Forschen am Seegrund: Neue Bohrungen in den Salzkammergutseen

Blog23. Juni 2016, 08:00
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Dieser Tage ist einiges los. Zwei wissenschaftliche Bohrteams mit Forschern aus acht Nationen setzen sich auf dem Mondsee und dem Hallstätter See Wind und Wetter aus. Warum? Die Sedimente am Boden der Seen stehen im Fokus der Forschung

Aufregende, anstrengende und sehr spannende Tage liegen hinter uns. Für mich war es eine ganze besondere Zeit. Ich durfte mit zwei erfahrenen Bohrteams, eines aus der Schweiz vom Oeschger-Zentrum für Klimaforschung in Bern und eines aus Deutschland vom Geoforschungszentrum in Potsdam, sowie Kollegen aus unterschiedlichen Fachdisziplinen zusammenarbeiten. Obwohl ich mit interdisziplinärer Arbeit und umweltarchäologischer Forschung gut vertraut bin, war es eine erstklassige Gelegenheit, Methoden und Fragestellungen der Kollegen besser kennenzulernen und zu verstehen. Ich habe viel erfahren, und wir haben viel erreicht. Doch der Reihe nach.

Archive unter Wasser

Unter guten Erhaltungsbedingungen liefern Seesedimente wichtige Informationen über Temperaturentwicklung, Niederschlagsmengen, Hochwasserereignisse, aber auch über die Pflanzenwelt rund um den See sowie Bergstürze und Murenabgänge. Seen sind erstklassige Sedimentfallen. Pflanzenreste, Blütenstaub, Insekten und Mikroorganismen, Gesteine und viele andere Materialien werden über Luft, Wasser und umgebende Berghänge in Seen eingetragen. Ein Teil davon lagert sich in Schichten Jahr für Jahr am Seegrund ab. So entsteht im Lauf der Jahrhunderte und Jahrtausende ein wertvolles Archiv, das detailliert Umwelt- und Klimaverhältnisse speichert, bis hin zu den Eingriffen des Menschen in seine Umwelt. Ähnliches gilt übrigens für Moore, auch sie sind wertvolle und schützenswerte Archive.

Seesedimente liefern Informationen in einer derartigen Fülle, dass es heute nicht mehr möglich ist, alle Untersuchungsmethoden in einem Projekt unterzubringen. Daher ist es auch üblich, nur eine Bohrkernhälfte für aktuelle Untersuchungen zu verwenden. Die zweite wird gekühlt gelagert und für Referenzzwecke und zukünftige Projekte aufbewahrt. Zentrale Fragestellungen, die an Seesedimenten untersucht werden, beinhalten die Entwicklung des Klimas, der Vegetation und der Eingriffe des Menschen in seine Umwelt.

Von besonders hoher Aussagekraft sind Seesedimente aus drei Gründen: 1) die Vielfalt der eingelagerten Materialien, 2) das Potenzial der jahrgenauen Rekonstruktion und 3) der lange Zeitraum, der erforscht werden kann. So haben frühere Untersuchungen am Mondsee durch das Deutsche Geoforschungszentrum unter der Leitung von Achim Brauer gezeigt, dass die ersten zehn Meter von der Seebodenoberfläche in die Tiefe etwa 10.000 Jahre abdecken. Allerdings ist jeder See anders. Untersuchungen am Hallstätter See durch das Geoforschungszentrum und das NHM Wien belegen, dass in acht Metern Sediment etwas weniger als 2.000 Jahre stecken. Hier müssen wir also sehr viel tiefer in die Sedimentschichten bohren.

Auf der Bohrplattform

Wie aber gelangt man an diese Sedimente? Im Fall des Mondsees liegen diese in einer Wassertiefe von über 60 Metern, im Fall des Hallstätter Sees sogar in über 120 Metern Tiefe. Gearbeitet wird von der Wasseroberfläche aus. Hierzu wird eine schwimmende Bohrplattform verwendet. Die Plattform und das Bohrsystem, die am Mondsee und am Hallstätter See zum Einsatz kamen, wurden von der oberösterreichischen Firma Uwitec entwickelt und umgesetzt. Die Bohrplattform ist vollständig zerlegbar und kann mit einem Kfz-Anhänger leicht über weite Strecken transportiert werden. Am Untersuchungsort werden die Einzelteile dann zusammengefügt. Fertig zusammengebaut, wird die Bohrplattform mithilfe eines Außenbordmotors an die gewünschte Bohrstelle gefahren und dort verankert.

Für den Bohrvorgang wird ein Plexiglasrohr von neun beziehungsweise sechs Zentimeter Durchmesser mithilfe von Gewichten in den Seeboden gedrückt. Im Normalfall ist der Seeschlamm so weich, dass das Sediment mit dem Rohr einfach herausgestochen werden kann. Nach Erreichen der gewünschten Tiefe im Seeboden wird das Rohr mit dem Sediment über eine Seilwinde wieder an die Oberfläche gezogen. Das vorhandene Seesediment wird in der Folge segmentweise aus dem Bohrloch entnommen. Die Plexiglasröhren, die für die Bohrung am Hallstätter See verwendet wurden, haben eine Länge von zwei Metern. Bei einer gewünschten Sedimentabfolge von zwölf Metern werden also sechs Bohrkerne aus einem Bohrloch gestochen.

Wie bei jeder Feldkampagne kommt es auch bei Seekernbohrungen zu Pannen und Verzögerungen. So kann es eben sein, dass Bohrkerne abreißen, weil zum Beispiel das Sediment zu zäh ist, oder es entstehen technische Probleme. Und auch das Wetter muss mitspielen. Insbesondere Wind und dadurch ausgelöster Wellengang sind problematisch, da von der schwankenden Plattform aus das gleiche Bohrloch nicht mehr exakt getroffen werden kann. Bei acht bis zehn Stunden Arbeitszeit auf der Plattform kann aber auch stetiger Regen zermürbend sein. Beide Bohrteams hatten in den vergangenen Tagen mit wechselhaften Wetterbedingungen zu kämpfen. Doch der ständige Wechsel zwischen Sonnenbrandgefahr und Regengüssen stellte für die erfahrenen Kollegen kein Hindernis dar. Einmal allerdings, als die Sturmwarnlampen angingen, musste die Bohrung in Hallstatt dann doch unterbrochen werden.

Wie geht es weiter?

Wenn die Bohrkerne vom Seeboden an die Oberfläche geholt worden sind, müssen diese relativ rasch in einen Kühlraum eingelagert werden. Denn die Temperaturen am und im Seeboden sind sehr viel niedriger als an der Wasseroberfläche. Eine zu starke Erwärmung der Sedimente führt zu Zersetzungsprozessen. Das muss auf jeden Fall vermieden werden, um die folgenden Untersuchungen nicht zu gefährden. Die Sedimente müssen also bis zum Einlangen im Labor und auch dort kühl gelagert werden. Erst dort werden die Bohrkerne geöffnet und die Sedimentproben verschiedensten Analyseverfahren unterzogen. Das Öffnen der Bohrkerne ist immer ein besonderer Moment. Denn erst zu diesem Zeitpunkt weiß man mit Sicherheit, ob die Bohrung geglückt ist und die Sedimente durchgehend ausgewertet werden können.

Was wollen wir wissen?

Die Bohrkerne aus dem Mondsee befinden sich bereits an der Universität Innsbruck und werden dort unter der Leitung von Jean Nicolas Haas am Institut für Botanik palynologisch und paläoökologisch und unter der Leitung von Michael Strasser am Institut für Geologie sedimentologisch untersucht, alles mit der Unterstützung von Benjamin Dietre und von Christoph Daxer. Dabei steht die Rekonstruktion der Sedimentationsgeschichte sowie des Floren- und Vegetationsverlaufs unter dem Einfluss des vergangenen Klimas und des prähistorischen Menschen und dessen Haustieren im Vordergrund. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem vierten Jahrtausend v. Chr. zukommen – der Zeit der Seeufersiedlungen im oberösterreichischen Salzkammergut. Diese Forschungen finden im Rahmen des FWF-Projekts "Jenseits der Seeufersiedlungen" (I-1693) unter der Gesamtleitung von Timothy Taylor an der Universität Wien statt. Wir wollen wissen, wie die Bewohner der Seeufersiedlungen in ihre Umwelt eingriffen, welchen Einfluss die naturräumlichen Bedingungen auf die menschliche Landnutzung hatten, wie sich die Menschen ernährten und wie sie ihre Umwelt gestalteten.

Die Bohrkerne aus dem Hallstätter See werden nun mit den Kollegen Stefan, Brian und Joan nach Potsdam zum Deutschen Geoforschungszentrum reisen. Die Sedimente werden dann am GFZ und an der Universität Innsbruck im Rahmen von Stefan Lauterbachs FWF-Projekt "Sedimente des Hallstätter Sees als Paläohochwasserarchiv" (M 1907) ausgewertet.

Die Hallstätter Sedimentkerne sollen zum einen Einblicke in vergangene Hochwasserereignisse vermitteln und zum anderen in die Bergbau- und Umweltgeschichte Hallstatts. Lauterbach wird anhand der Bohrkerne extreme Niederschlagsereignisse und ihre Folgen – Hochwasser – erforschen. Dabei zielt er auf eine Rekonstruktion von Hochwasserereignissen über die letzten 3.000 bis 4.000 Jahre ab. Diese Forschungen werden auch helfen, moderne Hochwassereignisse besser zu verstehen. Darüber hinaus sollen an den Kernen aus Hallstatt auch pollenanalytische Untersuchungen durchgeführt werden. Hierbei geht es darum, den prähistorischen Salzbergbau im Hallstätter Hochtal besser zu verstehen. Bei diesen Forschungen stehen wir heute an einem Punkt, an dem wir mit rein archäologischen Methoden wesentliche Fragen nur unvollständig beantworten können.

So ist aktuell unklar, ob die Unterbrechungen in den bekannten prähistorischen Bergbauphasen tatsächlich als inaktive Phasen zu interpretieren sind oder ob es sich hier um ein Quellenproblem handelt. Die Sedimentkerne können insofern hier zu einer Klärung beitragen, als die Pollenanalysen uns zeigen werden, wie stark und auf welche Art Menschen in diesen inaktiven Phasen in ihre Umwelt eingriffen. Hieraus lassen sich dann Rückschlüsse auf wirtschaftliche Tätigkeiten und die Intensität der menschlichen Präsenz ziehen. Außerdem erhoffen wir uns von diesen Untersuchungen Aufschlüsse über die Versorgung der prähistorischen Bergleute im Hinblick auf Lebensmittel. Inwieweit wurde im Umfeld des Hallstätter Sees Landwirtschaft betrieben, und welche Art der Landwirtschaft? Dieser Teil der Forschung wird von mir und von Hans Reschreiter am Naturhistorischen Museum Wien betreut.

Vielfältige Unterstützung

Um derartige Bohrprojekte durchführen zu können, braucht es die Unterstützung von vielen Institutionen und Einzelpersonen. An erster Stelle sei hier den Grundbesitzern gedankt, die uns die Erlaubnis für die Bohrungen gaben, Nicolette Waechter und die Österreichischen Bundesforste. Für die Unterstützung mit Infrastruktur wie Slipanlagen, Kühlraum und Parkplätzen oder auch für die Hilfe bei der Vermittlung unserer Forschungsvorhaben möchte ich dem Bundesamt für Wasserwirtschaft, der Gemeinde Hallstatt, den Salzwelten und der Fleischhauerei Zauner danken. Ein besonderer Dank gilt auch der Freiwilligen Feuerwehr Hallstatt. Und zum Schluss möchte ich noch Roland Schmidt dafür danken, dass er die Seekernbohrungen in Hallstatt sozusagen aus der Taufe gehoben hat. (Kerstin Kowarik, 23.6.2016)

  • Blick über den Mondsee.
    foto: g. egger

    Blick über den Mondsee.

  • Und hier über den Hallstätter See. Beide werden sozusagen "von Grund auf" erforscht.
    foto: hans reschreiter

    Und hier über den Hallstätter See. Beide werden sozusagen "von Grund auf" erforscht.

  • Seesediment aus mehr als 120 Metern Wassertiefe.
    foto: kerstin kowarik

    Seesediment aus mehr als 120 Metern Wassertiefe.

  • Das Bohrteam am Mondsee mit Kollegen des Oeschger-Zentrums für Klimaforschung in Bern und des Instituts für Botanik der Universität Innsbruck.
    foto: g. egger

    Das Bohrteam am Mondsee mit Kollegen des Oeschger-Zentrums für Klimaforschung in Bern und des Instituts für Botanik der Universität Innsbruck.

  • Hier das Bohrteam am Hallstätter See mit den Kollegen des Deutschen Geoforschungszentrums und der Universität Innsbruck.
    foto: hans reschreiter

    Hier das Bohrteam am Hallstätter See mit den Kollegen des Deutschen Geoforschungszentrums und der Universität Innsbruck.

  • Arbeit auf der Bohrplattform am Mondsee.
    foto: s. bruegger

    Arbeit auf der Bohrplattform am Mondsee.

  • Am Hallstätter See: Ein Bohrkern kommt an die Oberfläche.
    foto: kerstin kowarik

    Am Hallstätter See: Ein Bohrkern kommt an die Oberfläche.

  • Die Plattform vor dem Aufbau. Im Vordergrund liegen die leeren Bohrröhren.
    foto: h. reschreiter

    Die Plattform vor dem Aufbau. Im Vordergrund liegen die leeren Bohrröhren.

  • Ein Blick auf den Bohrkern am Hallstätter See.
    foto: kerstin kowarik

    Ein Blick auf den Bohrkern am Hallstätter See.

  • Noch einmal Hallstätter See: auf dem Weg ans Festland mit drei Bohrkernen.
    foto: kerstin kowarik

    Noch einmal Hallstätter See: auf dem Weg ans Festland mit drei Bohrkernen.

  • Anlanden am Mondsee.
    foto: kerstin kowarik

    Anlanden am Mondsee.

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