Helmholtz-Zentrum Deutsches Geoforschungszentrum

Auswertung hyperspektraler Daten zur quantitativen Analyse von Braunkohlenabraumkippen im Mitteldeutschen Braunkohlenabbau, Leipzig

Ein Großteil der ostdeutschen Braunkohlenförderung wurde eingestellt, da die Nachfrage nach ostdeutscher Braunkohle und deren Produkten infolge der politischen Veränderungen seit 1989 erheblich abnahm. Dies führte zur Schließung der meisten Gruben in den frühen neunziger Jahren. Als Folge der Schließungen müssen notwendige Rekultivierungs- und Rückgewinnungsmaßnahmen an den verwüsteten Landschaften der aufgegebenen Gruben durchgeführt werden. Die Gestaltung der neuen Landschaften sowie die dafür zu verwendenden Techniken bzw. Maßnahmen wird durch verschiedene Eigenschaften, wie z.B. Mineralogie, physikalische und chemische Parameter der vorhandenen Grube und deren Rückstände (Abraumkippen), bestimmt. Größe, Anzahl und schlechte Begehbarkeit der Abraumkippen machen den Einsatz fernerkundlicher Methoden erforderlich.

Gegenüber den herkömmlichen breitbandigen Sensoren ermöglicht die Auswertung von Hyperspektraldaten die Identifikation einzelner Minerale und auch die quantitative Erfassung. Um eine solche Bestimmung durchzuführen, werden von den einzelnen Mineralen abhängige eindeutige Absorptionserscheinungen genutzt, die dem Reflexionsspektrum zu entnehmen sind. Unter Verwendung der Daten des flugzeuggestützten, abbildenden Spektrometers DAIS 7915 analysierte die Arbeitsgruppe Abraumkippen der Tagebaue Espenhains und Zwenkaus.

Ziele:

Chemische und mineralogische Analysen der Abraumkippen sowie Lokalisierung und Auswertung von Temperaturanomalien durch Oxidation des Minerals Pyrit.

Methoden:

Analyse und Interpretation der DAIS 7915 Daten. Chemische und mineralogische Laborreferenzanalysen. Messungen von Feld- und Laborspektren im reflektierten Bereich und spektroskopische Untersuchungen typischen Abbraumkippenmaterials im Bereich vom sichtbaren Licht (VIS) bis ins thermale Infrarot (TIR).

Ergebnisse:

Für den Tagebau Espenhain wurden Kaolinit-, organischer Kohlenstoff- und Quarzgehalte kartiert. In Zwenkau hingegen erfolgte eine Aufnahme der Gehalte an Pyrit, organischem Kohlenstoff und Quarz. Jeder einzelne Parameter wurde innerhalb seiner natürlichen Konzentration in verschiedene Klassen eingeteilt. Durch die Verwendung von Laborspektren und Referenzanalysen der Geländeproben konnte eine Korrelation zwischen der mineralogischen Zusammensetzung und bestimmten spektralen Eigenschaften (z.B. Absorptionserscheinungen) abgeleitet werden. Die Regressionsgleichung wurde anschließend auf die geometrisch und atmosphärisch korrigierten Hyperspektraldaten des DAIS 7915 angewendet.

Für den Tagebau Zwenkau wurde eine Oberflächentemperaturenkarte durch die Trennung von Temperatur und Strahlungsdichte einer Nachtbefliegung generiert. Diese Karte zeigt eine Zunahme der Temperaturen in den jüngeren Einheiten der Absetzerkippen, die auf die Zunahme des exothermischen Oxidationsprozesses des Pyrit zurückzuführen ist.


Diese Studie erfolgte im Rahmen eines BMBF finanzierten Projektes und dem PT Wassertechnologie und Schlammbehandlung, Forschungszentrum Karlsruhe.


 

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