Sande und Kiese in Hessen
Sande und Kiese sind nach den Natur- und Naturwerksteinen mengenmäßig betrachtet die wichtigste Rohstoffgruppe in Hessen. Sie finden zu mehr als 90% im Hoch-, Tief- und Straßenbau Verwendung. Als vielfältige Bau- und Zuschlagsstoffe eingesetzt, können sie je nach Rohstoffqualität auch höchsten bautechnischen Ansprüchen gerecht werden. Quarzreiche Sande und Kiese sind zudem für die Herstellung von Glas, Mikrochips und anderen elektronischen Bauteilen, Solarzellen oder Kosmetik unentbehrlich. Sand wird als Schleif- und Poliermittel und in Kläranlagen und Wasserwerken zur Wasserreinigung eingesetzt.
Jeder Bundesbürger verbraucht pro Jahr im Schnitt 4,7 t Kies und Sand, was durchschnittlich 13 Kilogramm Sand und Kies pro Tag entspricht. Auf ein angenommenes Lebensalter von 70 Jahren hochgerechnet sind dies 329 t.
In Hessen wurden nach der Lagerstättenerhebung des HLNUG im Jahr 2016 ca. 7,3 Mio. Tonnen Sand und Kies, einschließlich Quarzsand/Quarzkies gefördert.
Sande und Kiese sind in ihrer Rohform Produkte mechanischer und chemischer Verwitterung von Gesteinen. Sie können daher, je nachdem aus welchem Gestein sie hervorgegangen sind, aus ganz unterschiedlichen Mineralen bestehen und unterschiedliche Kornformen und Farben aufweisen.
Sand wird geologisch-gesteinskundlich als ein aus Partikeln zusammengesetztes natürlich gebildetes Lockergestein mit einer Korngröße zwischen 0,063 und 2 mm Durchmesser definiert In der industriellen Praxis unterscheidet man dagegen je nach Einsatzgebiet Sande mit den Korngrößen 0-2 mm und 2-4 mm.
Als Kies werden dagegen Partikel zwischen 2 und 63 mm Durchmesser bezeichnet, die mehr oder weniger gut gerundet sind. Sind Partikel in Feinkiesgröße noch überwiegend eckig, weil sie kaum transportiert wurden, so nennt man das Lockergestein Grus.
Natürlich vorkommende Sande und Kiese bestehen meist aus einem Gemenge von Körnern unterschiedlicher Größe, in dem auch Anteile von Überkorn (Steine und Blöcke) sowie Schluff oder Ton enthalten sind. Nahezu reine Sande oder Kiese sind daher in der Natur selten. Häufig bestehen Sand und Kies-Lagerstätten vorwiegend aus Sanden, die Kieskörnung enthalten und/oder in die Kieslagen eingeschaltet sind. Man spricht dann von Kiessanden.
Korngrößenbereiche von Lockergesteinen (nach EN ISO 14688-1)
Neben der Herkunft der Kies- und Sandkörner beeinflussen die Art des Transportes durch Flüsse, durch Strömungen und Wellenbewegungen im Meer, durch Gletscher oder mittels des Windes sowie die Ablagerungsbedingungen das Erscheinungsbild des Sedimentes. Die Körner können bei Verfrachtung gerundet und nach Größe oder Form sortiert werden.
Unter Wasserbedeckung bleiben Sande und Kiese meist grau, während unter oxidierenden Bedingungen in den Wüstengebieten der Erde zumeist gelbe, braune und rote Farben durch die Oxidation des an der Oberfläche der Körner vorhandenen Eisens entstehen.
Die feinkörnigeren Sande haben im Allgemeinen eine längere oder intensivere Transportgeschichte hinter sich als Kiese. Am Ende der mechanischen, aber auch chemischen Transportprozesse reichern sich meist härtete, stabilere Mineralkomponenten im Sediment an. Für die Sande ist daher ein großer Anteil an Quarzkörnern typisch. In reiner Form entstehen so Quarzsande. Sie kennzeichnen durch ihre gute Sortierung eine größere Reife des Sedimentes und deuten auf einen liefergebietsfernen Ablagerungsraum hin. Mit der Nähe zum Liefergebiet bleiben auch die Sedimentminerale unreifer und zwischen die Quarzkörner mischen sich Feldspäte und Gesteinsbruchstücke bzw. andere Mineralkörner. Sind wie in Südhessen im nahen Liefergebiet quarzreiche Gesteine wie z.B. der Taunusquarzit vorhanden, bilden sich Lagerstätten mit Quarzkiesen und -sanden.
Dünensand einer arabischen Wüste. Auch in Hessen gab es im Rheintal Dünensand als eiszeitlicher Flugsand. Diese Dünen sind heute mit überwiegend mit Vegetation bedeckt, in ihrer Form aber noch erkennbar, z.B. bei Kelsterbach
Die Wüsten der Welt sind voller Sand. Dieses „Meer aus Sand“ ist scheinbar eine schier unerschöpfliche Rohstoffquelle. Gerade dieser Sand kann jedoch in der Baustoffindustrie nur eingeschränkt genutzt werden.
Die Körner des Wüstensandes unterscheiden sich stark von denen der Fluss- oder Meeressande. Wind ist in der Lage, Sandkörner 100-mal effektiver abzurunden, als Wasser das je könnte. Um diesen Rundungsgrad zu erreichen, müssten Flusssande beispielsweise die mehr als 4 000 km lange Reise von der Quelle bis zur Mündung des Mississippi 1 000-fach wiederholen (WELLAND, M. (2009): Sand - A Journey Through Science and Imagination). Die windverfrachteten d.h. äolischen Quarzkörner im Wüstensand sind daher sehr gut gerundet und in einem engen Korngrößenbereich gut sortiert. Aus diesem Grund hat Wüstensand einen geringen Verfestigungsgrad und ist als Bauzuschlagsstoff für Beton weniger gut geeignet als z.B. Flusssand oder aber Meeressand. So erklärt sich, warum Dubai für seine zahlreichen imposanten Bauprojekte trotz seiner Wüsten vor der Haustür von Sandimporten aus Australien und weiteren Ländern abhängig ist. Aber nicht nur reiche Wüstenstaaten sind auf fremden Sand angewiesen. Singapur beispielsweise versucht mit Sandimporten aus ganz Südostasien sein begrenztes Inselterritorium zu erweitern.
Der boomende Handel mit dem „richtigen“ Sand hat weltweit einen regelrechten Sandkrieg ausgelöst. Weitgehend unbekannt sind jedoch die Folgen: zerstörte Strände, Inseln verschwinden im Meer, Menschen verlieren ihre Existenzgrundlage und Tiere ihren Lebensraum.
Die Gewinnung von Sanden ist in Hessen wie in ganz Deutschland durch Abgrabungsgenehmigungen einschließlich umweltrelevanter Auflagen klar geregelt, so dass die der Öffentlichkeit weitgehend unbekannte Schattenseite der weltweiten Sandnachfrage hier nicht Platz greift.
Übersichtskarte der Verbreitung von Sanden und Kiesen und Abbaustellen. Die in Hessen auftretenden Sande und Kiese werden in Zonen unterschiedlicher Lagerstättenpotenziale, -mächtigkeiten und Qualitätspotenziale eingeteilt. Erläuterungen hierzu finden sie im Fachbericht Sande und Kiese. Die Übersichtskarte im Maßstab 1 :300000 kann als Kartenplot über das HLNUG bestellt werden
Wie die Karte zeigt, haben Sande und Kiese eine weite Verbreitung in Hessen mit einer Konzentration der hochwertigen Lagerstätten (Zone 1 in der Karte) und deren Gewinnungsstellen im Einzugsbereich der quartärzeitlichen Flusssysteme von Rhein, Main, Neckar, Fulda, Eder, Lahn und Ohm.
Die hessischen Sand- und Kiesvorkommen wurden während des Quartär- und Tertiärzeitalters entweder in Senkungsgebieten oder entlang sich in das Gestein einschneidender Flüsse abgelagert.
Mit Ausnahme der > 50 m mächtigen Terrassenablagerungen der Zennerner Senke zwischen den Flüssen Eder und Ohm bei Fritzlar besitzen Sand- und Kies-Lagerstätten im Bereich der mittel- und nordhessischen Flussläufe von Lahn, Fulda, Werra, Eder und Schwalm nur Mächtigkeiten von 3 bis 20 m.
Diese Lagerstätten haben häufig einen höheren Kiesanteil, sind aber trotz ihres geringen Volumens für die jeweiligen Regionen von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, da die kurzen Transportwege einen großen Vorteil für die wirtschaftliche Nutzung haben.
Die Sedimentationsräume des nördlichen Oberrheingrabens und der östlichen Untermainebene wie z.B. im Raum Babenhausen besitzen mit abbaubaren Rohstoffmächtigkeiten zwischen 20 und 60 m die mit Abstand größten Sand- und Kies-Potenziale in Hessen.
Grundsätzlich ist das Vorkommen von Sanden und Kiesen im oder randlich von wirtschaftlichen Ballungsräumen wie dem Rhein-Main- und dem Rhein-Neckar-Raum, der Region Kassel und der Region Marburg-Gießen von Vorteil. Aus der hohen Bevölkerungsdichte insbesondere im Rhein-Main-Gebiet resultieren jedoch zahlreiche Flächennutzungskonflikte, die Lagerstättensicherung und ökologisch sinnvollen Rohstoffabbau aus der Region für die Region bisher einschränken bzw. ausschließen.
Ältere tertiärzeitliche Sande haben zumeist einen höheren Quarzanteil. Insbesondere in der Wetterau, am Taunusrand, der Idsteiner Senke und dem Limburger Becken kommen Quarzsande und -kiese vor. Aber auch in Randbereichen des Vogelsbergs, nördlich Schwalmstadt und im Großraum Kassel sind tertiärzeitliche Sande verbreitet. Die Mächtigkeit dieser Sande ist sehr unterschiedlich und kann > 20 m erreichen.
In Nord- und Mittelhessen ist der Buntsandstein aus dem Erdmittelalter weit verbreitet. Gebietsweise sind die Sandsteine oberflächennah stark verwittert und zu Mürbsand entfestigt (Zone 2 in der Karte). Sie finden als Bausande und Formsande Verwendung.
Auch in Verwitterungszonen älterer Hartgesteine wie Graniten, Granodioriten, Diorite, überwiegend im Odenwald, kam es zur Entfestigung. Diese daraus resultierende kiesbetonten Lockergesteine (Zone 3 in der Karte), sog. Gruse, wurden bis vor wenigen Jahren als Hauptrohstoff u.a. als „Römerkies“ gewonnen.
Natürlich vorkommende Sande und Kiese unterschiedlichster Ausgangsgesteine können mittels geeigneter Abbau- und Aufbereitungsmethoden (Sieben, Waschen etc.) sowie Zumischung evtl. fehlender Körnungen in der Regel technisch so optimiert werden, dass ein breiter industrieller Einsatz möglich wird. Wirtschaftlich ist dies aber nur, wenn die betreffende Lagerstätte qualitative wie quantitative Rahmenbedingungen für entsprechenden Produkte und Produktlinien erfüllt.
Aus geologischer Sicht sind die drei Basiskriterien, die technische Eigenschaften wie z.B. Frostwiderstand, Verdichtbarkeit oder Wasseraufnahme bedingen, das Korngrößenspektrum, die Kornform und nicht zuletzt die mineralogische Zusammensetzung.
Nassabbau quartärer Sand und Kiese bei Rodgau
Trockenabbau von Mürbsand bei Bühle in Nordhessen
Quarzkies und Quarzsand (Kantkies) bei Nieder-Mörlen
Kiessand unterschiedlicher Korngrößen aus einer Abbaustelle der Zennerner Senke bei Borken-Großenenglis. Die Bildbreite entspricht ca. 30 cm