Die Ofenkaulen

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Der Ofenkaulberg in Nordrhein-Westfalen besteht aus Trachyttuff. Das Gestein entstand durch vulkanische Ausbrüche. Diese fanden vor ca. 25 Millionen Jahren statt. Sie belegen den Beginn der vulkanischen Aktivitäten im Siebengebirge. Das Einsinken der Niederrheinischen Bucht steht damit im Zusammenhang.

Unterirdische Stollensysteme zeugen von einer Jahrhunderte andauernden montanhistorischen Geschichte. Des Weiteren von der Rüstungsproduktion im Zweiten Weltkrieg. Die einsturzgefährdeten Stollen sind aus Sicherheitsgründen heute verschlossen. Mit Hilfe moderner Technik können sie aber der Öffentlichkeit hier dreidimensional zugänglich gemacht werden. Ausführlichere Einblicke erlaubt eine Sonderausstellung im Siebengebirgsmuseum der Stadt Königswinter.

Einleitung

Mitten im Siebengebirge bei Königswinter in Nordrhein-Westfalen gelegen, erhebt sich der langgezogene Bergrücken des Ofenkaulbergs auf etwa 250 m ü. NN (Abb. 1). Im Schatten der berühmten sieben Berge mit Petersberg und Drachenfels nimmt der Ofenkaulberg eine besondere Stellung ein: Auswärtigen Besucherinnen und Besuchern ist er meistens unbekannt und aufgrund des Naturschutzes auch nicht zugänglich. Nur wenige Wanderwege berühren ihn am Rande. Seine Besonderheit ist ein ausgedehntes unterirdisches Stollensystem (die sogenannten Ofenkaulen), das über Jahrhunderte durch den Abbau von Trachyttuff für den namensgebenden Backofenbau entstanden ist – bis in die 1920er Jahre ein wichtiger Erwerbszweig in Königswinter. Ab 1944 wurde der Berg zum Kriegsschauplatz: Eine Kölner Rüstungsfabrik mit vielen Zwangsarbeiterinnen und Zwangsarbeitern verlegte ihre Produktion in das Bergwerk. In den letzten Kriegswochen suchten zudem viele Menschen in den Ofenkaulen Zuflucht vor den Kampfhandlungen der durchziehenden Front. Heute ist der Ofenkaulberg ein wichtiges und sensibles Schwarm- und Winterquartier für Fledermäuse.

Abbildung 1: August Karstein: Königswinter und das Siebengebirge, Lithographie 1859. Auf der Sammelvedute mit den Sehenswürdigkeiten des Siebengebirges ist auch der Eingang zu einer Ofenkaule dargestellt. Siebengebirgsmuseum/Heimatverein

Die Geschichte des Ofenkaulberges wurde in einem gemeinsamen Projekt des Landschaftsverbandes Rheinland in Kooperation mit dem Siebengebirgsmuseum der Stadt Königswinter und der Biologischen Station im Rhein-Sieg-Kreis e. V. interdisziplinär erforscht. Weitere Partner waren der Geologische Dienst NRW, das LVR-Amt für Bodendenkmalpflege und die Bonner Arbeitsgemeinschaft für Fledermausschutz (BAFF).

Die Ergebnisse sind in der Publikation „Zeugen der Landschaftsgeschichte im Siebengebirge. Teil 2: Der Ofenkaulberg, Petersberg 2020″ dokumentiert und werden noch bis zum 16. Januar 2022 in einer Ausstellung im Siebengebirgsmuseum präsentiert.

Geologie

Das Siebengebirge befindet sich südlich von Bonn am keilförmig zusammenlaufenden Südrand der Niederrheinischen Bucht und am Übergang zum Rheinischen Schiefergebirge (Abb. 2). Zeitgleich mit dem Einsinken der Niederrheinischen Bucht und dem von Norden vordringenden Meer entstand dort vor ca. 25 Millionen Jahren ein großes Vulkangebiet – das Siebengebirge (Abb. 3). Zu diesem Vulkangebiet gehört auch der Ofenkaulberg (Abb. 4).

Abbildung 2: Nach Höhenlage eingefärbtes digitales Geländemodell von Nordrhein-Westfalen mit der Lage des Siebengebirges (Höhenmodell: Geobasis NRW).
Abbildung 3: Stratigraphische Gliederung des Paläogens und Neogens der Niederrheinischen Bucht und angrenzenden Gebiete (GD NRW 2016).
Abbildung 4: Geologische Karte des Siebengebirges (Karte: Geologischer Dienst NRW; Digitales Geländemodell: Geobasis NRW).

Der Siebengebirgsvulkanismus beginnt mit einer explosiven Phase, die auf einer Fläche von etwa 100 km2 zur Ablagerung von ursprünglich bis über 200 m mächtigen hellen, weißlichen, gut geschichteten Trachyttuffen führte. Diese bestehen aus Aschen, Tuffen und Bims-Konglomeraten. Wenig später stiegen kompakte Vulkanite trachytischer bis basaltischer Zusammensetzung in der Schichtenfolge auf. Teilweise haben diese die Erdoberfläche nicht erreicht, sondern sind als sogenannte Quellkuppe (z.B. Drachenfels) im überlagernden Tuff stecken geblieben. Die vulkanischen Gesteine liegen auf gefalteten unterdevonischen Tonschiefern und Siltsteinen des Grundgebirges. Abbildungen 5 und 6 zeigen in Querschnitten diese Situation. Gesteinsdatierungen weisen darauf hin, dass die vulkanische Aktivität im Siebengebirge in dem Zeitraum von 25,5 bis 18 Millionen Jahren vor heute andauerte.

Abbildung 5: Schematischer Querschnitt durch das Siebengebirge (2-fach überhöht).Die vulkanischen Schmelzen dringen in den überlagernden Trachyttuff ein und bilden dadurch u.a. Quellkuppen und Gangfüllungen (Leischner, 2006).
Abbildung 6: Schematische Darstellung des ursprünglich mächtigen Trachyttuffes mit der Drachenfelskuppe in Relation zu den heute erhaltenen Gesteinen. Die trachytische Schmelze erstarrte als Kuppe in der überlagernden Trachyttuffschicht (Leischner, 2006 nach Cloos & Cloos, 1927).

Die heute hügelige Landschaft wurde durch die Erosion der weichen Trachyttuffe und dem Herauspräparieren der härteren Vulkanschlote während des Neogens und Quartärs gebildet (Frechen, 1976). Die Trachyttuffe bilden daher heute durchschnittlich eine etwa 20 m mächtige Abfolge. Im zentralen Bereich des Siebengebirges (z.B. Ölberg) haben sich noch etwa 200 m mächtige Tuffschichten erhalten. Durch die Hebung des Rheinischen Schiefergebirges hat sich der Rhein seither tief in die Schichtenfolge eingegraben.

Man geht heute davon aus, dass die Trachyttuffe nicht durch sogenannte heiße pyroklastische Ströme entstanden sind, sondern vielmehr die Produkte des episodisch auftretenden explosiven Vulkanismus als Aschen und größere Flugpartikel zunächst ausgeworfen, durch die Luft transportiert und anschließend als vulkaniklastische Fallablagerungen vermutlich in einem flachen See abgelagert wurden. Wiederholte vulkanische Aktivität führte dazu, dass die wenig konsolidierten Ablagerungen Unterwasser als Massenströme (debris flow) umgelagert wurden (Moll, 2006).

Bemerkenswert ist, dass größere vulkanische Fragmente wie Bimspartikel aufgrund ihrer geringen Dichte zunächst im Wasser trieben, bevor sich ihre Poren mit Wasser füllten und sie zu Boden sanken. Für eine subaquatische Bildung sprechen auch gradierte Schichtung, Schrägschichtung sowie Spuren von Entwässerung bei Auflast darüber liegender Schichten.

Der geschichtete Trachyttuff ist besonders gut an den Ofenkaulen aufgeschlossen und erreicht dort eine Mächtigkeit von bis zu 37 m. Dünne, feinkörnige Bänder wechseln mit grobkörnigeren Lagen ab (Moll, 2006). Charakteristisch und zugleich spektakulär ist die Vielzahl weißer, unterschiedlich großer Bimspartikel. Eine Vielzahl an Sedimentstrukturen, wie gradierte Schichtung oder Schrägschichtung lassen sich hier beobachten (Abb. 7 und 8). Insgesamt sind die Tuffe nahezu horizontal geschichtet und fallen mit < 10° nach Norden ein. Innerhalb des Trachyttuffs treten Basalte in Form von steilstehenden Gängen auf, die parallel entlang der nordwest-südost verlaufenden tektonischen Verwerfungen der Niederrheinischen Bucht verlaufen. Mehrere dieser basaltischen Gänge und kleine Störungen sind durch die unterirdischen Abbaue aufgeschlossen.

Abbildung 7: Gradierte Schichtung und Schrägschichtung im Trachyttuff der Aero-Stahl-Grube. Eine kleine NW-streichende Störung belegt junge tektonische Bewegungen.
Abbildung 8: Feinlagige gradierte Schichtung mit unterschiedlich großen, weißen Bimsfragmenten im Trachyttuff der Aero-Stahl-Grube. Eine kleine Störung belegt junge tektonische Bewegungen.

Abbaugeschichte

Während der im Siebengebirge betriebene Gesteinsabbau von Trachyt, Latit und Basalt mit seinen weithin sichtbaren Steinbrüchen große Narben in der Landschaft hinterließ, blieb der überwiegend unterirdische Abbau von Trachyttuffen am Ofenkaulberg eher verborgen.

Vermutlich seit dem späten Mittelalter (1397), sicher aber seit 1635, wurde in den sogenannten Ofenkaulen (Kaulen = Gruben) Trachyttuff für den namensgebenden Backofenbau gewonnen. Der feuerfeste Stein ist relativ einfach zu bearbeiten, hat gute thermische Eigenschaften und lässt sich aufgrund seiner Homogenität zu großen Ofenplatten verarbeiten. Nur begrenzte Bedeutung erlangte der Tuff als Baustein für Gewölbe oder andere innenliegende Mauern, weil er nicht witterungsbeständig ist und vor Frost geschützt werden muss. Weitere Verwendung fand er zudem für Futter- und Wassertröge und als Ofenrohrfassung.

Seit dem Mittelalter bis in die Zeit um 1700 wurde der Stein oberirdisch abgebaut (Abb. 9) – eine Phase, die sich heute nur durch die Geländestruktur, beispielsweise durch stark verfallene Böschungen, nachweisen lässt. Auch der genaue Beginn des Untertagebaus ist anhand von Quellen nicht genau zu klären. Ende des 18. Jahrhunderts finden sich in geologischen Berichten und Reisebeschreibungen jedoch bereits Beschreibungen der gewaltigen Ausmaße des unterirdischen Abbaus mit bis zu 10 m hohen Hallen. Seit Beginn des 19. Jahrhunderts dokumentieren Grubenrisse zwischen 1826 und 1859 eine Phase der vollständigen Ausbeutung der mittleren Sohle, was von 1860 bis 1880 zur Neuanlage von Gruben führt. In der folgenden Hochphase des Abbaus zwischen 1880 und 1914 wurden durch zahlreiche Schächte auch tieferliegende Sohlen erschlossen (Abb. 10). Diesen Aufschwung unterbrach der Erste Weltkrieg, der die meist recht kleinen Betriebe durch den Einzug der Männer zum Kriegsdienst besonders traf. In der Folge verlor das Backofenbauergewerbe auch den Anschluss an die moderne Ofenbautechnik und führte dazu, dass immer mehr Brüche aufgegeben wurden. Nachdem im Zweiten Weltkrieg eine Kölner Rüstungsfirma Teile ihrer Produktion in die unterirdischen Stollen verlegt hatte (Abb. 11), stellte 1957 schließlich auch der letzte verbliebene Königswinterer Ofenbauer seine Abbruchtätigkeit ein.

Abbildung 9: Tagebau mit angeschnittenem Untertagebau am Ofenkaulberg. Illustration aus: Carl Cäsar Leonhard, Geologie oder Naturgeschichte der Erde auf allgemein faßliche Weise abgehandelt, Bd. 5, Stuttgart 1844.
Abbildung 10: Schematische Ansicht der Abbaufelder von 1822 bis 1914 am Ofenkaulberg. Geobasis NRW/Joern Kling 2020.
Abbildung 11: Vermutlich von Zwangsarbeitern der Rüstungsfirma in den Trachyttuff gehauene Reliefs aus der Zeit des Zweiten Weltkrieges.

Der Ofenkaulberg war zur Hochzeit des Abbaus in eine Vielzahl von Flurstücken aufgeteilt, in denen bis zu 24 Kleinbetriebe (1910) mit insgesamt etwa 50 Mann Gestein abbauten. Erste Berechnungen lassen darauf schließen, dass im Laufe der Jahrhunderte unter Tage auf mindestens 50.000 m2 Fläche Gestein gewonnen wurde, wobei die unterschiedlichen kleinparzellierten Besitz- bzw. Abbaurechtsverhältnisse zu einem ausgedehnten, labyrinthartigen Stollensystem führten. Dabei wurde vielfach nicht auf die Standfestigkeit der Grubenbauten geachtet, wodurch sie heute stark einsturzgefährdet und somit äußerst gefährlich sind (Abb. 12).

Abbildung 12: Ein vom Abbau verschonter Stützpfeiler im Eingangsbereich der Aero-Stahl-Grube.

Methodik

Zur dreidimensionalen digitalen Erfassung geologischer Objekte haben sich in den letzten Jahren eine Reihe von Methoden etabliert. Bei den bislang bei 30 Geotope³ beschriebenen Geotopen stand die Drohnen-gestützte Photogrammmetrie im Vordergrund. Dabei wird eine Vielzahl von Fotos zu einem 3D-Modell verrechnet. Im vorliegenden Fall kam ein terrestrischer Laserscanner (TLS) zum Einsatz (Faro Focus 3DX330). Insgesamt waren 157 Gerätestandorte bzw. Einzelscans erforderlich, um die erste Sohle sowie die beiden Luftschächte und die Übergänge zur unteren Sohle zu erfassen. Die Verarbeitung der Daten erfolgte mit der Software FaroScene und der Open Source Freeware CloudCompare.

Mithilfe von Laserstrahlen und dem gemessenen Phasenunterschied zwischen ausgesandtem und empfangenen Lasersignal wird die Entfernung zum Objekt sehr genau bestimmt. Mit modernen Laserscannern kann ein Objekt mit Millionen solcher Messungen in wenigen Minuten vermessen und als dreidimensionale digitale Punktwolke mit Punktabständen von wenigen Millimetern dargestellt werden. Der Laserscanner arbeitet im für das menschliche Auge unsichtbaren und ungefährlichen Nahinfrarot-Spektrum mit einer Wellenlänge von 1550 nm. Der große Vorteil dieser Methode gegenüber der Photogrammmetrie liegt darin, dass es eine aktive Messmethode unabhängig von einer separaten Lichtquelle und somit ideal für untertägige Aufnahmen ist.

Unterschiedliche im Scanner integrierte Sensoren, wie GPS-Empfänger, Kompass, barometrischer Höhenmesser und Neigungsmesser ermöglichen normalerweise eine präzise Verortung im geografischen Koordinatensystem. In geschlossenen Räumen bzw. unter Tage, wie den Ofenkaulen, bezieht sich die Verortung zunächst auf ein lokales Koordinatensystem.

Neben der reinen dreidimensionalen Visualisierung eines Aufschlusses dienen die virtuellen 3D-Punktwolken als Basis für eine Vielzahl weiterer geowissenschaftlicher und geotechnischer Auswertungen. Die Lage, Ausmaße und auch das Volumen der gescannten Objekte können exakt bestimmt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt liegt dabei auf der Charakterisierung von geologischen Trennflächen bzw. Gefügen, wie der Orientierung von Klüften und Störungen sowie der Lagerung der Gesteinsschichten. Durch den Verschnitt der Laserscan-Daten mit dem digitalen Geländemodell werden die Lagebeziehungen des Grubengebäudes zur Geländeoberfläche deutlich (Abb. 13). Die Mächtigkeit des überlagernden Gebirges sowie die freie Stützweite der Hohlräume wurde ermittelt um die Standsicherheitssituation beurteilen zu können.

Abbildung 13: Laserscan der Aero-Stahl-Grube (Querschnitt) mit dem darüber liegenden digitalen Geländemodell (Geobasis NRW).

Schriftenverzeichnis

Cloos, H. & Cloos, E. (1927): Die Quellkuppe des Drachenfels am Rhein. Ihre Tektonik und Bildungsweise, Zeitschrift für Vulkanologie, 11, 33-40.

Frechen, J. (1976): Siebengebirge am Rhein, Laacher Vulkangebiet, Maargebiet der Westeifel: vulkanologisch-petrographische Exkursionen, Sammlung geologischer Führer (56), 3. Aufl.: 209 S.; Berlin: Borntraeger.

Knaak, M & Strauß, R. (2020): Montanhistorische und geotechnische Untersuchungen in der Aero-Stahl-Grube. In: Zeugen der Landschaftsgeschichte im Siebengebirge – Teil 2: Der Ofenkaulberg. Kulturlandschaftspflege im Rheinland Bd. 4, LVR; S. 259 – 267.

Kolb, M., Paulick, H., Kirchenbaur, M., Münker, C. (2012): Petrogenesis of mafic to felsic lavas from the Oligocene Siebengebirge volcanic field (Germany): Implications for the origin of intracontinental volcanism in Central Europe. Journal of Petrology, 53, 2349-2379.

Leischner, W. (2006): Siebengebirge, das riesige Geotop am Rhein: eine erdgeschichtliche Dokumentation seiner Entstehung und Überformung sowie seinen Naturbausteinen und Lagerstätten; Gemeinschaftsausgabe vom Heimatverein Heisterbacherrott im Siebengebirge. 1. Aufl.: 76 S.; Siegburg: Rheinlandia-Verlag.

Moll, M. (2006): Die Trachyttuffe im Gebiet Nachtigallental – Ofenkaule (Siebengebirge). – Bericht zur Diplomkartierung, Bonn.

Schwarz, C. (2014): Die Geschichte der geologischen Erforschung des Siebengebirges. 2. Aufl.: 194 S.; CreateSpace Independent Publishing Platform.

Zeugen der Landschaftsgeschichte im Siebengebirge (2020): Der Ofenkaulberg. – Landschaftsverband Rheinland (Hrsg.) 288 Seiten mit 357 Farb- und über 400 Schwarz-Weiß-Abbildungen.

3D-Modelle

Impressionen

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