Raseneisenerze - brauner Schaum und Bakterien - ein Ausflug in die Geochemie


Schäume bestehen nicht nur aus Träumen

Es war die Zeit als die ersten langkettigen waschaktiven Substanzen angereichert mit Phosphaten in den Kläranlagen für Schaumbäder sorgten. Dafür war nicht nur die Schraubenschlüssel schwingende Klementine von Ariel verantwortlich, sondern auch der Herr Henkel, welcher teure Handtücher mit der Seriosität eines Versicherungsvertreters präsentierte, die nur mit Persil gewaschen werden dürfen. Mit steigendem Umweltbewusstsein verschwanden die Schaumberge durch gezielte Veränderung an den Kohlenwasserstoffketten der waschaktiven Substanzen zusammen mit den hohen Phosphatanteilen bei Dash, Mustang & Co. Aber die Erinnerung daran ist noch stets lebendig.

Merkwürdigerweise finden sich in der Natur, sogar selbst im hermetisch abgeriegelten Naturpark Harz, wo nur an behördlich genehmigten Punkten das Jodeln gestattet ist und fotografiert werden darf, immer noch Schaumberge, die sogar sehr bräunlich aussehen. Die Schäume treten bevorzugt an Stellen auf, wo durch die Strömung Turbulenzen entstehen und viel Luftsauerstoff hinzutritt. Auch an der Grenze von Nordrhein-Westfalen zu den Niederlanden zeigt der aus Deutschland kommende Fluss "de Ijssel" (deutsch: Issel) an einem Wehr in Ulft solche Ansammlungen, welche rechts im Foto zu sehen sind. Nun ist diese Gegend nicht umsonst früher für ihre Gießereien bekannt geworden, denn unter der Rasenkante finden sich Anreicherungen von Eisenhydroxid in Form von Goethit. Sie bekamen den Begriff „Raseneisenerze“. Daher nimmt es nicht Wunder, wenn das Wasser eisenhaltig ist und im Kontakt mit dem Luftsauerstoff ausfällt. Der Schaum wird durch Saponine hervorgerufen. Bekannt ist das Seifenkraut (Saponaria officinalis), das waschaktive Substanzen enthält. Rechtes Bild: bräunliche Schäume an der Ijssel an dem Wehr bei Ulft. Gut zu sehen sind die Fraktale, die sich aus der Auflösung des Schaums ergeben.

Im Bereich Borken-Rhede wurden sogar an Wasseraustritten Bänke von rostfarbenen Schlämmen angetroffen, so können auch größere Partikel mit dem Wasser transportiert werden. Nun besitzen diese Schäume die Eigenschaft in den Zwickeln der Blasenstruktur bestimmte schwerere Feststoffe aufzunehmen. Sie schwimmen mit dem Schaum und sinken erst ab, wenn der Schaum zusammenfällt. Diese Eigenart nutzt das in der Erzaufbereitung angewendete Verfahren die „Flotation“. Erstmals angewandt um Graphit anzureichern, wird es heute für eine ganze Reihe von Mineralen zur Anreicherung von Erzkonzentraten eingesetzt. So erhält man reine Fraktionen, wenn die erwünschten Partikel vom Schaum „eingesammelt“ werden. Das ist nicht selbstverständlich, denn es kommt auf die Oberfläche der Partikel an, hängt von Adsorptionskräften zwischen Kristalloberfläche und Molekül des „Sammlers“ ab. Meist sind sehr lange Versuchsreihen nötig, bis das richtige Sammlerreagenz gefunden ist. Es ist also kein Zeichen von Umweltverschmutzung, wenn jemand in der freien Natur in Bächen solche Schaumberge findet, sondern eher die natürliche Flotation. Selbstredend finden sich auch andere Bestandteile im Schaum, die bereits auf dem Wasser schwammen und mit der Strömung auch vom Schaum aufgenommen wurden. Doch die Anreicherung von Eisenhydroxiden in den Bächen der Umgebung zeigt folgendes Foto, was an der Ijssel aufgenommen wurde. In der schrägen Draufsicht weist die Wasseroberfläche einen bläulichen Schimmer auf, wie ein Film liegt auf der Wasseroberfläche eine bräunliche Schicht feinst verteilten Goethits. Die chemische Formel für dieses Mineral ist verwirrend, doch ist es sich am leichtesten zu merken, wenn dies als „Hydrat des Hämatits“, also als

Fe2O3•H2O

betrachtet wird. In der Tat gibt Goethit bei Erhitzen das Wasser ab. Es stellt sich nun die Frage, warum sich also richtige Bänke dieses Minerals bilden. Mit der Zeit werden die Ablagerungen entwässert und es bilden sich derbe Massen aus Goethit. Solche Vorkommen sind an vielen Orten bekannt, so z.B. am Teutoburger Wald bei Georgsmarienhütte. Aus diesem Grunde entstanden bereits vor Jahrhunderten in der Umgebung solcher Anreicherungen Eisenhütten und Eisenhammer. Bis in die Neuzeit blieben sie als Gießereibetriebe erhalten.

Als Beispiel sei die Eisengießerei in Isselburg genannt. Die Untersuchung des Bildungsprozesses, in der Fachsprache "Genese" genannt, weicht von den herkömmlichen Lagerstättenbildungen ab. Dazu ist zu bemerken, dass wir es hier mit jungen Bildungen zu tun haben. Der gestandene Erzkörper, wie beispielsweise in Nordschweden bei Kiruna-Malmberget entstammt ursprünglich dem Präkambrium ( ca. 1 Milliarde Jahre) und wurde später umgewandelt, metamorphisiert, wie es in der Fachsprache heißt. Nun, natürlich versuchte man diesen Bildungsvorgang aufzuklären und es ergab sich ein biologischer Prozess, der auch in "ordentlichen" Bergwerken wie im Rammelsberg zu beobachten ist.

In diesem bei Goslar gelegenen Erzbergwerk, welches im Jahr 1988 die Produktion einstellte, ist heute eine Touristenattraktion. Die Entstehung dieser Lagerstätte, die auf einem unterseeischen Vulkanismus beruht, der heute gut in bestimmten Bereichen auf dem Meeresgrund des Ostpazifik an den "Smokers" gut zu beobachten ist, wurde nach dem Verschwinden des Meeres und durch Druck und Temperatur bei der "Umformung zu einem Erzkörper, der von den damals wirkenden Kräften zerbrochen wurde zum Lieferanten von Bleiglanz, Zinkblende und Kupferkies. Die Anstrengungen im Ostpazifik auf dem Meeresboden sich derzeit bildende Erzminerale abzubaggern, ist keine gute Idee, doch dazu können sich Interessierte an anderer Stelle informieren. Nun gibt es in unseren Regionen kaum Bergwerke, die nicht von Wasser durchflossen werden. Daher ist die Wasserhaltung in einer Grube von ganz besonderer Bedeutung. Denn diese Wässer müssen abgeleitet werden, soll die Grube nicht "absaufen". In den aus dem Rammelsberg abfließenden sauren Grubenwässern ist unter anderem Kupfer gelöst. Dies macht man sich zunutze, in dem man in in kleinen Staubecken Eisenschrott einbringt, auf dessen Oberfläche sich elementares Kupfer ablagert, genau wie im Chemiebuch beschrieben durch die "Spannungsreihe". Wie kommt das Kupfer aber in Lösung? Dabei helfen Bakterien wie das "Thiobacillus ferrooxidans", welches über das im Kupferkies vorhandene Eisen aus der Reaktion Kupfer in Lösung zu bringen den nötigen Energieinhalt beziehen um weiter zu bestehen. Nach der Stillegung gab es ein Forschungsvorhaben, was sich mit den Aussichten einer Gewinnung von Rohstoffen mittels biologischer Verfahren beschäftigte. Was bewog den Autor sich damit näher zu befassen?

Dazu ist eine Reise in den Oberharz nötig mit gleichzeitiger Rückblende in die Siebziger Jahre des 20. Jahrhunderts. Zu diesem Zeitpunkt betrieb der Autor neben dem Sammeln von Mineralien auch die Suche nach aufgelassenen Bergwerken. Schächte waren dabei stets problematisch. sie waren mit einem grobmaschigen Zaun umgeben, und endeten an der Erdoberfläche meist in einem Trichter mit steilen Wänden. Es war also sehr gefährlich an den Rand zu gehen. Ferner war nie bekannt wie tief sie noch waren. Denn in diese Schächte wurden gern Dinge verfrachtet, die man los werden wollte. Alte Sofas, inclusiv der darauf sitzenden Schwiegermutter oder ähnliche sperrige Güter. Stollen waren dagegen unproblematisch. Manche waren bereits vergittert, aber viele besaßen noch freie Mundlöcher, durch die man in das Innere gelangte. Das Oberbergamt hat dann nach der Reform der alten preußischen Bergbauverordnung von 1866 mit dem Bundesberggesetz auch ein neues Tätigkeitsfeld gefunden. Es ließ noch offene Stollen kartieren und sie dann mit stabilen Gittern versehen, damit Fledermäuse und anderes Kleingetier nicht obdachlos wurden. Ein Stollen in der Gegend um Altenau diente einst der Erkundung zwecks Manganerzgewinnung. Ein Vorfahr des Vermieters, wo der Autor damals wohnte, hatte sich die Grubenrechte auf Manganerze gesichert, neben dem Recht der Preußag dort auf Kupferkies zu schürfen. Durch die wirtschaftliche Lage des Deutschen Reichs vor 100 Jahren, setzte überall besonders bei wichtigen Rohstoffen eine rege Erkundungstätigkeit ein.  Als der Autor diesen Stollen entdeckte und mehr darüber in Erfahrung brachte, beschloss er ihn zu befahren. Der Wasserstand schien nicht zu hoch zu sein, sodass mit Gummistiefeln man trockenen Fußes einfahren konnte.

Man beachte, dass der Bergmann stets vom "Fahren" spricht, gleich ob er mit dem Förderkorb, der Grubenbahn oder zu Fuß sich im Grubenbau bewegt. Ja, sogar die Leitern, werden als "Fahrten" bezeichnet. Amhand einiger Bohrlöcher im Gestein wurde dort sogar "geschossen". Aber nicht wegen eines Nachbarschaftsstreites, was in der Bergstadt Altenau schnell vorkommen kann, sondern ein Bergmann sprengt seinen Garten aber nicht das Gestein. Zur Auflockerung des Gesetins wird mittels explosiver Patronen in den Bohrlöchern geschossen.

Der Hauptstollen endet nach etwa 20 Metern und im Foto rechts schauen wir zunächst einmal aus dem Inneren des Hauptstollens zum Eingang. Der Stollen ist noch in alter Tradition bergmännisch vorangetrieben worden.

Der Hauptstollen ist relativ kurz. Am Ende ist ein Gesenk. Offenbar diente es wohl als tiefer gelegte  Schürfe. Das Gesenk ist abgesoffen und das Wasser steht auf der Stollensohle rund 20 cm hoch. In dem Wasser herrscht reges Leben. Feuersalamander laichen dort und es konnten die Larven mit ihren Außenkiemen im Wasser sehr gut beobachtet werden.Das Gebirge, in dem der Stollen aufgefahren wurde ist sehr stabil, es besteht aus Kulmkieselschiefer (Lydit) im Kontakt zu Grauwacken neben Tonschieferlagen.




Das sich darunter anschließende Bild zeigt dagegen den Nebenstollen, der zwar recht eng ist dagegen langsam ansteigend und dürfte gerade für einen Hund (bergmännisch für : "Lore") Platz geboten haben. Der Nebenstollen ist etwa 75 m lang und endet vor einer Wand. Die Vortriebsarbeiten scheinen dort eingestellt worden zu sein. In der Wand befinden sich noch einige Bohrlöcher.

Das Gestein besteht hauptsächlich aus Kieselschiefer, welcher mit Quarzadern durchzogen ist. Gelegentlich finden sich in den Klüften Kalkspatfüllungen, wo auch Kupferkies anzutreffen ist. Die Mächtigkeit ist aber sehr gering. Durch den Bewuchs mit Flechten ist eine umfassende Untersuchung schwierig aber sicher nicht sehr ergiebig. Die geologische Karte weist keine vorhanden Erzgänge oder vererzten Störungen (Ruscheln) aus. Deshalb hatte die Preußag wohl nur formal eine Mutung auf Kupferkies engelegt, je nachdem wie sich die Erkundungsarbeiten auf Manganerz entwickeln würden. Für den Fachmann sei angemerkt, dass sich dieses Versuchsbergwerk außerhaulb des fiskalischen Gebietes befand. Diese "wirtschaftliche Sonderzone" war im damaligen "Allgemeinen Berggesetz" von 1866 verankert worden und räumte der Preußag besondere Vorrechte ein.  Diese Mineralfundpunkte stehen in keinem Vergleich zu den mächtigen Erzgängen, die den nördlichen Oberharz durchziehen, natürlich im fiskalischen Bergbaugebiet gelegen, wo der der Bergbau sehr aktiv betrieben wurde. Diese Erzgänge weisen ein "hercynisches Streichen"  (eine Erstreckung von NW nach So) auf. Nach Westen erreichen sie immer größere Teufen. Das bezeugt die Bohrung Stauffenburg II, gelegen zwischen Seesen und Münchehof. Der Erzgang, welcher in Bad Grund von dem Bergwerk "Hülfe Gottes" abgebaut wird, besitzt an der Stauffenburg eine Teufe von über 2000 m. Gen Osten enden die Erzgänge am Brockengranit und erreichen immer geringere Teufen. Sie sind als die letzten Ausläufer mit relativ niedriger Bildungstemperatur anzusehen. Aus diesem Grunde konnte der Altenauer Bergbau nie recht gedeihen. Dieses "Versuchsbergwerk auf Manganerz" liegt aber abseits und näher an dem Oberharzer Diabaszug, wo in diesem Bereich ein lebhafter Eisensteinsbergbau umging. Doch zurück zu diesem Nebenstollen. Die Stollensohle führt je tiefer man in den Berg eindringt nur noch wenig Wasser. Durch Klüfte tropft beständig etwas Wasser, was zu einer hohen Luftfeuchtigkeit führt. Das Geräusch des Tröpfelns bringt die Luftsäule zum Schwingen. So ist ein tiefes Summen beständig zu hören. Die eigene Stimme bekommt einen unnatürlichen Hall. Es klingt als würde mit einem sehr weichen Paukenschlegel eine Kesselpauke beständig angeschlagen. Als der Autor zusammen mit einem Freund diesen Stollen wieder einmal befuhr, ereignete sich etwas merkwürdiges. Der Ziel der Befahrung war die Vorbereitung einer Probenahme. Dazu wurden eine ganze Anzahl von Probegefäßen und Objektträgern in einem großen Karton in einem Querschlag abgestellt. Der Deckel des Kartons wurde abgehoben und nach Entnahme einiger Fläschchen nur wieder lose oben aufgelegt. Die beiden "Forscher" waren im Nebenstollen weite gefahren um an anderer Stelle noch Untersuchungen vorzubereiten. Da gab es plötzlich ein sehr lautes tiefes Geräusch. Es war kein Gestein, was aus der Firste weggebrochen war. Denn dies verursacht ein ganz anderes Geräusch und auchErschütterungen. Vielmehr war an eine Rutschung zu denken. Sie schien aus dem Querschlag zu kommen wo die Hauptproben genommen werden sollten. Dennoch war dies recht verstörend. Als beide deshalb sofort ausfuhren, kamen sie überein, dass nur Einer in diesem Querschlag nachschauen wollt, während der Andere nach etwa zehn Minuten einen Alarm auslösen sollte, falls sie dann nicht wieder zu Zweit seien. Doch sollte es sich schnell aufklären. Das Geräusch wurde allein von dem Deckel, der lose auf dem Karton lag und sich selbstständig in Bewegung gesetzt hatte und dabei überdeutlich hörbar auf den Boden fiel, ausgelöst.

Dieser Querschlag zweigt etwa 30 m nach dem Anfang des Nebenstollens ab, er führt tiefer in das  Hangende  hinein, um nach rund zwölf Metern erweitert er sich zu einem größeren Raum, wobei zur rechten ein ehemaliger Blindschacht angelegt war, der aber verbrochen und abgesoffen ist. An der Wand gegenüber entdeckte der Autor 1971 rote und schwarze Schlämme, die er nicht zuordnen konnte. Aus Neugier trug er diese Schlämme ab, um die Herkunft aufzuklären und fand naturgemäß nichts. Bei einer späteren Befahrung im  Jahr 1972, als die Winterperiode vorbei war, fand er zu seinem Erstaunen diese Stalagmiten wieder. Sie waren also in kürzester Zeit wieder aufgewachsen. Das rechte Bild unter der Ansicht des Nebenstollens zeigt den Ort mit dem Blindschacht und in Nahaufnahme diese Stalamiten, die äußerlich elastisch waren doch im Kern sich bereits verfestigt hatten. Der Blindschacht befindet sich in der rechten Ecke im Dunkeln. Seine Funktion erschließt sich nicht. Es kann sein, dass hier ein Schacht niedergebracht werden sollte oder nur ein Pumpensumpf bestand. Es wurde ausgehöhlte Baumstämme, die als Rohre dienten, gefunden. Die Rohrenden waren mit einer Zinkplatte beschlagen. Eine Nahaufnahme zeigt die Gestalt dieser Schlämme deutlicher. Die rot-ockerfarbenen Stalagmiten weisen am Rand schwarze Bereiche auf. Das ist ein Gel, welches aus Mangandioxid gebildet wird. Trägt man die gelartigen Schichten ab, so wird das Innere immer trockener bis zu einem Feststoff. Die chemische Analyse war sehr eindeutig. Gestützt wurde dies durch Arbeiten von Kollegen an anderen Orten, wie zum Beispiel im Riechelsdorfer Gebirge oder im Lahn-Dill Gebiet. Auch in der Nähe im Bereich des Acker-Bruchberg Quarzits zum Brockengranit hin wurden gewaltige Stalagmiten und Stalaktiten aus diesen Gelen beschriebn. Man fand sie bei dem Befahren der höchstgelegenen Wasserläufe (Wasserstollen) des Oberharzer Grubenwassersystems.

Dieses Grabensystem ist eine einzigartige vermessungstechnische Leistung, weil es mit sehr wenig Gefälle erlaubt die Oberflächwässer des Acker Brucbergs in einer Höhe von 800m über mehr als zwanzig Kilometer zu führen um dann auf dem Clausthaler Niveau von rund 500m dort die Wasser- und Fahrkünste anzutreiben.

Doch zurück zum Fundort am Blindschacht. Nachstehend wird eine Nahaufnahme eines Stalagmiten gezeigt, der einen hohen Eisenanteil hat, aber ranlich durch die tief Schwarzfärbung den hohen Mangangehalt verrät. Deutlich im Bild rechts-unten zu sehen.

Zwischen dem ersten Fund um 1971-72 und der genaueren Untersuchungen vergingen etliche Jahre. Das Lehramtsstudium setzte andere Schwerpunkte, bis dann die persönliche  Wende eintraf.

Als das Studium der Mineralogie fortgeschritten war und ein "geochemisches Gewässerpraktikum" anstand, erfuhr er von der mikrobakteriellen Aktivität, die zur Bildung dieser Schlämme führte. Der Lehrstuhlinhaber war über die "Untersuchungen" des ehemaligen Pennälers sehr erfreut, zumal das Vorkommen von Schlämmen aus Manganhydroxiden im Oberharz noch nicht dokumentiert wurde. Der Autor erhielt nun Hinweise, wie er dort Proben nehmen könne und für den mikroskopischen Nachweis diese Proben behandeln müsste. So geschah es, dass neben der Materialentnahme auch noch Objektträger aus Glas in die Schlämme gesteckt wurden. Nach etwa 4 Tagen wurde diese sorgfältig entfernt und archiviert. Unter dem Mikroskop konnte der Nachweis von folgenden Spezies "Galionella ferruginea, Leptothrix ochracea" erbracht werden. Durch einen Tagungsband war weiterhin zu erfahren, dass sich ein Mikrobiologe der Universität des Saarlandes damit eingehender beschäftigt hatte. Es war der Professor Reinhart Schweisfurth. Mit ihm wurde Kontakt aufgenommen und so landeten frische Proben im Institut in Homburg unter dem Mikroskop. Ergänzend fand man noch Chlamydo-Bakterien. Die zusätzliche erstellte chemische Analyse ergab neben Eisen und Mangan noch einen erhöhten Gehalt an Nickel. Nun kann eine Probe noch keine gesicherten Aussagen treffen und da es noch ein wenig zu früh für eine eventuelle Diplomarbeit war, die zwischen zwei Betreuern mit einer Distanz von 600 km doch sehr aufwändig erschien, schlief das Projekt langsam ein. Allerdings fand der Autor im Oberbergamt später ein unveröffentlichtes Manuskript  des Bergrats Wilhelm Schnell aus den frühen Fünfziger Jahren über den Manganerzbergbau im Oberharz. Dieses geschichtliche Werk schildert akribisch die einzelnen Bergwerke, welche meist nie über ein Versuchsstadium hinauskamen. Besonders die "Manganmulm"-Funde im Bereich des Brockengranits deuten auf bakterielle Oxidation hin. Diese Schlämme wurden dann über lange Zeit verfestigt und täuschten ein klassisches Erz vor. Eine Röntgenaufnahme hätte dies sehr schnell gezeigt. Denn diese verfestigten Schlämme besitzen keine kristalline Struktur - sie sind "röntgenamorph". Jedoch war zu jener Zeit noch nicht an Röntgenstrahlen zu denken. Dagegen waren die Bergwerke am Büchenberg und im Ilfelder Raum Lagerstättenbildungen, wie sie die klassische Lagerstättenlehre kennt. Aus dem Blickwinkel des erkundenden Geologen, der bauwürdige Lagerstätten aufsucht, sind die Vorkommen außerhalb der genannten Ostharzer Bergwerke  zu vernachlässigende Fundorte.

Ganz im Gegenteil ist die Rolle der Bakterien gar nicht hoch genug zu bewerten. In der Zeitspanne von über 40 Jahren besteht heute ein Bedarf an Rohstoffen, die im Vergleich zu den Achtziger Jahren ständig knapper werden und zugleich rückt das Wissen um die Endlichkeit dieser Lagerstätten immer mehr in das Scheinwerferlicht. Ferner spielt in den Regionen, wo Rohstoffe gewonnen werden, der Erhalt des Ökosystems und entsprechender Umweltschutz eine immer größere Rolle. Das bedeutet, dass die Wiederverwendung von Materialien durch moderne Recyclingprozesse den Verbrauch der endlichen Rohstoffvorräte immer weiter ablösen muss. Es gibt vereinzelt Projekte, die recht hoffnungsvoll erscheinen, doch es sind einfach zu wenige. Die Rolle von Bakterien spielen dabei eine führende Rolle. Man hat kleine Erfolge bei der Anreicherung von den "seltenen Erden"-Elementen verbuchen können An diesem Punkt muss angesetzt werden. Denn aus systemischer Sicht verringern sich damit die Abhängigkeiten von den Erzeugerländern und gleichzeitig die Ausbeutung der dort lebenden Bevölkerung inclusiv der gigantischen Umweltschäden, die den globalen Lebensraum weiter einschränken. Ein möglicher Ansatz bietet sich in den jetzt stillgelegten Tagebauen des Rheinlandes und der Lausitz, wo es genügend Flächen für solche mikrobiologischen Rohstoffgewinnungsanlagen gibt. Eine Illusion, man könne überall in diesen Löchern durch Sport- und Erholungszentren eine neue Erwerbsquelle erschließen. Ironischerweise hat schon ein gewisser Herr Dr. Kohl Deutschland als kollektiven Freizeitpark in das Reich der Fantasie verwiesen. Obwohl dies immer noch besser ist, als die von der jetzigen Regierungskoalition geforderte kollektive Waffenschmiede mit nachfolgendem kollektiven Sterben auf dem deutschen Kriegsschauplatz.
















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