Kaiserstühler Tuffstein

Der Kaiserstühler Tuffstein wird seit fast zwei Jahrtausenden für Bauzwecke verwendet. Schon römische Legionäre nutzten dieses Gestein für ihr Kastell auf dem Breisacher Münsterberg (vgl. Abschnitt: Verwendung). Bekannt ist dieser Tephrit-Pyroklastit durch die vielen steinsichtigen Mauern und Türme der Breisacher Altstadt, besonders aber durch das spätromanische bis gotische Breisacher Münster St. Stephan. Im Kaiserstuhl sind viele Weinbergsmauern aus diesen dunklen Pyroklastiten errichtet. Wegen ihren wärmespeichernden Eigenschaften und ihrer Bedeutung als Lebensraum für Insekten und Kriechtiere steigt die Wertschätzung dieser Gesteine trotz der im Vergleich zu Lössterrassen oder Betonbauwerken höheren Kosten.

Schon zu römischer Zeit fanden Kaiserstühler Tuffsteine Verwendung: Die romanischen Teile des Breisacher Münsters, also Langhaus, Querhaus, Nord- und Untergeschoss des Südturms, stehen auf den Mauern eines römischen Kastells (Schmidt‑Thomé, 1972; Nuber & Zagermann, 2006). Während der letzten archäologischen Grabung im Praetorium wurde festgestellt, dass für die römischen Mauern vor allem schwarzer Tephrit, daneben aber auch Buntsandstein verwendet wurde. Nach Auskunft von M. Zagermann (Mitt., März 2008) handelt es sich bei den angetroffenen Gesteinen um die gleichen, die im nahen römischen Oedenburg bei Biesheim ausgegraben wurden. Die im Provinzialrömischen Institut der Universität Freiburg aufbewahrten Gesteine der Grabung am Münsterberg sind schwarze, augitreiche Tephrit-Laven und rote, stark verkieselte, z. T. konglomeratische Grobsandsteine des Buntsandsteins, wie sie am Hochrhein bei Degerfelden und Schopfheim auftreten (Werner, 2008). Die Tephrit-Laven von Oedenburg stammen nach Untersuchungen von Wimmenauer (2004) wahrscheinlich vom Fohrenberg bei Ihringen, also von den Steinbrüchen des Kaiserstuhls, die Breisach am nächsten liegen.

Letzte größere Bauwerke, bei denen der vulkanische Tuffstein aus dem westlichen Kaiserstuhl verwendet wurde, sind z. B. der Bahnhof in Breisach, der in den Jahren 1913/1914 erbaut wurde, und die ebenfalls Anfang des 20. Jh. errichteten Geschäfts- und Wohnhäuser in der Kaiser-Joseph-Str. 263 und Kartäuser Str. 13 in Freiburg. Auch auf dem Freiburger Hauptfriedhof befinden sich einige Grabdenkmale aus pyroklastischen Gesteinen vom Kaiserstuhl: Graubrauner Tephrit-Pyroklastit vom Typus Achkarren wurde 1915 verarbeitet, rote, grobe und stark kavernöse Pyroklastite, wie sie bereichsweise am Büchsenberg auftreten, wurden in der Zeitspanne 1915–1944 verwendet (Werner, 2008).

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts werden werksteinfähige Vulkanite vom Typus des Kaiserstühler Tephrits nirgends mehr – auch nicht in anderen europäischen Vulkangebieten – gewonnen. Daher war es erforderlich, Tephrit-Pyroklastite durch die Wiederinbetriebnahme eines geeigneten historischen Bruches für die Erhaltung des Bauwerks zu beschaffen. Als Hauptprobleme bei der Bereitstellung von Originalmaterial für dieses Renovierungsprojekt sind zu nennen:

• knapper Zeitrahmen
• knappe Finanzen
• schwierige Lagerstättenverhältnisse
• schlechte Aufschlussverhältnisse im Kaiserstuhl
• starke Nutzungskonkurrenzen, vor allem durch den Natur- oder Landschaftsschutz (europäisches Vogelschutzgebiet)

Die Schadenskartierung am Münster ergab, dass mindestens 100 m³ einbaufähiger Tephrit-Pyroklastit zur Renovierung benötigt würden. Aufgrund der unregelmäßigen Form gewinnbarer Rohblöcke in den vulkanischen Ablagerungen, der häufigen Einschaltung großer Basaltbomben im Pyroklastit und wegen der bei einem oberflächennahen Abbau zu erwartenden feinen verwitterungsbedingten Risse im Gestein bedeutete dies, dass 500–1000 m³ gelöst werden müssten, um die geforderte Menge von ca. 100 m³ bereitstellen zu können. Die Maßnahmen zur Erkundung und Gewinnung von Kaiserstühler Tuffstein lassen sich in fünf Arbeitsschritte gliedern:

Phase 1 (1997–2001): Die Suche nach den Originalsteinbrüchen begann seitens zweier beauftragter Hochschulinstitute aus Freiburg und Stuttgart unter Verwendung petrographischer Methoden. Im Vordergrund stand die Überlegung, dass ein Nachweis eines historischen Liefersteinbruchs durch Vergleich der Gesteinskomponenten im Mauerwerk und in den Steinbrüchen der erste und wichtigste Schritt bei der Festlegung des künftigen Abbaugebiets sei. Aufgrund des mikroskopisch ermittelten Mineralbestandes kamen die alten Steinbrüche am Steingrubenberg bei Oberrotweil in die engere Wahl. Einzelne aus dem Hangschutt entnommene Proben zeigten nach den Untersuchungen der Institute auch günstige gesteinsphysikalische Werte.

Wegen der schwierigen Geländesituation und der Planung der bevorstehenden Aufschlussarbeiten wurde der Geologische Landesdienst hinzugezogen. Das LGRB empfahl aufgrund der im Gelände erkennbaren bisherigen Nutzungsverhältnisse (mehrere benachbarte kleine Steinbrüche, verhältnismäßig große Abraumhalden, keine Zufahrtswege, teure Rekultivierung von engen Weinbergswegen), zunächst mittels Kernbohrungen zu prüfen, ob hinter den stark verbrochenen Steinbruchwänden ausreichende Mengen gut verfestigter Gesteine anstehen, um einen Probeabbau rechtfertigen zu können. Zwei vom LGRB nach Detailkartierung und Vermessung angesetzte schräge Kernbohrungen vom Hügelplateau bis hinter die Steinbruchwände wiesen nach, dass dieses Vorkommen keine ausreichenden Blockgrößen liefern würde (Beschreibung bei: Werner, 2008). Das Pyroklastit-Vorkommen am Steingrubenberg bei Oberrotweil besteht überwiegend aus lockeren bis halbverfestigten vulkanischen Ablagerungen, nämlich tephritischer Asche, Lapilli und Bomben sowie aus vulkanischen Gängen.

Zusätzlich wurden zahlreiche Großproben am LGRB mit Gesteinssägen in Quader und Platten gesägt, um die Verbandsfestigkeit an größeren Probenmengen mit kostengünstigen Methoden zu testen. Dünnschliffuntersuchungen zeigten ergänzend, dass die Kornbindung der vulkanischen Bruchstücke (Asche, Tephra) ebenso gut war wie in Vergleichsstücken von intakten Blöcken aus dem Mauerwerk des Münsters. In einem LGRB-Gutachten wurden die Ergebnisse zusammengefasst und empfohlen, im nächsten Schritt einen Probeabbau durchzuführen, um vor allem die Dichte von Trennflächen an einem frischen Aufschluss bestimmen und erste frische Probeblöcke entnehmen zu können.

Phase 3: Genehmigungsverfahren: Ein aufwendiges, rund zwei Jahre dauerndes Genehmigungsverfahren schloss sich an, zu dem auch ein vogelkundliches und ökologisches Gutachten gehörte. Wegen der Zugvögel durfte der Abbau in diesem europäischen Vogelschutzgebiet nur im Zeitraum Dezember bis März durchgeführt werden. Eine weitere Besonderheit ist der rings um den Steinbruch auftretende, geschützte Flaumeichen-Elsbeerenwald, der zu den seltensten Pflanzengesellschaften Mitteleuropas gehört. Es wurde daher von der Umweltbehörde gefordert, Erkundungsmaßnahmen mittels Baggerschürfen und den späteren Gesteinsabbau auf eine möglichst geringe Fläche zu begrenzen. Zahlreiche Treffen, Besprechungen im Gemeinderat und im Münsterbauverein folgten. Beteiligt an der genehmigungsrechtlichen und organisatorischen wie technischen Vorbereitung waren insgesamt 11 Parteien (Auftraggeber, Gemeinde, Genehmigungsbehörden, Gutachter, Forst, Abbaufirmen).

Phase 4: Probeabbau: Im November 2003 wurde vom zuständigen Landratsamt ein Probeabbau genehmigt, der Mitte Dezember 2003 begonnen wurde. Nach Beseitigung von Boden und Hangschutt mit einem schweren Bagger konnte ein etwa 10 x 20 m großer Bereich mit geeignet erscheinendem Gesteinsmaterial festgestellt werden, andere Bereiche im freigelegten Bereich schieden aus. Großproben für gesteinsphysikalische Untersuchungen und für die versuchsweise Bearbeitung durch einen Steinmetzbetrieb wurden entnommen. Danach wurde vom LGRB eine rohstoffgeologische Beurteilung des viertägigen Probeabbaus am Achkarrener Schlossberg vorgelegt, in dem auch die günstigste Abbaumethode empfohlen wurde.

Phase 5: Hauptabbau: Am 18. Februar 2004 wurde mit dem Hauptabbau begonnen. Zur schonenden Gewinnung wurde eine auf Gleise montierte, schwenkbare Schrämsäge mit einem 2,2 m langen Sägeschwert eingesetzt, die im kompakten vulkanischen Gestein eine Vortriebsgeschwindigkeit im Mittel von 6 cm pro Minute erreichte. Das Gestein der nach dem Sägevorgang verbliebenen schmalen Brücken wurde mittels wassergefüllten Druckkissen gespalten. Mit dieser schonenden Abbaumethode wurden innerhalb von zwei Monaten vier 6–10 m breite und 2 m tiefe Sohlen angelegt. Vor Ort wurden die gewonnen Blöcke sofort in drei Qualitäten separiert. Der Abbau dauerte bis zum 21. März 2004. Rohstoffgeologisches Ergebnis des Gesteinsabbaus: Der Abbau am Achkarrener Schlossberg legte unter einer 0,8 m mächtigen Auflage von Boden und Löss eine geschichtete Abfolge von groben Pyroklastiten mit eingeschalteten Aschelagen frei, die 30° nach Osten einfällt. Die Auflockerungszone war zwischen 1 und 1,5 m, die Aufwitterungszone 3–4 m mächtig. Entlang von sich überschneidenden Kluftsystemen griff die Auflockerung stellenweise aber auch 5–6 m tief ins Gebirge hinein. Wie erwartet, nahm die Gesteinsqualität mit zunehmender Abbautiefe aufgrund des abnehmenden Verwitterungseinflusses zu. Mit einer Schnittfläche von 610 m² wurden rund 570 m³ Gestein gelöst. Insgesamt konnten mit dieser Methode etwa 130 m³ Gestein gewonnen werden, welche für Steinmetzarbeiten geeignet erschienen.

Fazit: Es gelang trotz der knappen Zeit, der schwierigen Genehmigungssituation und den komplizierten geologischen Verhältnissen, neues geeignetes Werksteinmaterial dieser ungewöhnlichen Beschaffenheit in akzeptabler Zeit und mit vertretbaren finanziellen Mitteln zu beschaffen. Die Ersatzgesteine konnten in ausreichender Menge und Qualität bereitgestellt werden. Die Kosten für die Natursteinbeschaffung – inkl. Bohrprogramm und Probeabbau – lagen bei rund einem Viertel der Kosten für die Steinmetzarbeiten. Damit erwies sich die eigenverantwortliche Materialbeschaffung im Vergleich zum ausschließlichen Einkauf von Gesteinen als die günstigere Variante. Aus Sicht der Denkmalpflege ist die Verwendung von Original­material sowieso der von Gesteinen aus unterschiedlichen Herkunftsorten oder ‑ländern vorzuziehen, zumal für weitere Sanierungsarbeiten, die künftig nötig sein können, auf die selbe Lagerstätte zurückgegriffen werden kann.