Die Studierenden Sarah Bhutta, De Sayantan und Franziska Zimmermann (v. l.) bestimmen den pH-Wert und die Leitfähigkeit von Bodenproben.
Die Bergbauwüste lebt
Reportage
In Ronneburg erobert sich die Natur ein Gebiet zurück, auf dem früher einmal Uran abgebaut wurde.
Knapp 40 Kilometer östlich von Jena, auf einer Wiese in der Nähe von Ronneburg, bekämpfen winzig kleine Organismen ein riesiges Umweltproblem. Jahrelang wuchs hier kein einziger Grashalm mehr, denn giftige Metalle – ein Erbe des Uranbergbaus aus der DDR-Zeit – haben den Boden verseucht. Doch Forscherinnen und Forscher der Universität Jena helfen der Natur wieder auf die Beine. Sie setzen Bakterien und Pilze ein, um das Gebiet nachhaltig zu nutzen. Unser Autor hat die Forscher in das Test-Areal auf den ehemaligen Bergbauhalden begleitet.
Ein Mittwochvormittag im Herbst gegen 11 Uhr. Etwas zögerlich betrete ich den wenige Meter breiten Korridor mit toter Erde, der sich vor mir erstreckt. Auf dem rotbraunen Boden, der übersät ist mit Kieselsteinen, kann ich kein Leben erkennen. Kein Halm, kein Blatt, kein winziges bisschen Grün. Der Ort, an dem ich mich aufhalte, liegt nahe der Stadt Ronneburg in Ostthüringen. Genau hier ragte bis vor wenigen Jahrzehnten eine riesige Bergbauhalde in den Himmel. Hier wurde das Erz der größten Uranressource Europas abgebaut, aus dem die Sowjetunion Atomwaffen herstellte. »Auf diesem Abschnitt können keine Pflanzen gedeihen«, sagt Prof. Dr. Erika Kothe, die in gelben Gummistiefeln neben mir steht. »Das Wasser, das hier im Untergrund fließt, ist zu sehr mit Schwermetallen belastet.« Wo früher Bergleute in tiefe Schächte fuhren, leitet die Mikrobiologin heute ein Forschungsprojekt der Universität Jena, das die Böden auf den ehemaligen Bergbauhalden wieder nutzbar machen soll. Wie kann ausgerechnet die Mikrobiologie dabei helfen?
Studierende der Biogeowissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena am 25.09.2019 bei ihrem Feldpraktikum auf belasteten Böden des ehemaligen Uranbergbaureviers Ronneburg.
Unsere Reise beginnt morgens um 8 Uhr auf einem Parkplatz am Jenaer Paradiespark. Erika Kothe wartet dort auf ihr Team, zu dem auch Geowissenschaftler und einige Studierende gehören. Insgesamt verteilen sich rund zwanzig Personen auf fünf PKWs. In den Autos stapeln sich Messgeräte, Plastikbehälter und Werkzeuge, die an diesem Tag zum Einsatz kommen sollen. An dem einsetzenden Regen stört sich niemand: Alle tragen Regenkleidung und Gummistiefel.
Dann geht es los, im Konvoi über die Rudolstädter Straße nach Winzerla und weiter auf die A4 Richtung Gera. Ein Navigationsgerät braucht Kothe nicht. Sie ist die Strecke schon viele Male gefahren, seit das Forschungsvorhaben im Jahr 2004 gestartet wurde. Während sie ihren Kombi über die Autobahn steuert, erklärt sie mir den Hintergrund des Projekts: Zu Zeiten der DDR baute die »Sowjetisch-Deutsche Aktiengesellschaft Wismut« (SDAG Wismut) in der Gegend um Ronneburg zehntausende Tonnen Uranerz ab. Das Erz wurde auf riesigen Halden an der Oberfläche gelagert. Um das Uran zu lösen, führte man Schwefelsäure hinzu. Dieses Verfahren löste weitere Schwermetalle wie Eisen und Mangan aus dem Gestein, die zusammen mit der Säure als Abfallprodukte in den Untergrund sickerten. Noch heute belasten diese Metalle den Boden. Sie könnten ins Grundwasser gelangen und sind auch der Grund dafür, dass Pflanzen auf den ehemaligen Bergbauflächen schlechter wachsen. Ein weiteres Problem: Die tote Erde bietet eine Angriffsfläche für Wind und Regen, wodurch die Giftstoffe noch weiter in der Umwelt verbreitet werden könnten.
Die Spitzkegelhalden gehören zu den Hinterlassenschaften des Abbaus von Uranerz unweit von Ronneburg in Ostthüringen.
Wo die Forscher heute Bäume pflanzen, sah es in den 1990er Jahren noch so aus.
Landfarming auf ehemals verstrahlten Böden
Um das zu verhindern, haben die Jenaer Forscher das Projekt USER ins Leben gerufen. USER steht für »Umsetzung von Schwermetall-Landfarming zur nachhaltigen Landschaftsgestaltung und Gewinnung erneuerbarer Energien auf radionuklid-belasteten Flächen«. Radionuklid-belastet? Ist das Gebiet etwa immer noch verstrahlt? »Seit dem die Wismut GmbH das Gelände nach dem Ende des Bergbaus gründlich saniert hat, ist die radioaktive Belastung minimal«, versichert Kothe. Allenfalls würden geringe Mengen Radon freigesetzt, wie an anderen Orten mit einem ähnlichen geologischen Untergrund auch. Die Strahlendosis sei jedoch ungefährlich. »Sie bedeutet ein wenig Stress für die Zellen, aber das beugt Rheuma und Arthritis vor, so wie in einem Radonbad.«
Diese Antwort beruhigt mich nicht wirklich. Ich versuche mich zu entspannen und bemerke, dass wir die A4 schon verlassen haben. Die Straßen werden schmaler, dann biegen wir in einen Feldweg ein und kommen auf einer Wiese zum Stehen. Wir steigen aus, balancieren einen dünnen Holzsteg entlang, der über einen Graben führt, und stehen endlich auf der Gessenwiese. Das von einem Zaun umschlossene Forschungsareal ist ungefähr so groß wie ein halbes Fußballfeld. Die Anderen sind vor uns eingetroffen. Einige Forscher sind bereits beschäftigt.
Mein Blick fällt auf eine Ansammlung junger Bäume, die am anderen Ende des Areals in gleichmäßigen Reihen nebeneinanderstehen. »Das ist unser Testfeld«, berichtet Kothe stolz. »Einige der Bäume sind schon sechs Meter hoch und wir haben sie erst vor drei Jahren eingesetzt.« Und das auf einem Gelände, das früher eine der größten Bergbauhalden gewesen ist. Hier türmten Bergleute das Erz bis zu 45 Meter hoch auf und laugten es mit Schwefelsäure, um die Metalle in einer Lösung am Fuß der Halde aufzufangen. Ich gehe näher an die Bäume heran. Einige der Erlen, Birken und Weiden sind größer als die anderen; am höchsten sind die Erlen gewachsen. Das liegt daran, dass die Forscherinnen und Forscher die Bäume auf Böden mit verschiedenartigen biologischen und geologischen Zusätzen gepflanzt haben.
Kleinstlebewesen helfen den Bäumen und bieten Metallschutz
Beispielsweise haben sie dem Boden Mikroorganismen zugegeben. Die nutzen den Bäumen, indem sie sich und die Pflanzen gegen die giftigen Metallpartikel schützen. Auch Mykorrhizapilze kommen zum Einsatz. Sie liefern Wasser und Nährsalze aus dem Boden und erhalten in einer Symbiose von ihrem Wirtsbaum Photosyntheseprodukte. Zudem helfen Gräser wie der Rotschwingel beim Schutz vor Erosion. Karbonatreiche Erde, die aus der Gegend um Jena stammt, dient als Säurepuffer. Kothe verschwindet für einen Moment zwischen den Bäumen und kehrt mit einem kleinen Wurzelstück zurück. Ich nehme das feingliedrige Gebilde in die Hand. Bei genauerem Hinsehen erkenne ich winzige Verdickungen. »Das ist eine andere Form der Symbiose, diesmal von bestimmten Bakterien mit Erlenwurzeln«, sagt die Professorin. »Darin können die Bakterien sogar die Stickstoffversorgung des Wirtsbaums sicherstellen, weil sie Luftstickstoff fixieren und Dünger somit überflüssig machen.« Mit diesen und weiteren Methoden wollen die Forscher die Kombination von Bodenverbesserungen, Pflanzen, Pilzen und Bakterien finden, die das Pflanzenwachstum auf dem nährstoffarmen Boden am effektivsten fördert. So kann auf den Hinterlassenschaften des Bergbaus eine Plantage wachsen, mit deren Holz die Forscher schließlich Energie erzeugen.
Studierende der Biogeowissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena am 25.09.2019 bei ihrem Feldpraktikum auf belasteten Böden des ehemaligen Uranbergbaureviers Ronneburg.
Weil so ein Vorhaben nur mit langfristiger Dokumentation Erfolg verspricht, hat das Forschungsteam auf dem Gelände mehrere Messstellen, sogenannte Lysimeter, installiert. Was es damit auf sich hat, zeigt mir Dr. Daniel Mirgorodsky. Dafür öffnet der Geologe eine kreisrunde Luke im Boden, kaum größer als ein Gullideckel, und gemeinsam klettern wir hinab ins Dunkle. In etwa zwei Metern Tiefe schlägt mir ein modriger Geruch entgegen. Wir stehen in einem feuchten Keller mit drei Metalltanks. Das müssen die Lysimeter sein.
»Diese Tanks stehen auf einer Waage«, sagt Mirgorodsky, der mir dicht gegenübersteht. Der Keller ist gerade groß genug für zwei Personen. »So messen wir, wie viel Regen auf das Gebiet fällt und wie schnell das Wasser verdunstet. Weitere Messgeräte sagen uns, wie hoch der Metallgehalt im Sickerwasser ist, das durch den Boden potenziell ins Grundwasser gelangt.«
Auf einmal höre ich ein Piepen, das aus dem Kasten mit den grün und rot aufblinkenden Lämpchen zu meiner Linken kommt. Das ist die Funkstation, die alle 15 Minuten Werte an die Labore nach Jena schickt. »Auf diesem Boden kann man nicht einfach irgendetwas anpflanzen«, fügt Mirgorodsky hinzu. »Wir müssen schauen, welche Pflanzen unter welchen Bedingungen wachsen und welche Bakterien und Pilze geeignet sind, ihr Wachstum zu unterstützen – draußen im Feld und auch im Labor.«
Viele Versuche und ein Ziel: Die beste Wachstumsmethode entwickeln
Ich verabschiede mich und klettere ins Freie. Die Studierenden haben dort in Dreier- und Viererteams ihre Arbeiten aufgenommen. Die unterschiedlichen Versuche möchte ich mir genauer ansehen, schließlich sind auch sie Teil der langfristigen Beobachtung des Forschungsareals. Zuerst schaue ich bei der Plantage mit den Erlen, Birken und Weiden vorbei, wo eine der Gruppen durch das dicht bewachsene Gelände streift. Die Studentin, die vorangeht, heftet vorsichtig Klammern an die grünen Blätter der Bäume, ähnlich wie beim Christbaumschmücken. Zwei Studenten folgen ihr auf Schritt und Tritt. Sie halten ein Messgerät an die Klammer, lesen Werte davon ab und tragen sie in eine Tabelle ein. »So bestimmt man den Fluoreszenzwert«, erklärt mir der Biologe Markus Riefenstahl, der die Gruppe leitet. »Damit prüfen wir, wie gut die Fotosynthese funktioniert und können so erkennen, wie viel Stress die Bäume aufgrund der Bodenbelastung haben.«
Ich lasse die Plantage hinter mir und treffe auf eine weitere Gruppe, die sich um eines der Rohre versammelt hat, die überall auf dem Gelände aus dem Boden ragen. Hier ist Dr. Arno Märten verantwortlich. »Dieses Rohr ist eine Grundwassermessstation«, erklärt mir der Geologe. »Wir kontrollieren hier den Grundwasserspiegel und führen später eine hydrochemische Analyse im Labor durch.« Dafür lässt ein Student ein Lichtlot in das Rohr hinab, das die Tiefe misst, sobald es mit Wasser in Berührung kommt. Für die Probenahme kommt anschließend ein Schöpfrohr zum Einsatz. Mit der Wasserqualität ist Märten zufrieden. Der Einfluss der ehemaligen Halden nehme stetig ab. Dafür mache sich aber der Klimawandel bemerkbar. In Folge der extremen Trockenheit der letzten zwei Sommer würden zurzeit viele Messstellen gar kein Wasser führen.
Mit »Leafclips« messen die Studenten Valentin Kurbel (l.) und Hossain Mohammad die Baumvitalität.
Vorbei an zwei weißen Zelten, unter denen die Forscher Ausrüstung für einen Versuch aufbauen, gehe ich auf die nächste Arbeitsgruppe zu. Was die Studierenden hier tun, sieht schweißtreibend aus. Sie schwingen Spitzhacken und Spaten und graben damit ein circa zwei Meter breites Loch. Als ich hineinblicke erkenne ich verschiedenfarbige Bodenschichten: rote und schwarze Streifen zwischen den sandigen Lagen. Hier lässt sich die Schwermetall-Verschmutzung mit bloßem Auge erkennen: Rot bedeutet Eisenhydroxid, also Rost; die schwarze Farbe weist auf Manganhydroxid hin. »An diesen Hydroxiden können sich Seltene Erden anreichern«, erklärt Erika Kothe. »Nach China haben wir hier die dritthöchste Konzentration Seltener Erden im Wasser weltweit.«
Hier ist gute Artenkenntnis gefragt: Odejide Tosin, Studentin im internationalen, englischsprachigen Masterstudiengang »Microbiology«, bestimmt alle Pflanzen in einem definierten Testareal.
Auf der Gessenwiese bei Ronneburg hat das Forschungsteam eine automatische Wetterstation installiert, die Daten zu meteorologischen Größen wie Wind, Niederschlag und Temperatur erfasst.
Dr. Arno Märten (l.) und Jonas Ruppert entnehmen Wasserproben für die hydrochemische Analyse.
Mit Marmeladengläsern messen, wie der Boden atmet
Jetzt möchte mir die Mikrobiologin noch das andere Testfeld zeigen. Wir steigen ins Auto, durchqueren ein paar Ortschaften und fahren, vorbei an einer riesigen Tagebaugrube, hinauf auf den Kanigsberg. Hier oben haben die Forscher ebenfalls ein weißes Zelt aufgeschlagen. Unter dem Zelt sind Studierende mit der Analyse der Bodenatmung beschäftigt. Geduldig sitzen sie vor Titrationsapparaturen und schwenken Röhrchen mit rosafarbener Lösung, in die sie gleichmäßig verdünnte Salzsäure tropfen. Die auffallende Farbe kommt von dem Indikator Phenolphtalein, mit dem sich der pH-Wert in einer Lauge messen lässt, die über Nacht mit einem Marmeladenglas abgedeckt auf dem Boden gestanden hatte. Bei jeder Probe notieren sie, wie viel Säure benötigt wurde, bis die rosa Lösung ins Farblose umschlägt. So erfahren die Forscher, wie viel Kohlensäure bei der mikrobiologischen Atmung in Form von CO2 produziert wurde.
Studierende der Biogeowissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena am 25.09.2019 bei ihrem Feldpraktikum auf belasteten Böden des ehemaligen Uranbergbaureviers Ronneburg.
Am Kanigsberg befindet sich auch der Bereich mit der toten Erde, auf der keine Pflanzen gedeihen. Dafür sorgt eine kleine Quelle am Hang, deren Wasser das Pflanzenwachstum unterdrückt. Als wir den Bereich passieren, fällt mir auf, dass die Gegend im Vergleich zur Gessenwiese noch stärker an den Bergbau erinnert. Die rotbraune Erdfärbung ist intensiver, zwischen den zahlreichen Kieselsteinen entdecke ich sogar einen schwarzen Erzklumpen. Als wir dann vor dem Testfeld stehen, sehe ich die Auswirkungen davon: Hier sind die Bäume trotz des gleichen Alters um einiges kleiner als auf dem ersten Feld. Nicht Erlen, sondern Kiefern und Birken machen das Rennen. Dafür ist der andere, kiesigere Boden verantwortlich, aber auch die Lichtverhältnisse und die Nachbarschaft zu anderen Pflanzen können eine Rolle spielen.
Plötzlich setzt starker Regen ein. »Das ist das Zeichen für die Mittagspause«, ruft Kothe augenzwinkernd. Auf den Bänken unterm Zelt rücken alle eng zusammen und essen von dem Apfelkuchen, den die Professorin mitgebracht hat. Mit der Leistung ihres Teams ist sie offensichtlich zufrieden. »Alle ziehen hier an einem Strang, egal ob Biologe oder Geologin«, sagt sie. Das sind gute Voraussetzungen für die Zukunft des Projekts, das noch einige Jahre laufen soll. Die Forscher wollen weiter nach der besten Mischung aus sanften und umweltschonenden Methoden suchen und das Projekt mit zusätzlichen Maßnahmen erweitern. Geplant ist die automatisierte Beobachtung der beiden Gebiete mit Drohnen aus der Luft. Die Forscher erproben auch ein weiteres Analyseverfahren, das neben dem Pflanzenwachstum Veränderungen durch eventuelle Erosion oder Bodenbildung dokumentieren kann. Zudem will der am Projekt beteiligte Geologe Prof. Dr. Thorsten Schäfer den Transport von Bakterien und Metallen als Nanopartikel im Wasser genauer untersuchen.
Gegen 13:30 Uhr brechen wir auf. Bevor ich wieder in Erika Kothes Kombi steige, werfe ich noch einen Blick zurück. Es beeindruckt mich, dass auf diesem Gebiet, das auf alten Bildern wie eine zerfurchte Mondlandschaft aussieht, nach so kurzer Zeit wieder Bäume wachsen. Vielleicht gelingt das ja auch irgendwann in dem Korridor mit der toten Erde – im Zweifelsfall mit etwas Starthilfe aus der Wissenschaft.
Text: Till Bayer