Zeitbomben der anderen Art

Prof. Dr. Dr. habil. Kord Ernstson

Die Zeitbombe: Der geologische Rahmen, der Kalkstein, ist klüftig und verkarstet, und in nicht zu großer Entfernung gibt es Trinkwasser-Gewinnungsanlagen. Die Behörden wissen um die Gefahr und haben längst mit einer Erkundung begonnen, an deren Ende Schritte zu einer Sanierung stehen sollen. Bohrungen sind abgeteuft worden, aber auf dieser großen Fläche sind das allenfalls Nadelstiche. Wo genau sind die Ränder der Deponie, bis in welche Tiefe liegt der Müll, liegt bestimmtes Material in bestimmten Bereichen des Deponiekörpers, gibt es bereits in das Kalkgestein infiltrierende kontaminierte Wässer?

Solche Fälle kennen die Umweltämter zur Genüge und in großer Zahl, und seit zwei bis drei Dekaden ist es Praxis geworden, mit Unterstützung geophysikalischer Messungen der Altlastenproblematik verstärkt beizukommen, zumal die moderne digitale Messtechnik und Miniaturisierung der Apparaturen ganz neue Anwendungsbereiche in der Geophysik erschlossen hat, was zunächst ohne rechten Einfluss in der Ortung von Bomben, Minen und anderen militärischen Hinterlassenschaften geblieben ist. EBINGER, dem Leser dieser Zeitschrift eher als Produzent von „sophisticated equipment“ in der Kampfmittelortung und -räumung bekannt, hat sich dieser Entwicklung allerdings nicht verschlossen, zumal es weitreichende Überschneidungen dieser Erkundungsbereiche gibt und vielfach dieselben geophysikalischen Messsysteme zum Einsatz kommen. Hier lassen wir den Leser einen Blick auf diese hochinteressanten Verbindungen werfen, wenn wir am Beispiel der oben angesprochenen Deponie zeigen, was heute mit modernster Messtechnik an Erkenntnissen über den Untergrund im Altlastenbereich gewonnen werden kann.

In den meisten Fällen unverzichtbar bei Altlastenerkundungen sind passive Magnetfeldmessungen (Abb. 1) sowie Messungen der aktiven Induktionsverfahren mit der Frequenzelektromagnetik (FEM, Abb. 2) und der transienten (Impuls-) Elektromagnetik (TEM, Abb. 3). Eine Besonderheit ist bei den Messungen mit Magnetik und Impulselektromagnetik insofern gegeben, als beide Datenfelder bei entsprechender Messwertaufnahme identisch strukturiert sind und am Computer unmittelbar miteinander synoptisch ausgewertet werden können. Damit lassen sich wegen der unterschiedlichen Parameter, auf die die beiden Verfahren reagieren, leichter Material- und Objektansprachen vornehmen (Eisenmetalle, Nichteisenmetalle, magnetische Gesteine, Keramik, Industrieschlämme u.a.).

Magnetfeldmessungen reagieren einleuchtenderweise auf die eisenmetallischen Komponenten, die in aller Regel Hausmüll, Sperrmüll oder Bauschutt begleiten und Bestandteil von Deponien sind, deren Ausdehnung und laterale Begrenzungen meist im Bild einer magnetischen Vermessung nachgezeichnet werden können (Abb. 4). Man erkennt, dass die hier angesprochene Deponie keine Ausnahme bildet und sich insbesondere nach besonderer Datenverarbeitung scharf vom normalen geologischen Rahmen abhebt. Eine Tiefpass-Filterung bedeutet hier eine Art Glättungsprozess für das magnetisch sehr unruhige Anomalienfeld, und das berechnete Feld des Horizontalgradienten beschreibt in jedem Gitterpunkt die stärkste horizontale Messwertänderung, was als eine Art Hochpass-Filterung angesehen werden kann. Vor allem in den bearbeiteten Feldern erkennt man den nicht unerwartet inhomogenen Aufbau der Deponie.

Die aktiven Verfahren der Elektromagnetik reagieren ebenfalls auf eisenmetallische Objekte im Deponiekörper. Hier ist die elektrische Leitfähigkeit des Materials der Parameter, der eine Wirbelstrombildung ermöglicht. Deshalb „sieht“ die Elektromagnetik im Gegensatz zur Magnetik auch nicht-eisenmetallische Körper. Das ist ein Vorzug, der auch auf dem Feld der Kampfmittelräumung zunehmend erkannt wird, wenn das Problem der sogenannten „unmagnetischen“, besser: nicht messbar magnetischen Bombe eine ernste Gefahr darstellt. Solche Fälle können auftreten, wenn durch magnetisches Gestein und eine stärkere remanente Magnetisierung, unterstützt durch eine ungünstige Lage des Blindgängers sich dieser einer rein magnetischen Detektion entzieht und eine aktive elektromagnetische Sondierung eine sinnvoll einzusetzende Alternative darstellt.

 

Am Beispiel der Deponievermessung werden diese Zusammenhänge ebenfalls erhellt. Abb. 5 links zeigt das Resultat der Vermessung mit dem Zweispulengerät der Frequenzelektromagnetik von Abb. 2 über einem zentralen Bereich der Deponie, und – gegenübergestellt – das Feld der Magnetik vom selben Flächenausschnitt. Unschwer erkennt man, dass zahllose FEM-Anomalien mit magnetischen Anomalien korrespondieren und damit eisenmetallische Störkörper anzeigen dürften. Aber es gibt auch signifikante Unterschiede und eine insgesamt deutlichere elektromagnetische als magnetische Signatur, die aus den ganz unterschiedlichen Messparametern (Magnetisierung und elektrische Leitfähigkeit) resultiert und im Sinne einer Materialdifferenzierung zu interpretieren wäre.

Die vielleicht eindrucksvollsten Bilder von der geophysikalischen Deponievermessung liefert die Aufnahme mit der transienten Impulselektromagnetik (TEM, Abb. 6). Allerdings ist sie auch die instrumentell aufwändigste. Zum Verständnis wird stark vereinfachend gesagt, dass das mit den Impulsen ausgesandte elektromagnetische Signal mit der Zeit in die Tiefe (und auch in die Breite) wandert und dabei laufend eine „Antwort“ in Form des Messsignals nach oben an die Empfangsspule  gibt. In gewisser Weise wird der Untergrund zeitlich abgebildet, was in Mikro- und Millisekunden abläuft. Die Messung in zwei Abständen von der Erdoberfläche kann Oberflächeneinflüsse und tiefere Bereiche ansprechen, und eine Differenzbildung aus den Messsignalen der unteren und oberen Schleife (ähnlich der Differenzbildung bei den Fluxgate-Gradiometern) kommt dem sogenannten Vertikalgradienten nahe, der sich durch ein höheres Auflösungsvermögen auszeichnet. Die hier gezeigte Auswahl für nur drei Kanäle (Abb. 6) vermittelt bereits eindringlich, wie sich die Feldstruktur in sukzessiven Zeitfenstern verändert.

Zeitbomben: Die immer drängender werdende Altlastenproblematik hat die Geophysik vor 20, 30 Jahren gezwungen, ihre Messsysteme, die zuvor vor allem in weit größere Tiefen geschaut hatten, den neuen Gegebenheiten anzupassen. Die Kampfmittelräumung ist dem nur sehr zögerlich oder gar nicht gefolgt. Dass es auch anders geht – darüber sollte hier ein kleiner Einblick gegeben werden.