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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-44957
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4495/


Charakterisierung von Zirkularstrukturen im geologischen Untergrund Hamburgs zur Abgrenzung verkarstungsgefährdeter Bereiche

Characterization of circular structures in the shallow geological underground in Hamburg to define areas most prone to karstification

Buurman, Nils

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Erdfall , Verkarstung , Hamburg , Geogefahr , Subrosion
Freie Schlagwörter (Englisch): sinkhole , karstification , Hamburg , susceptibility map , subrosion
Basisklassifikation: 38.55
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Reuther, Claus-Dieter (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.02.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 24.02.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel dieser Arbeit ist die geographisch-räumliche Abgrenzung eines verkarstungsgefährdeten Gebietes und dessen Einteilung in Flächen unterschiedlicher Kategorien von Erdfallgefährdung im geologischen Untergrund des Bezirks Hamburg Altona in Norddeutschland. Für das Verständnis der Abläufe komplexer geologischer Prozesse zwischen der Geländeoberfläche und dem tieferen geologischen Untergrund ist ein neues Geomodell erforderlich. Eine besondere Herausforderung zur Bewertung der Untergrundverhältnisse stellt dabei die intensive infrastrukturelle Überbauung dar, welche den Einsatz traditioneller geologischer Arbeitsmethoden erschwert. Ein integrierter Interpretationsansatz umfasst sowohl geologische als auch geophysikalische Arbeitsmethoden. Diese schließen a) die Rekonstruktion des Entwässerungssystems und die Aufnahme zirkularer Stehendgewässer unter Berücksichtigung der Oberflächenmorphologie, b) eine räumliche Modellierung von Bohrdaten, c) Georadar (GPR) und Widerstandsgeoelektrik (MER) zur detaillierten Strukturanalyse, und d) Pollenanalysen zur Altersbestimmung von lokal auftretenden Torffüllungen ein.

Der oberflächennahe geologische Untergrund des Arbeitsgebietes ist durch glaziale und postglaziale Sedimentablagerungen im Bereich einer Saale-eiszeitlichen Grundmoränenlandschaft charakterisiert. Seichte Hohlformen (z.B. Toteislöcher) formten das postglaziale Landschaftsbild. Der maximale Eisvorstoß der Weichsel-Kaltzeit überprägte das Arbeitsgebiet nicht mehr und verblieb ca. 20 km entfernt am nordöstlichen Stadtrand. Den tieferen geologischen Untergrund des Arbeitsgebietes beeinflusst der südliche Hochbereich einer Salzmauer, der Othmarschen-Langenfelde Diapir. Während des Aufstiegs wurden mesozoische Formationen verstellt, das Hutgestein durchstieß unkonsolidierte tertiäre Schichten und teilweise auch quartäre Abfolgen. Der strukturhöchste Bereich liegt derzeit bei ca. -70 mNN. Verkarstungsprozesse in der Dachregion des Diapirs führen bis heute zu Hohlraumbildung, welche sich durch das Deckgebirge hindurch fortpflanzt. Letztlich kommt es zum statischen Versagen der Geländeoberfläche unter Ausbildung von trichterförmigen Erdfallstrukturen. Die verkarstungsbedingten Oberflächenabsenkungen können sich dabei schädigend auf die Infrastruktur auswirken. Das letzte Einsturzbeben ereignete sich am 8. April 2009 am Westrand des Arbeitsgebietes.

Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass lediglich ein geringer Anteil der oberflächennahen Hohlformen innerhalb des Arbeitsgebiets den reliktischen Bestand glazigener Prozesse darstellt. Die treibenden geologischen Prozesse, welche zur Entwicklung verdeckter, schüssel- und trichterförmiger, oberflächennaher Hohlformen sowie zur Ausgestaltung der heutigen Geländeoberfläche führte, sind sowohl Lösungsprozesse im tieferen Untergrund als auch die resultierende Verkarstung des Deckgebirges. Diese Erkenntnis impliziert, dass besonders an den strukturhohen Bereichen des Hutgesteins des Othmarschen-Langenfelde Diapirs langfristig andauernde Subrosion sowohl Einfluss auf die Entwicklung des Deckgebirges als auch auf die Geländeoberfläche und die darüber befindliche Infrastruktur nehmen wird.
Kurzfassung auf Englisch: This study aims to determine the limits of karst formation and to define areas most prone to ground failure and resulting sinkhole development in the district of Hamburg Altona, northern Germany. To understand complex and interacting processes between the ground surface and the deeper geological underground a new geo-model is required. A general challenge for the evaluation of the surface near geological underground of a highly built-up urban area poses the intensive infrastructure that limits traditionally applied geologic methods. The integrated approach using geological and geophysical methods comprised of a) reconstruction of drainage patterns and water bodies considering the recent morphology of the ground surface, b) spatial modeling of core data, c) ground-penetrating radar (GPR) and multi-electrode resistivity measurements (MER) for special structural analysis and d) pollen analysis for age determination of locally occurring peat infill.

Near to the subsurface the geological setting of the study area is characterized by glacial and postglacial deposits of a ground moraine that formed during the Saale episodes of glaciations. Shallow bowl shaped depressions (e.g. kettle holes) were formed as an inherent structural feature of the landscape. The advance of the younger Weichsel glacial period extended up to roughly 20 km to the north and did not affect the area of interest. However, the formation of the southern part of a salt wall, the Othmarschen-Langenfelde Diapir, had a significant impact on the deeper geological underground. During the uplift Mesozoic formations were displaced, the diapir penetrated unconsolidated Tertiary and partly Quaternary deposits and reaches close to the surface (~-70 m a.s.l.) today. Dissolving processes of evaporitic rocks of the structural roof region lead to caving, void migrates upwards by progressive collapse and results consequently in ground failure and funnel shaped sinkhole formation at the ground surface down to the present day. Actually the local impact of karst related subsidence is documented by damage to infrastructure. The last collapse earthquake was measures on the 8th of April 2009 at the western margin of the study area, the recently most active zone.


The results of this study show that a minority of surface near depressions across the area of interest reflect relicts of glacial and postglacial processes. Dissolution and subrosion processes in the deeper underground are the driving forces which lead to the complex structural assemblage of buried bowl and funnel shaped structures in the subsurface and form the contemporary ground surface morphology. Continuously ongoing dissolution of evaporitic rocks at the identified caprock areas of the Othmarschen-Langenfelde Diapir will influence and deform the overburden. As a consequence ground failure and sinkhole formation will affect the ground surface and infrastructure of the urban area in the near future and also represent a substantial long term issue.

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