Die Nacht zum 23. Februar 2007 wurde für die Bewohner von San Antonio, einem Vorort von Guatemala City, zum Albtraum: Der Boden unter ihren Füßen öffnete sich unvermittelt und verschlang ein Straßenstück mitsamt mehreren Gebäuden. Drei Menschen starben. Das Loch, durch das die Opfer in die Tiefe stürzten, ließ schaudern. Es war kreisrund, etwa 20 Meter im Durchmesser groß, und seine Wände fielen senkrecht ab. In der Tiefe weitete es sich zu einer gewaltigen Halle, deren Boden etwa 100 Meter unter dem Straßenniveau lag.
Ein „Erdfall” – auch „Sinkhole” genannt – war den Menschen zum Verhängnis geworden. Im Untergrund hatte sich ein Hohlraum gebildet, der immer weiter gewachsen war, bis das auflastende Gestein durch sein eigenes Gewicht zusammenbrach. Obwohl kaum ein Laie mit dem Wort Erdfall etwas anfangen kann, sind die Einsturzkrater weltweit verbreitet – ob in China oder Afghanistan, in der Türkei oder den USA. Es gibt sie überall, wo das Gestein porös ist, vor allem in Karstgebieten, in denen Wissenschaftler auch von „Dolinen” sprechen. Der US-Bundesstaat Florida ist geradezu vernarbt von Löchern und muss für den Kampf gegen die Attacken aus der Tiefe jedes Jahr Millionen Dollar aufwenden. Im spanischen Calatayud zerstörte 2003 ein zehn Meter tiefes Sinkhole ein fünfstöckiges Gebäude.
Krater vor dem Kindergarten
Auch Deutschland bleibt nicht verschont. Rund um die Stadt Seesen am Harzrand bricht der Boden immer wieder ein. Und im Stuttgarter Stadtteil Bad Cannstatt öffnete sich im Frühjahr 2000 auf dem Spielplatz eines Kindergartens ein 15 Meter tiefer und 6 Meter weiter Krater – zum Glück nachts, als keine Kinder herumtobten. In Nordrhein-Westfalen wurde ein See nach dem Phänomen benannt: Der sieben Hektar große „Erdfallsee” entstand, als sich im April 1913 ein Loch öffnete und mit Wasser füllte. Das Ausmaß der Krater variiert beträchtlich: Manche sind kaum größer als ein Pflanzloch für ein Kirschbäumchen, andere eignen sich für ausgedehnte Klettertouren. Eines der größten Erdlöcher, der Sotano del Barro in Mexiko, misst mehr als 450 Meter in der Tiefe und rund 420 Meter im Durchmesser.
Sinkholes entstehen seit Jahrmillionen, sie gehören zur Natur wie Regen und Erosion. Aber erst der Mensch hat aus dem natürlichen Phänomen ein ernstes Problem gemacht. Seit einigen Jahrzehnten öffnet sich der Boden immer häufiger – und „bis auf wenige Ausnahmen sind menschliche Aktivitäten daran schuld”, meint der englische Geologe Tony Waltham von der Nottingham Trent University, der sich seit Jahren mit dem Phänomen befasst. Ingenieure greifen vehement in den Grundwasserhaushalt ein. Sie senken den Grundwasserspiegel, damit sie im Trockenen Bauwerke errichten oder Bodenschätze abbauen können. Und sie entwässern ganze Landstriche, um sie nutzbar zu machen. Beispiel Mexiko City: Wo sich heute ein schier endloses Häusermeer erstreckt, glitzerte einst ein See. Unzählige Trinkwasserpumpen senken den Grundwasserspiegel immer weiter. Dadurch sackt nicht nur die Stadt Jahr für Jahr um 7 bis 10 Zentimeter ab, sondern manchmal reißt auch plötzlich der Boden auf. Zum Beispiel im Juli 2007, als ein Sinkhole ein Haus, ein Auto und einen Passanten begrub.
Wasser spielt stets die Hauptrolle, wenn ein unterirdischer Hohlraum entsteht. Es nagt am Gestein – vor allem an Kalk, Gips oder Steinsalz – und es schwemmt Lockermaterial wie Sand, Kies oder Vulkanasche fort. So bilden sich Höhlen und Kavernen, die einstürzen, wenn sie der Oberfläche zu nahe kommen oder wenn ein schweres Bauwerk darauf errichtet wird. Wie verhängnisvoll die Wirkung von Wasser ist, zeigte der Einsturz des Kölner Stadtarchivs am 3. März 2009: Für den Bau einer U- Bahn-Linie war der Grundwasserspiegel abgesenkt worden. Die Pumpen, die in den Wochen vor dem Unglück immer kräftiger arbeiten mussten, um die Baugrube trocken zu halten, verursachten einen unterirdischen Strom, der lockeres Erdreich ausschwemmte. So wuchs allmählich ein Loch, in das schließlich das Gebäude mitsamt seinen wertvollen Schriften stürzte.
Leck im Kanal
Auch in Guatemala City führten Eingriffe in den Grundwasserhaushalt zur Katastrophe. Ein Hauptabwasserkanal, groß genug, um die Wassermassen eines Sturzregens aufzufangen, war leckgeschlagen, sodass sich ein Sickerstrom durch den Untergrund fraß. Eine Serie schwerer Regenfälle besorgte den Rest. Das Wasser hatte leichtes Spiel, denn der Stadtteil gründet auf Asche und Bims – Lockermaterial, das ein Vulkan ausgeworfen hat. Die Anwohner hatten schon Monate vor der Katastrophe gehört, dass es unter ihren Füßen rumorte. Die Erklärung für die beängstigenden Geräusche fand sich erst, als es zu spät war: Klumpen des Lockergesteins waren in den Hohlraum gestürzt.
Am besten erforscht sind die Sinkholes, die derzeit in erschreckender Zahl an den Rändern des Toten Meeres aufbrechen. Seit 1990 haben sich auf israelischer und auf jordanischer Seite Tausende solcher Löcher gebildet – manche groß genug, um ein Haus zu verschlingen. Bizarre Mondlandschaften sind entstanden, wo sich Trichter unterschiedlicher Größe überschneiden. Der launische Untergrund hat eine Autobahn ebenso demoliert wie bebaute Felder und ein Feriendorf. Eine Wanderung durch die Gegend ist nicht ratsam, denn der Boden kann unvermittelt absacken. Ein Farmarbeiter, der in ein Loch gestürzt war, kam nur mit fremder Hilfe wieder heraus. Schilder warnen vor der Gefahr. Die Schäden gehen bereits in die Millionen. Doch es könnte noch schlimmer kommen: Die ausgedehnten Salzgewinnungsanlagen sind bedroht, in denen jordanische Unternehmen Pottasche und Dünger für den Export produzieren.
Wissenschaftler gehen dem Phänomen mit Nachdruck auf den Grund. Dabei setzen sie eine ganze Armada von Geräten ein: Bohrer, Seismographen, Magnetometer und Schweremesser. Allerdings: „Das Problem ist sehr kompliziert”, sagt der Geophysiker Michael Ezersky vom Israelischen Geophysikalischen Institut. Denn trotz aller Anstrengungen wissen die Experten bislang nicht genau, was im Untergrund passiert.
Fest steht bloß, dass der sinkende Wasserspiegel des Toten Meeres letztlich für das Desaster verantwortlich ist. Die Ufer weichen in erschreckendem Tempo zurück. Wo vor 20 Jahren Touristen badeten, breitet sich heute Wüste aus. Seit 1960 ist der Pegel um mehr als 30 Meter gefallen und liegt jetzt 423 Meter unter Normalnull – so tief wie kein anderer See der Erde. Jedes Jahr sinkt er um weitere 70 Zentimeter. Der Grund: Der Jordan, der das Tote Meer mit Wasser versorgt, ist zu einem Rinnsal geschrumpft. Denn alle Anrainerstaaten – Israel, Jordanien, Syrien und der Libanon – zapfen den Fluss an, um ihre Felder zu bewässern. Im Toten Meer landet kaum noch ein Tropfen.
GEFÄHRLICHE wIRBEL
Der gesunkene Wasserspiegel hat den Grundwasserhaushalt verändert. In der heißen Wüstenregion fallen zwar nur 50 bis 100 Millimeter Niederschlag im Jahr – meist als heftiger Winterregen – , doch das genügt, um einen Grundwasserstrom hinab in die Senke zu speisen. Dieser Strom hat sich, seit der Wasserspiegel fällt, in tiefere Bodenschichten zurückgezogen. Vor allem in Ufernähe geht das Süßwasser neue Wege und verdrängt das Salzwasser des Toten Meeres in der Tiefe. Eine Hypothese aus dem Jahr 2000 besagt, dass diese Veränderungen Unterspülungen verursachen. Dort, wo der unterirdische Strom auf junge Ablagerungen trifft, soll er Wirbel bilden, die zunächst feines Material ausschwemmen und später immer gröberes Gestein forttragen. So würden Löcher entstehen, die schlotförmig nach oben wachsen – so lange bis die auflagernde Bodenschicht schließlich einstürzt.
Doch so einfach ist es meist nicht, wie die jüngsten Messungen gezeigt haben. Eine entscheidende Rolle spielt offenbar Steinsalz, das rund 20 bis 50 Meter unterhalb des Seeniveaus im Untergrund steckt. Sowohl Bohrungen als auch geophysikalische Untersuchungen belegen, dass diese rund 20 Meter mächtige Schicht an einigen Stellen zerlöchert ist wie ein Schweizer Käse. Schuld daran soll der veränderte Grundwasserstrom sein: Er ist bis zu dieser Schicht vorgedrungen, die noch vor 30 Jahren nur Wasser aus dem Toten Meer führte. Mit gravierenden Folgen: Nicht nur, dass das Wasser nun strömt statt stillzustehen – es enthält auch viel weniger Salz. Das Wasser des Toten Meeres wurde von der Wüstensonne zu einer Salzlake eingedampft und enthält heute 340 Gramm Salz pro Liter, zehnmal so viel wie übliches Meerwasser. Mit manchen Salzen ist es nahezu gesättigt und vermag deshalb kaum weiteres Salz zu lösen. Das Frischwasser des Grundwasserstroms ist dazu freilich bestens in der Lage.
Nur: Wie gelangt das Frischwasser an das Salz? Die Salzschicht steckt zwischen zwei Lagen aus wasserundurchlässigem Ton und ist deshalb eigentlich vor solchen Angriffen geschützt. Eine Gruppe des Geological Survey of Israel vermutet, dass natürliche Risse und Spalten im Gestein dem Nass Zugang verschaffen. Dass es solche Fugen gibt, steht außer Frage. Für die Theorie spricht, dass die Sinkholes oft in einer Linie verlaufen. Diese Linien könnten die Verwerfungen nachzeichnen.
Brackzone gibt Rätsel auf
Doch Michael Ezersky vom Israelischen Geophysikalischen Institut widerspricht. Zusammen mit Kollegen hat er Grundwasserproben aus der Nähe der Salzschicht entnommen und festgestellt, dass sie relativ viel Salz enthalten. Es kann sich also um kein Frischwasser handeln. Ezersky glaubt, dass sich ein Übergangsbereich gebildet hat, in dem sich das Frischwasser mit der Lauge des Toten Meeres mischt, eine Art Brackzone. Das allerdings erschwert die Erklärung der Sinkholes. Denn das gefundene Wasser ist zwar in der Lage, Salz zu lösen, doch nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit. Tatsache ist: Schon 20 Jahre, nachdem der Wasserspiegel des Toten Meeres rasant zu sinken begann, brachen die ersten Löcher auf. Diese zwei Jahrzehnte würden aber nur dann genügen, um die Salzschicht auszuhöhlen, wenn Frischwasser daran entlang strömt – das haben Laborversuche gezeigt. Ezersky vermutet deshalb, dass die Salzschicht schon lange vor dem Exitus des Toten Meeres löcherig war. Die Hohlräume, das belegen seine Untersuchungen, bilden sich bevorzugt an den Rändern der Schicht, wo Wasser leichten Zugang hat. Und diese Ränder verlaufen weitgehend parallel zum Ufer, einige Hundert Meter ins Landesinnere versetzt. Laut Ezersky haben die veränderten Grundwasserverhältnisse die Löcher aktiviert. Und die Menschen mit ihren Eingriffen in den Wasserhaushalt haben die unterirdischen Fallen „scharf” gemacht. Für seine Annahme spricht, dass sich die Erdfälle tatsächlich stets längs der Ränder der Salzschicht aufreihen.
Sog aus der Tiefe
Ein wichtiger Faktor bei der Entstehung der Sinkholes ist die Erosionsgeschwindigkeit des Gesteins. Während es in Steinsalz 20 bis 100 Jahre dauert, bis das Wasser einen großen Hohlraum geschaffen hat, der einbrechen kann, sind in Gipsgestein rund 1000 Jahre nötig, und in Kalkstein sogar mindestens 10 000 Jahre. Das sind lange Zeiträume. Warum haben menschliche Aktivitäten dann das Problem innerhalb kurzer Zeit so gefährlich zugespitzt? Die Antwort liegt auf der Hand: Die Löcher waren schon vorher da. Gefährlich ist das Lockermaterial, das häufig über der zerlöcherten Gesteinsschicht liegt. Dieses Sediment kann innerhalb von Monaten und Wochen ausgespült werden. Das Wasser schwemmt es durch die poröse Gesteinsschicht fort – und der Boden sackt ab.
Als Auslöser genügt eine Grundwasserabsenkung wie im kleinen Ort Brookwood im US-Bundesstaat Pennsylvania. Dort pumpt der Betreiber eines Steinbruchs seit der Jahrtausendwende rund zwei Kubikmeter Wasser pro Sekunde aus dem Boden, damit seine 75 Meter tiefe Grube nicht absäuft. Auf einer Fläche von 36 Quadratkilometern ist seither der Grundwasserspiegel muldenförmig abgesunken. Der Steinbruch zieht wie ein Trichter jeden Tropfen an. Sogar ein Bach verliert inzwischen Wasser, das durch das poröse Karstgestein einen Weg zu den Pumpen findet. Durch die neuen Grundwasserströme haben sich in den letzten zehn Jahren mehr als 100 Erdlöcher geöffnet. Der Sog aus der Tiefe hat das auflagernde Lockergestein fortgespült – mit üblen Folgen: Mehrere Häuser sind inzwischen abbruchreif, eine Straße samt Brücke ist zerstört, eine Eisenbahnlinie ist ramponiert.
Doch wie kann man sich vor den tückischen Erdfallen schützen? Am Toten Meer hilft nur eine Radikalkur: das Anheben des Wasserspiegels. Im Gespräch ist ein 300 Kilometer langer Kanal, der Wasser vom Roten Meer in die Senke leiten soll, der „ Zweimeereskanal”. Die vier Milliarden Euro teure Investition würde sogar Strom als Nebenprodukt liefern, weil das Tote Meer mehr als 400 Meter unter dem Meeresspiegel liegt. Damit könnte in Entsalzungsanlagen Süßwasser gewonnen werden.
Keine Chance für die Fabrik
Anderswo ist viel weniger Aufwand nötig, um Schaden abzuwenden. Allerdings genügt es nicht, die Sinkholes mit Sand oder Kies zuzuschütten, was oft versucht wurde. Denn das Grundwasser spült das Füllmaterial meist rasch wieder fort, wie zum Beispiel in Brookwood. Auch im spanischen Saragossa sind alle Sanierungsversuche bisher fehlgeschlagen: Mitte des letzten Jahrhunderts hatte sich dort eine rund 60 mal 90 Meter große Mulde gebildet. Nach der Verfüllung wurde auf dem Gelände 1962 eine Fabrik gebaut. Schon Monate später gab es erneut Setzungen, und 1965 öffnete sich plötzlich ein drei Meter tiefes und fünf Meter weites Loch. In den folgenden Jahren senkte sich der Boden immer mehr, sodass die Fabrik schließlich 1992 abgerissen werden musste. Danach sollten Wohngebäude auf dem Areal errichtet werden. Diesmal waren die Bauherren vorsichtig: Sie stellten eines der Häuser auf 65 Meter lange Bohrpfähle und sparten den kritischen Bereich weitgehend von der Bebauung aus. Doch nun macht ein zweites Gebäude Probleme, das vermeintlich auf sicherem Terrain steht. Seit dem Bezug 2003 neigt es sich leicht zur Seite, und es haben sich Risse gebildet.
Der Geologe Francisco Gutiérrez von der Universität Saragossa hat inzwischen das Gelände genau untersucht und ist dabei auf Erschreckendes gestoßen: Bei einer Bohrung am maroden Gebäude drang der Bohrkopf immer wieder in Hohlräume vor. Auf den 71 Metern Gesamtlänge gab es rund 10 Meter Hohlraum. Die Schlussfolgerung von Gutiérrez ist ernüchternd: Auch in Zukunft wrd es in der nordspanischen Region sowohl langsame als auch rasche Erdbewegungen geben. Er rät deshalb, Gefährdungskarten anzulegen. Auf ihnen könnten Ingenieure nachsehen, wo sie besonders vorsichtig zu Werke gehen müssen.
In Deutschland, wo Karstgebiete wie die Schwäbische Alb oder Bergbauregionen wie das Ruhrgebiet im Untergrund regelrecht zerfressen sind, gibt es solche Karten bereits. Niedersachsen hat zum Beispiel eine „Gefahrenkarte der Erdfall- und Senkungsgebiete” herausgegeben. Alle Bundesländer haben sich inzwischen auf ein einheitliches Datenbankformat geeinigt, um einen Austausch zu ermöglichen. In den markierten Gefahrenzonen müssen die Bauingenieure den Untergrund genau untersuchen, bevor sie loslegen. Wenn sie auf Löcher stoßen, können sie diese zum Beispiel mit Bohrpfählen überbrücken, sodass ein Gebäude trotzdem auf festem Untergrund steht. Doch man darf sich keine Illusionen machen: Vor Unglücken wie in Köln oder Guatemala bietet keine Gefahrenkarte sicheren Schutz. ■
Klaus Jacob wohnt in Stuttgart/Bad Cannstatt, wo es in der Nähe eines Kindergartens im Jahr 20o0 zu einem Erdfall gekommen war.
von Klaus Jacob
