Der Schwarzwald stellt ein altes, stark von der Erosion eingeebnetes Gebirge dar, dessen Hebungsmuster in den letzten 50 Millionen Jahren vor allem durch in der Umgebung stattfindende Prozesse, insbesondere die Bildung des Oberrheingrabens und die Fernwirkung der alpinen Gebirgsbildung geprägt ist. Die für die letzten 10 Millionen Jahre hergeleiteten Hebungsraten sind im Bereich von maximal +0.1 mm/Jahr und werden auch für die kommende eine Million Jahre relevant sein. Daten aus der Thermochronologie bestätigen, dass diese Hebungsraten den langzeitlichen Exhumationsraten entsprechen. Keine der grösseren Störungen, die sich vom Schwarzwald in die Nordschweiz hinein erstrecken, zeigt eine differenzielle Hebung, die für eines der Standortgebiete in der Nordschweiz relevant wäre.

Figur 122-1 zeigt die regionale Verteilung der tektonischen Einheiten in der Nordschweiz und dem angrenzenden Süddeutschland sowie die Umrisse der von der Nagra in der Nordschweiz vorgeschlagenen Standortgebiete. Figur 122-1 bestätigt die in der Fragestellung genannten Abstände zwischen Aufschlüssen von Kristallin des Schwarzwaldes und den Standortgebieten.

Die Region ist geprägt von dem nach Norden auskeilenden Molassebecken (tertiäre Sedimente, gelb), den Schollen und Falten des Juras (Mesozoikum, blau) und dem gegen Norden anschliessenden Kristallin des Schwarzwaldes (prä-variszisch, rot). Das Kristallin des Schwarzwaldes bildet zusammen mit den Vogesen auf der Westseite des Oberrheingrabens einen Kristallindom über einer Aufwölbung der Erdkruste-Erdmantel-Grenze (Moho) mit Zentrum unter dem Kaiserstuhl (Dèzes und Ziegler 2004, Cloething et al. 2005).

a)

Bilanzierungen von Roll (1979) zeigen, dass der südliche Teil des Schwarzwaldes vor 40 bis 10 Millionen Jahre um 0.6 bis 1.2 km gehoben wurde, während die Hebung in den letzten 10 Millionen Jahre 0.4 bis 1.0 km betrug. In beiden Zeitperioden nehmen die Hebungsraten gegen Süden ab. Unter der Annahme einer konstanten Hebung über die letzten 10 Millionen Jahre ergeben sich daraus Hebungsbeträge von 0.04 bis 0.1 mm/Jahr. Die Bilanzierungen durch Roll (1979) sind als integrale Werte zu verstehen, die das Resultat aller Hebungs- und Senkungsbewegungen zusammenfassen. Verglichen mit Gesamthebungsraten aus dem alpinen Raum sind dies eher geringe Exhumationsbeträge, wie sie typischerweise in nicht tektonisch aktiven Gebirgen auftreten.

Thermochronologische Daten (Spaltspurdaten und He-Alter an Apatiten) liegen nur punktuell für den Südschwarzwald vor (Wyss 2001, Timar-Geng et al. 2006a, Dresmann 2008, Link 2009, Rahn, unpubl. Daten). Die Apatit-Spaltspurenalter stellen Mischalter dar, was bereits darauf hindeutet, dass im gesamten Raum des Schwarzwaldes die durch die Grabenöffnung verursachte Denudation auf weniger als 2.2 km beschränkt geblieben ist. Dies ist in Übereinstimmung mit den Angaben in Roll (1979). Für die Nordschweiz gibt es Thermochronologie-Daten aus diversen Nagra-Bohrungen innerhalb oder aus der Nähe der Standortgebiete Jura Ost, Nördlich Lägern, Zürich Nordost und Südranden innerhalb oder aus der Nähe der Standortgebiete Jura Ost, Nördlich Lägern, Zürich Nordost und Südranden (Timar-Geng et al. 2006b, Mazurek et al. 2006, Kuhlemann und Rahn 2013). Die Modellierungen der thermischen Geschichte in Timar-Geng et al. (2006b) zeigen gewöhnlich langsame Abkühlung für die Kreidezeit (Abtragung oder Abnahme des geothermischen Gradienten), eine starke Erwärmung im Eozän (die von den Autoren mit der Öffnung des Oberrheingrabens verbunden wird) und eine miozäne Hebung um 1 bis 1.5 km). Wann die späte Abkühlung eingesetzt hat (Mazurek et al. (2006) gehen von einem Beginn vor 10 Millionen Jahre aus, Kuhlemann und Rahn (2013) sehen die Inversion aufgrund von einer Modellierung zur Bohrung Benken eher bei 5 Millionen Jahre), ist noch nicht vollständig geklärt. Die über die letzten 5 bis 10 Millionen Jahre beobachteten Exhumationsraten liegen im Bereich der heute geodätisch gemessenen Hebungsraten von 0.1 bis 0.2 mm/Jahr.

b)

Aktuelle geodätische Informationen wurden seitens Nagra (NAB 07-27) für die deutsche und schweizerische Seite zusammengestellt und die Daten auf einen gemeinsamen Referenzpunkt (Laufenburg am Oberrhein) bezogen. Diese Daten weisen für den Schwarzwald eine leichte Senkungstendenz aus, die sich auf der Dinkelbergscholle leicht und nach Westen über die Grabenrandstörungen in den Oberrheingraben hinein deutlich verstärkt. Auffällig ist eine ebenfalls starke Senkungstendenz im Wutachtal (mögliche Nachwirkungen durch das Anzapfen eines Donautributärs?) und eher lokale Hebungstendenzen im Raum Neustadt. Auf Schweizer Seite zeigt sich demgegenüber ein deutlich homogeneres Muster mit leichter Hebungstendenz im Mittelland (mit steigender Hebung gegen die Alpen) und leichter Senkungstendenz im Tafeljura und nördlichen Faltenjura.

Wildi (1975) hatte nach Untersuchungen an der SE-vergenten Mettauer Überschiebung vorgeschlagen, dass diese möglicherweise als Sedimentbrett vom Südschwarzwald in das Rheintal abgeglitten war (und auf schweizerischer Seite entlang der Triassalze überschoben wurde). Das dafür notwendige Gefälle von 4° würde voraussetzen, dass sich der Südschwarzwald kurzfristig stark gehoben hätte. Tatsächlich ist mit der Jura-Nagelfluh bereits früher in der geologischen Geschichte Erosionsschutt aus dem Schwarzwald gegen Süden transportiert worden. Für die Jura-Nagelfluh lässt sich aufgrund von Fossilfunden und Analogien zu den Vogesen (Kälin 1993) sowie vulkanischem Material in unterliegenden Sedimenten (Rahn und Stumm 2011) für die Sedimentation der Jura-Nagelfluh ein Altersfenster von 11 bis 14 Millionen Jahre eruieren. Ein Ereignis mit erhöhter Hebung aus diesem Zeitintervall ist aus den thermischen Modellierungen der Apatit-Spaltspurenalter aus dem Südschwarzwald bzw. aus den nordschweizer Bohrungen nicht bekannt. Das Abgleiten eines Sedimentbretts bei Mettau bleibt spekulativ.

c)

Das Hebungs- und Senkungsmuster im Vorland eines Orogens ist abhängig von der tektonischen Aktivität des Orogens sowie vom Abstand zum Orogen. So lässt sich für das nördliche Alpenvorland ein klarer Hebungstrend im geodätischen Muster feststellen, der von Hebungsraten >0.5 mm/Jahr in den Alpen auf Raten von 0.0 bis 0.2 am äusseren Rand des Molassebeckens abnimmt (NAB 14-38). Zur Herkunft dieser Hebungsraten gehen die Expertenmeinungen auseinander. Ein Teil der Hebung dürfte Isostasie-bedingt erfolgen, als Resultat der schwindenden Gletschermassen, ein anderer Teil wird bedingt durch den anhaltenden Zusammenschub zwischen eurasischer und adriatscher Platte (Nocquet und Calais 2004). Aus rheologischen Gründen wird für das Alpenvorland von intern nach extern eine Senkungszone (engl. „foredeep“) und eine Hebungszone (engl. „forebulge“) postuliert und die mittel- bis obermiozäne vulkanische Aktivität im alpinen Vorland (Kaiserstuhl, Urach, Hegau) als Reaktivierung vorhandener Schwächezonen unter dem Einfluss des “forebulge“ angesehen.

d)

Das heutige geodätische Hebungsmuster (NAB 07-27) zeigt im Südschwarzwald grössere Senkungsbereiche und lokale Hebungsbereiche. Nur in einem Fall, am Rand der Dinkelbergscholle zeigen sich über eine prominente Störung hinweg Anzeichen einer differentiellen Hebung. Die Störung am Ostrand der Scholle, die als Bruchzone von Zeiningen-Wehr auch über den Rhein in den schweizerischen Tafeljura reinführt (Gonzales 1990), wurde von Löw et al. (1989) auf neotektonische Aktivität untersucht mit der Schlussfolgerung, dass deren differentielle Hebung weniger als 0.1 mm/Jahr beträgt. Peters (2007) hingegen markiert die Bruchzone von Zeiningen-Wehr als neotektonisch aktive Störung. Bzgl. seismischer Aktivität kann darauf hingewiesen werden, dass das 2003 Erdbeben von Zeiningen (Tiefe: 17 km, ML 2.9, Deichmann et al., 2004) eine Herdfläche mit annähernd der gleichen räumliche Orientierung wie die Bruchzone von Zeiningen-Wehr zeigt. Die Herdflächenlösung ergibt eine linkssinnige Horizontalverschiebung. Der Verlauf der Bruchzone von Zeiningen-Wehr liegt aber deutlich westlich des Standortgebiets Jura Ost.

Von den Störungszonen im Schwarzwald sind zwei genügend gross, dass sie unter dem Rheintal hindurch in die Nähe der Standortgebiete Jura Ost und Nördlich Lägern reichen könnten. Diese sind die Vorwald-Störung und die Eggberg-Störung (Figur 122-1). Die Vorwaldstörung versetzt den 325 Millionen Jahre alten Albtal-Granitstock um ca. 4.5 km dextral. Die Streichrichtung dieser Störung ist variszisch orientiert (WNW-ESE). Vom Ostrand der Dinkelberg-Scholle bis zum Rand des Permokarbontroges würde sich für diese Störung eine Länge von 28 km ergeben (davon sind aber tatsächlich nur ca. 15 km kartographisch gesichert, Isler et al. 1984). Aufgrund von seismischer Information wird davon ausgegangen, dass sich die Vorwald-Störung südlich des Rheins und gegen Osten in mehrere parallel verlaufende Teilstörungen auffächert. Letztmalig ist die Störung im Eozän-Oligozän als südfallende Abschiebung mit einer Sprunghöhe von 40 bis 150 m reaktiviert worden. Über jüngere Bewegungen, insbesondere aufgrund des alpinen Spannungsfeldes ist nichts bekannt. LiDAR-Daten von swisstopo zeigen im Rhein und Aaretal keine Hinweise für junge Bewegungen an der Vorwald-Störung oder einem ihrer Teiläste oder vermuteten Verlängerungen. Geodätische Messungen weisen auch keine Sprünge über die Störung hinweg auf.

Die Eggberg-Störung liegt 8 km südlich und in etwa parallel zur Vorwald-Störung, hat entsprechend ebenfalls eine variszische Streichrichtung. Bei Bad Säckingen sind mehrere Störungsäste eingezeichnet (Isler et al. 1984), wohingegen auf dem deutschen Kartenblatt Bad Säckingen (LGRB 2004) keine längeren Störungen eingezeichnet sind, was nur beschränkte Aufschlussverhältnisse vermuten lässt. Eher gesichert scheint hingegen, dass die Störung gegen Norden den Granit von Säckingen abschneidet. Ein lateral versetztes Ende existiert hingegen nicht. In NTB 90-04 hatte die Nagra vorgeschlagen, dass die Eggberg-Störung den Rand des Permokarbontroges dextral um 2-3 km versetzt. Ein solcher Versatz lässt sich aufgrund der Kürze der Störung in der Karte des LGRB (2004) nicht bestätigen. Aufgrund der seismischen Information ist die Störung vermutlich seit dem frühen Mesozoikum nicht mehr aktiv. Angaben zu einer erst tertiären Aktivität (in Metz 1980) sind für das ENSI nicht nachvollziehbar. Die geodätischen Messungen zeigen keine Sprünge an der Störung.

Das ENSI schliesst aus diesen Ausführungen, dass aus dem Schwarzwald heraus keine seismisch aktiven oder von differentieller Hebung geprägten Störungszonen in die Standortgebiete reichen.

e)

Der Schwarzwald stellt ein altes, stark von der Erosion eingeebnetes Gebirge dar, dessen Hebungsmuster von Tertiär bis heute vor allem durch in der Umgebung stattfindende Prozesse, insbesondere die Bildung des Oberrheingrabens und die Fernwirkung der alpinen Gebirgsbildung geprägt ist. Der Status der Alpen wird unter den Experten kontrovers diskutiert, so dass von zukünftiger orogener Aktivität auszugehen ist. Die neotektonische Aktivität des Oberrheingrabens ist unumstritten. Entsprechend geht das ENSI davon aus, dass die über die letzten 10 Millionen Jahre hergeleiteten Hebungsraten auch für die kommenden eine Million Jahre relevant sind. Ein aktueller Einfluss auf die Hebungsraten in den nordschweizer Standortgebieten, der eine signifikante Änderung gegenüber den heute beobachteten Hebungsraten von 0.1 bis 0.2 mm/a (entsprechend 100 bis 200 m in einer Million Jahre) aufgrund neuer Entwicklungen im Schwarzwald ist aus Sicht des ENSI unwahrscheinlich.

Referenzen

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