Kalk - alles Wissenswerte zur Entstehung und Geschichte

 

Kalkgestein ist ein natürlich entstandener Rohstoff, der bis zu fünf Prozent der Erdoberfläche bedeckt. Kalk zählt zu den Sedimentgesteinen und besteht überwiegend aus Kalziumcarbonat (CaCO3), das aus den Mineralien Kalzit und Aragonit zusammengesetzt ist. Kalkstein ist ein sehr variables Gestein.

Seine Eigenschaften, die Entstehung und das Aussehen sind sehr unterschiedlich und die wirtschaftliche Verwendbarkeit ist vielseitig. Durch seine Komplexität hat Kalkstein es in der Geologie sogar zu einer eigenen Fachrichtung gebracht, der Karbonatsedimentologie. Die meisten Kalksteine sind biogener Herkunft. Es gibt aber auch chemisch ausgefällte und klastische Kalkgesteine.

Als Rohstoff und Naturwerkstein ist Kalk in der Baustoffindustrie sehr beliebt. Das Gestein wird auch als Lagerstätte genutzt. Da dient es als Speichergestein für Erdöl und Erdgas.
In Deutschland sind die meisten Kalksteinlagerstätten 600 Millionen Jahre alt. Je nach Entstehungszeit werden die Stätten eingeteilt:

  • Kreide
  • Jurakalk
  • Trias (u. a. Muschelkalk)
  • Paleozoikum (u. a. der bedeutendste Rohstoff, der devonische Massenkalk)

 

Kalkentstehung Meeresboden

Die Entstehung von Kalkgestein

 

Das Sedimentgestein ist aus Schalen und Skeletten von Organismen entstanden, die vor Jahrmillionen die Meere bewohnten. Ihre Überreste lagerten sich nach ihrem Tod am Meeresgrund ab und so bildete sich der sogenannte Kalkschlamm. Dieser wurde mit der Zeit durch Korallen überlagert und verfestigte sich. Teilweise kam es mit natürlichem Magnesium im Meerwasser zu Reaktionen, die zu einer Dolomitbildung führten. Durch den Druck jüngerer Sedimente (Prozess der Kompaktion) wurde der Untergrund immer fester und es entstand Gestein (biogener Kalkstein).

Kalkstein aus dem Devon beispielsweise besteht größtenteils aus den Überesten von Korallen und Mikroorganismen. Die Zusammensetzung aus der Kreidezeit ist vornehmlich aus Schnecken, Muscheln und Schwämmen, genauer aus den Coccolithen der Coccolithophoriden und den Schalen von Foraminiferen. Kalk wurde aber auch von Algen und Bakterien ausgeschieden. So entstandene Kalkgesteine haben eine sehr massige Struktur und werden deswegen als Massenkalk bezeichnet. Roter Kalkstein zählt ebenfalls zu den Fossilkalken, entstand jedoch aus Crinoiden.

In manchen Kalkgesteinen sind die Fossilien mit dem bloßen Auge erkennbar. Meist sind das Korallenkalke. Unterschieden wird nach Tierart: So gibt es Muschelkalk, Molluskenkalk, Foraminiferenkalk und viele andere. Das Aussehen der Fossilkalke ist anders, weil der Bildungsprozess im Vergleich zum chemischen Kalk und zum biogenen Kalk anders verläuft. Hierbei kommt es nämlich zuerst zu einer diagenetischen Verfestigung.

Chemisch ausgefällter Kalkstein entsteht, da Salz- und Süßwasser Kalziumkarbonat bzw. Kalziumhydrogenkarbonat enthalten. Das Wasser kann beide Stoffe nur bis zu einem gewissen Gehalt und Anteil binden. Irgendwann ist der Sättigungsgrad erreicht, der überschüssige Kalk fällt aus und sinkt zu Boden. Auch in diesem Fall bildet sich Kalkschlamm. Es sind jedoch keine Lebewesen für diesen Prozess notwendig. Durch die spätere Diagenese entsteht wiederum Kalkstein.

 

Fossilien
Fossilien

Förderung von Kalkstein

 

Kalkstein wird meist über Tage in Steinbrüchen abgebaut. Selten erfolgt eine untertägige Gewinnung in Bergwerken. Vor dem Abbau müssen die Lagerstätten jedoch genau erkundet werden. Sie werden mit geophysikalischen Methoden und Kernbohrungen untersucht, um ihre Qualität und Beschaffenheit zu überprüfen. Danach folgt die Kartierung der Lagerstätte, wodurch sich dreidimensionale Modelle am Computer erstellen lassen. Vorrang hat dabei immer die wirtschaftliche Abbaufähigkeit.

Ob der Abbau nach der Prüfung genehmigt wird, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Der Betreiber des künftigen Steinbruchs muss eine Vielzahl von Gesetzen, Verordnungen und behördlicher Bestimmungen beachten.

In Deutschland sind die meisten Abbaugebiete von einer Deckschicht überlagert. Diese muss vor dem Abbau zuerst abgetragen werden, kann jedoch weiter genutzt werden. Sie wird begrünt und dient dem Lärm-und Sichtschutz.

 

Steinbruch

Kalksteinabbau im Detail

 

Industriell verwertbare Lagerstätten zeichnen sich durch eine hohe Reinheit des Kalkgesteins und ein großes Vorkommen aus. Der geförderte Kalkstein wird mehrheitlich direkt vor Ort verarbeitet.

So sind die Steinbrüche und Kalkwerke an ihren Standort gebunden. Das hat zur Folge, dass die meist mittelständischen Förderunternehmen sich ihrer großen Verantwortung für die Region und die Menschen bewusst sind.

 

Verarbeitung von Ort

Exploration und Abbauplanung

 

Mit GPS-Technologie werden potenzielle Abbaustätten erkundet und beurteilt. Es werden virtuell detaillierte 3-D-Modelle für den Abbauplan erstellt. Ein genauer Kenntnisstand ist für die Planung enorm wichtig, da so Störungen vermieden werden können. Der Kalksteinabbau wird durch Einlagerungen von Fremdgestein und sogenannten Schlotten behindert. Das sind Hohlräume mit sandigen und tonigen Sedimenten. Ebenso kann qualitativ unterschiedlicher Rohstein die Förderung erschweren.

Die Exploration, also Erforschung erfolgt durch Satellitentechnik und modernen geophysikalischen Methoden. Es wird ein Raster errechnet, nach welchem die Kernbohrungen ablaufen. Sie gehen bis zu einer Tiefe von 350 m. Die gewonnenen Bohrkerne werden analysiert. Erst wenn Menge und Qualität bestimmt sind, wird der Abbau geplant:

  • wie hoch die Abbauwände werden sollen
  • wo der Abraum gelagert wird
  • die Anlage des Klärteiches
  • die Erfordernisse des Landschafts- und Umweltschutzes

Parallel zum Abbauplan werden alle administrativen Schritte zur Eröffnung des Kalkwerkes eingeleitet. Hierbei ist eine Vielzahl von Gesetzen, Verordnungen und Verwaltungsvorschriften zu beachten. Die zuständigen Behörden prüfen sehr genau, ob alle Anforderungen an Landschafts- und Naturschutz, Wasserwirtschaft, die Straßen- und Verkehrsplanung erfüllt werden. Ebenso müssen die Belange der Anwohner berücksichtigt werden. Die Genehmigung zum Abbau wird im Rahmen des Bundes-Immissionsschutz-Gesetzes erteilt.

Der Umgang mit der Deckschicht, auch Abraum genannt, ist geregelt. Die Abraumhalden sollen nach der Nutzung des Steinbruchs zu seiner Rekultivierung und Renaturierung genutzt werden. Die Deckschicht wird mit Planierraupen, Baggern und Schaufelladern abgetragen.

Bagger

Der Kalkabbau

 

Kalkstein wird meistens über Tage abgebaut, indem mit Sprengungen stufenförmige Abbausohlen gebildet werden. Sobald der Grundwasserspiegel erreicht ist, müssen Maßnahmen eingeleitet werden, um den Wasserhaushalt zu erhalten. Mit dem abgepumpten Wasser werden die geförderten Steine gewaschen. Je nach Härte des Gesteins wird es mit Sprengungen abgebaut oder mit Eimerkettenbaggern, Schrappen oder Hydraulikbaggern, wie es bei den weichen Kreidevorkommen im norddeutschen Raum der Fall ist.

Die Sprengverfahren werden ständig weiterentwickelt und verbessert. Es gilt die Gefahren durch die Sprengstoffe und die ausgelösten Erschütterungen zu mindern. Das Gestein wird durch Flächensprengungen oder Sprengungen mit einem oder mehreren Zündern gelöst und zerkleinert. Generell werden alle Sprengungen über Großbohrlöcher durchgeführt. Dabei bohren Maschinen in regelmäßigen Abständen Löcher in das Gestein. Sie haben einen Durchmesser von 95-380 mm und werden dann mit Sprengstoff gefüllt und mit elektrischen Zündern versehen.

Der Sprengstoff ist unempfindlich gegen Schläge und Stöße (sein Gattungsbegriff ANFO steht für Ammoniumnitrat (AN) und Schweröl (FO für Fuel Oil)). ANFO-Sprengstoffe haben sich als industrieller Standard etabliert und bieten eine sehr hohe Arbeitssicherheit. Die tatsächlich explosiven Teile werden erst am Bohrloch gemischt. Die Zünder in den Sprenglöchern werden im Tausendstel-Sekunden-Abstand ausgelöst, sodass man die einzelnen Sprengungen nicht erkennen kann, sondern lediglich den Detonationsknall hören und die Erschütterung spüren. Durch die Explosion wird das Gestein leicht angehoben und fällt als grobstückiges Haufwerk zusammen und das Rohmaterial ist dann bereit für die Weiterverarbeitung.

 

Abbau durch Sprengung

Die Geschichte des Kalkbrennens

 

Es lässt sich kaum bestimmen, ab wann die Menschheit Kalk genutzt hat. Jedoch belegen archäologische Funde eine Verwendung als Kalkmörtel von 14.000 Jahren in der östlichen Türkei.

Vor 4500 Jahren wurde die Cheopspyramide aus Kalkstein gebaut. Dafür wurden über zwei Millionen Blöcke verwendet und Kalkmörtel wurde ebenfalls eingesetzt.

Zur selben Zeit wurden in Mesopotamien die ersten professionellen Kalköfen in Betrieben genommen.

Für den Bau der chinesischen Mauer wurde Kalk benutzt, um den Baugrund für das Bauwerk zu festigen. Kalkmörtel hält die Ziegel zusammen.

Für die zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten gibt es viele historische Belege.
Die Ägypter gerbten ihre Felle mit Kalk.
Die Assyrer benutzten Kalk zur Glasherstellung und -färbung.
Die Griechen und Römer verwendeten Kalkfarben.
Die Kelten setzten Kalkdünger ein.
Die Germanen färbten sich die Haare mit ungelöschtem Kalk.

Die Römer entwickelten damals so innovative Brenntechniken, dass man fast von einem industriellen Niveau sprechen kann. Sie verbreiteten ihr Wissen über das gesamte römische Imperium. Überall wurden Öfen gefunden und ausgegraben. Sie erfanden sogar den Beruf des Kalkbrenners.

Im Mittelalter ging leider viel Wissen über Kalk verloren. Jedoch faszinierten die Eigenschaften des Kalks Alchimisten so sehr, dass sie für ihn eine eigene Rune einführten.

Pyramide aus Kalkgestein