerwasser kommt es zu Auswaschungen, die große Hohlräume (Kavernen) im Salzstock bilden können.

Über dem Salzstock Othmarschen Langenfelde Diapir traten mehrere Erdfälle auf. Der Bahrenfelder See (Größe: 5130 m², Geländehöhe: NN + 24 m) ist auf diese Weise durch eine oberflächennahe Salzkaverne und einem folgenden Einsturz (Erdfallsee) entstanden.[13][14]

Der Flottbek Markt Erdfall hat leicht geneigte Randstrukturen, die auf ein langsames Absinken hindeuten.

Der Wobbe See Erdfall, etwa 250 m nordwestlich von Flottbek Markt, zeigt steil stehende Randstrukturen, die ein abruptes Abrutschen der Bodenstruktur nahelegen. Mit der hochauflösenden Scherwellen-Seismik konnte die Struktur der Wobbe-See-Sinkhöhle in 60–80 m Tiefe unter der Oberfläche nachgewiesen werden.[15] In diesem Gebiet wurden Senkungsraten um 1 mm/Jahr ermittelt.[16][17]

In den vergangenen 200 Jahren traten im Hamburger Raum mehr als 30 seismische Erschütterungen – ausgelöst durch Erdfälle – auf, überwiegend in Groß Flottbek und Bahrenfeld:[7][18][19]

(Einstufung der Quelle: A-vertrauenswürdig, C-unsicher)

Ende der letzten Eiszeit entstanden durch Ablagerungen der bis Hamburg reichenden Gletscher Sandschichten, die von 500 Meter Tiefe bis wenigen Metern unter die Oberfläche reichen. Sie bildeten auf Hamburger Gebiet sechs Grundwasserleiter[20] und bescheren Hamburg eine autarke Grundwasserversorgung, ohne dass Hamburg auf zusätzliches Uferfiltrat – wie es bei vielen anderen Großstädten der Fall ist – angewiesen ist.

Bei den ersten Bohrungen zur Trinkwassergewinnung trat das Wasser unter hohem Druck aus den Grundwasserleitern springbrunnenartig aus. Heute tritt dieses Phänomen, das als artesisches Grundwasser bezeichnet wird, nicht mehr auf, da durch die permanente Grundwasserentnahme der unterirdische Wasserdruck gesunken ist.[7]

Die Trinkwasserversorgung Hamburgs und des Hamburger Umlands erfolgt heute ausschließlich aus dem Grundwasser und wird von 17 Grundwasserwerken mit insgesamt 461 Brunnen aus Tiefen zwischen 20 und 429 Metern erbracht.[21][22]

Hamburg verfügt über ca. 630 Grundwassermessstellen der Behörde für Umwelt und Energie sowie ca. 390 Grundwassermessstellen der Hamburger Wasserwerke.[23] Die Ausdehnung und Tiefen der Hamburger Grundwasserleiter sind in einem hydrogeologischen 3D-Strukturmodell dargestellt. Es dient zur Gefährdungsabschätzung des oberflächennahen Grundwassers, um mögliche Fließwege von der Oberfläche bis zum Grundwasser zu erkennen oder beim Eindringen von Schadstoffen in den Boden.[24][25]

Tabelle: Hamburger geologische Formation und Wasserwerke (nach E. Koch 1955, W. Drobek 1948 und 1955, aus [26], ergänzt um technische Daten zum Grundwasserkörper und zur Brunnentiefe von 2009 der Behörde für Umwelt und Energie)

Das Versorgungsgebiet und die Standorte der 17 Wasserwerke, 2009

Denkmal Robertshall

Braunkohle entstand vor rund fünf Millionen Jahren des Tertiärs aus verlandeten Sumpfwäldern und Mooren. Als sich die Gletscher der Elster-Eiszeit über Norddeutschland schoben, wurden die Pflanzen- und Tierreste im Laufe der Jahrtausende immer wieder durch Geröll und Sandschichten überdeckt. Der zunehmend hohe Druck auf die organischen Ablagerungen führte zu deren Inkohlung.

Im gesamten Hamburger Stadtgebiet erstrecken sich in Tiefen von 100 bis 500 Meter drei Braunkohleflöze von 8 bis 10 Meter Schichtstärken, die von Tonschichten getrennt sind. Zwischen 1919 und 1922 wurden 50.000 Tonnen Braunkohle im Bergwerk Robertshall in den Harburger Bergen abgebaut und zur Feuerung der Kesselanlage der Phonix Gummiwerke verwendet. Das geförderte Material bestand durchschnittlich aus etwa 45 % Sand und 55 % Braunkohle. Heute gilt diese Braunkohle als unrentabel.[7][29]

Bei Bohrarbeiten zur Suche nach Trinkwasservorkommen im Südosten Hamburgs, bei Neuengamme wurde am 4. November 1910 Erdgas in nur knapp 250 m Tiefe entdeckt. Das Gas, das unter einem Druck von 27 bar austrat, entzündete sich am Bohrloch. Erst nach 20 Tagen konnte der Brand (Das Flammenkreuz von Neuengamme) gelöscht werden, das Bohrloch wurde mit einer Betonplatte gesichert. Die Gasförderung wurde nach fünf Jahren begonnen, die über 7 Jahre 231 Mio. m³ Gas erbrachte. Der Erdgasfund im Marschgebiet von Neuengamme gab auch Anlass für weitere Bohrungen nach Erdgas und Erdöl.[30][31]

1937 wurde im Umfeld der Gasvorkommen zunächst die Erdöllagerstätte „Reitbrook-Alt“ über dem Scheitel des Salzstockes Reitbrook in 665–800 Meter Tiefe entdeckt. Zwischen 1937 und 1942 wurden fast 1 Mio. Tonnen Erdöl gefördert. Der Höhepunkt der jährlichen Förderung wurde 1940 mit 350.000 Tonnen erreicht. 1960 wurde die Erdöllagerstätte „Reitbrook-West“ erschlossen. Insgesamt wurden 345 Tiefbohrungen in die Lagerstätten am Reitbrook eingebracht, deren Standorte in einer Karte in[30] verzeichnet sind (Schnittzeichnung des Erdölfeldes über dem Salzstock Reitbrook in[32]).

Die Erdölförderung betrug 1965 80.000 Tonnen, die kumulative Fördermenge betrug 2.2 Millionen Tonnen, bis sie 1973 eingestellt wurde. Danach wurde die Lagerstätte zum Erdgasspeicher ausgebaut, der bis 2014 betrieben wurde.

Pferdekopfpumpe und Erdgaslagerstation in Altengamme

Zur Wiederaufnahme der Ölproduktion am Reitbrook-Alt wurden 2017 erneut Fördertests durchgeführt, um die noch ergiebigsten Bohrlöcher zu ermitteln.[33] Angrenzend an die Erdölfelder Reitbrook wurden auf dem Hamburger Gebiet – über dem Salzstockes Meckelfeld – zwei weitere Erdöllagerstätten, „Meckelfeld-Alt“ und „Meckelfeld-Süd“ erschlossen. Die bis 1993 erfolgte Förderung erbrachte eine Gesamtmenge von mehr als 2 Millionen Tonnen Erdöl.[30]

Das Landschaftsbild der Region wird heute noch geprägt durch die markanten Gebilde der Tiefpumpen, die sogenannten „Pferdekopfpumpen“, die zur Öl-Förderung aus großer Tiefe und geringem Lagerstättendruck zum Einsatz kommen.

Durch den Abbau des Erdöls entstanden bis zu 380 Mio. m³ fassende Hohlräume (Porenräume in den unterirdischen Gesteinsschichten), die heute als Erdgasspeicher (Porenspeicher) mit einem Volumen von 350 Mio. m³ genutzt werden und der Versorgung von Hamburg mit Erdgas dienen.[34][35]

Die oberflächennahen Böden der Elbe- und der Alsterniederungen wurden durch die Urstromtäler geformt und bestehen aus Weichschichten wie Klei, Torf und Sand. Die Alsterniederung erstreckt sich auch über einen Teil der Hamburger Innenstadt von der Binnenalster, entlang der Hamburger Fleete bis zur Elbe. Der Verlauf der Niederung wird zu beiden Seiten von Geestrücken begrenzt. Der westliche Geestrücken liegt im heutigen Stadtteil Neustadt.

Der östliche Geestrücken ist von Alster, Bille und Elbe zu einer Geestzunge geformt, die zur Zeit der ersten Besiedelung Hamburgs ein idealer Schutzraum bildete, auf dem auch die Hammaburg errichtet wurde. Heute ist es Teil des Stadtteils Hamburg-Altstadt, wo sich der Domplatz und die St. Petrikirche befinden. Der Straßenname, „Bergstraße“ von der Binnenalster zur St. Petrikirche weist bereits mit seiner Namengebung auf den dortigen Höhenunterschied zwischen Alsterniederung und Geest hin.[8]

Höhenunterschiede in der Hamburger Innenstadt:

Die Gründungen großer Bauwerke in dem morastigen Grund der Alsterniederung stellen besondere Herausforderungen dar.

Der Bau des 112 Meter hohen Hamburger Rathauses in der Alsterniederung musste auf 4000 Eichenpfählen und einer 1,60 Meter dicken Grundplatte errichtet werden, bis er 1897 nach 10 Jahren Bauzeit fertig erstellt wurde.[7][10]

1. Klaus Schipull: Hamburg: Stadt und Hafen - Umland und Küste. 37 geographische Exkursionen (Hamburger Geographische Studien), Heft 48, Institut für Geographie der Universität Hamburg, 1. Januar 1999.
2. Klaus Schipull: Die Naturlandschaften im Großraum Hamburg – kurze Erläuterung zu einer Übersichtskarte (Seite 1–7 in "Hamburg: Stadt und Hafen").
3. Jürgen Ehlers: Das Quartär im Hamburger Raum (Seite 9–19 in "Hamburg: Stadt und Hafen").
4. M. Haacks, B. Pflüger, D. Thannheiser: Dove Elbe und Bergedorf – Langschaftsgenese, Vegetation und Landnutzung (Seite 225–238 in "Hamburg: Stadt und Hafen").
5. Naturschutzgebiet - NSG Höltigbaum, NSG Stellmoorer Tunneltal, Behörde für Umwelt und Energie.
6. Wanderkarte NSG Höltigbaum.
7. Ulrich Alexis Christiansen: Hamburgs dunkle Welten – Der geheimnisvolle Untergrund der Hansestadt, Christoph Links Verlag, 1. Auflage, April 2008 (ISBN 978-3-86153-473-0).
8. Volker Looks: Die Alster – der Fluss und die Stadt, Wachholtz Verlag, 2012 (ISBN 978-3-529-05153-1).
9. Erdsenken in Hamburg, Schriftliche Kleine Anfrage, Drucksache 19/6773, 23.07.10 (mit Abbildung der Lage der Salzstrukturen im Raum Hamburg, aus Baldschuhn et al. 2001: Geotektonischer Atlas von NordwestDeutschland und dem deutschen Nordsee-Sektor).
10. Friedrich Kausch: Geotechnische Charakterisierung des Hamburger Baugrundes
11. Ausschnitt aus dem Geologischen Modell – Salzstöcke auf dem Gebiet der FHH
12. Erdbeben, Einsturzbeben und Erdsenken in Hamburg, Jura Magazin.
13. Der Bahrenfelder See, Hamburger Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt.
14. A. Grube, F. Grube: Geomorphologie von Salzstöcken in Holstein – Salzstock Bahrenfeld (Seite 489–501 in "Hamburg: Stadt und Hafen").
15. CharLotte Krawczyk, Ulrich Polom, Stefan Trabs, Torsten Dahm: High-resolution imaging of sinkhole structures in the city of Hamburg by urban shear-wave reflection seismics, Geophysical Research, Vol. 13, EGU2011-1302, 2011.
16. Torsten Dahm, Sebastian Heimann: Seismologische Untersuchung der Mikrobeben in Flottbek Markt, Hamburg, vom April 2009 und deren mögliche Ursachen, Institut für Geophysik, Universität Hamburg, Wilhelm Bialowons, Deutsches Elektron-Synchrotron DESY, Hamburg, 23. Juni 2009.
17. Ein integrativer geodätisch-gravimetrischer Ansatz zur Erkundung von Subrosion im Erdfallgebiet Hamburg-Flottbek − Oberflächendeformation und Massentransfer, Portal für Geoinformation, Geo-IT und Geodäsie.
18. Erdbeben in Hamburg am 8. April 2000, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt.
19. Torsten Dahm: A seismological study of shallow weak micro-earthquakes in the urban area of Hamburg city, Germany, and its possible relation to salt dissolution, Natural Hazards, September 2011, Volume 58, Issue 3, Seiten 1111–1113.
20. Grundwasserschutz in Hamburg (Schematische Darstellung der Grundwasserleiter), Behörde für Umwelt und Energie - Wasserwirtschaft.
21. Trinkwassergewinnung, Behörde für Umwelt und Energie.
22. Wasserschutzgebiete und Standorte der Wasserwerke, Behörde für Umwelt und Energie.
23. Grundwassergleichen Erläuterungen zu den Grundwassergleichenplänen, Behörde für Umwelt und Energie - Wasserwirtschaft, Jan. 2014.
24. Der tiefere geologische Untergrund von Deutschland, Vorlage für die Kommission „Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe“ Hannover, Oktober 2014.
25. Hydrogeologisches Modell des mitteltiefen Untergrundes, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Hamburg.
26. Hans-Jürgen Gäbler: Baugrund und Bebauung Hamburgs – Der Einfluss des natürlichen Untergrundes auf die Entwicklung einer Welthafenstadt, Hamburger geographische Studien, Heft 14, Institut für Geographie und Wirtschaftsgeographie der Universität Hamburg, 1962.
27. Grundwasserschutz in Hamburg, Behörde für Umwelt und Energie.
28. Unser Versorgungsgebiet und die zuständigen Wasserwerke, Behörde für Umwelt und Energie.
29. Michael Grube: Ein Braunkohle-Bergwerk bei Hamburg – Robertshall.
30. 80 Jahre Erdölförderung in Hamburg.
31. Ein Knall vor 100 Jahren löste das Industriezeitalter in den Vierlanden aus - Das Flammenkreuz von Neuengamme, Peter von Essen, Bergedorfer Bürgerverein, Sept. 2010.
32. Anschub für Erdöl aus Hamburg, 1. Februar 2017.
33. Erdölförderung statt Erdgasspeicherung – GDF-Suez kauft Speicher Reitbrook von Unternehmenstochter Storengy.
34. Eine Tafel fürs Flammenkreuz, De Latücht, Heft Nr. 82, Dez. 2010.
35. Erdgasspeicher Reitbrook, Storengy Speicherbetrieb Reitbrook.