Die geologische Struktur des Niederrheingebietes ist entstanden durch das im Laufe des Tertiärs sich ändernde Zusammenspiel von Tektonik, Meeresspiegelschwankungen, Klima und den damit verbundenen wechselnden Ablagerungsbedingungen, denen die marine Ablagerung wie auch die fluviatile der Flüsse aus dem Rheinischen Schiefergebirge unterworfen waren.

Die Niederrheinische Bucht bildet seit dem Eozän/Oligozän einen grabenartigen Senkungsraum, der in einzelne Schollen zerfällt, die sich bis heute unterschiedlich in vertikaler und horizontaler Richtung bewegen, wie das Erdbeben von Roermond 1992 belegt. Daraus erklärt sich sowohl die unterschiedlich mächtige Sedimentation als auch die unter-schiedliche Mächtigkeit der Braunkohlenflöze in den Teileinheiten der Bucht.

Die Absenkung der Niederrheinischen Bucht und die Ablagerung aus dem Rheinischen Schiefergebirge hielten sich über längere Zeiträume die Waage, so dass sich die Oberfläche auf Meeresspiegelniveau befand. In der lagunenartigen Küstenniederung mit entsprechend hohem Grundwasserspiegel entstanden Moore, Sümpfe und Sumpfwälder, die den 'Rohstoff' für die Braunkohle lieferten. Dies war vor allem im Miozän der Fall, als eine nachlassende Tektonik und eine verringerte Sedimentzufuhr bei einem insgesamt warmen Klima sich günstig auf die Vegetation und die Torfbildung auswirkten.

Die Jahresdurchschnittstemperatur lag im Oligozän noch bei 20oC, im Miozän zur Zeit der Hauptflözbildung lag sie zwischen 16 und 21oC. Bis zum Ende des Pliozäns fiel sie auf etwa 13-14oC ab. (Köln weist heute eine Jahresmitteltemperatur von 10oC auf).

Im Miozän fielen zwischen 1200 und 1400 mm Niederschlag, der bis zum Pliozän auf 1000 mm zurückging (Köln heute: 600 mm Jahresniederschlag).

Die Vegetation geriet durch die Absenkung bzw. durch Meerestransgressionen unter Wasser und damit unter Luftabschluss. Durch die Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen wurde der Torf zu Braunkohle umgewandelt. Notwendige Bedingung war ein starker Druck, der bei weiterer Absenkung des Gebietes durch die Sedimentation von Tonen, Sanden und Kiesen aus den Randgebieten entstand. Durch den Druck wurde der Wassergehalt von fast 95 % auf 45 - 60 % reduziert. Der Kohlenstoffanteil ist um so höher, je tiefer die Braunkohle absank. Die Heizwerte schwanken zwischen 1600-3000 Kcal/kg (6700-12600 kJ/kg).

Die Braunkohlenflöze können zu drei Gruppen zusammengefasst werden:

    • Unterflöz-Gruppe (Köln-Schichten) aus dem Oligozän. Sie war hauptsächlich in der Ville zugänglich.

    • Hauptflözgruppe (Ville-Schichten) aus dem unteren Miozän. In der am meisten eingesunkenen Mitte der Niederrheinischen Bucht ist das Hauptflöz bis 100 m mächtig.

    • Oberflöz-Gruppe (Inden-Schichten) aus dem oberen Miozän. Bei Eschweiler vereinigen sich drei Teilflöze zu einer Mächtigkeit von 35 m.

In den nordwestlichen Randbereichen der Braunkohlenflöze wurde die Braunkohlenbildung zeitweise unterbrochen durch verstärkte marine Sedimentation als Folge von Meeresvorstößen. Sie ist verantwortlich für die Spaltung der Kohlenflöze.

Am Ende des Miozäns legen sich gröbere fluviatile Sand- und Kiesschichten über die Schichten der Oberflözgruppe, was auf eine größere Transportkraft von Rhein, Maas, Sieg und diese wiederum auf eine stärkere Hebung des Rheinischen Schiefergebirges schließen lässt. Die Kiesschüttungen werden im Pliozän von einer Verlagerung der Meeresküste nach Süden unterbunden. In die flachen Seen lagern sich Tone ab, die mit Sand und Kies wechseln. Die Torfbildung nimmt jetzt nur noch eine geringe Mächtigkeit an.

 

Die Abbildung "Geologisches Profil der Niederrheinischen Bucht" (oben links) verdeutlicht die Lagerungsverhältnisse der Braunkohle, nachdem die Niederrheinische Bucht im Pliozän in einzelne Schollen zerbrochen war. Aus dem Profil beantwortet werden kann die Frage, wie (und wo) man auf die Braunkohle stieß. Die Anfänge liegen in der Ville, wo die Braunkohle durch vertikale Bewegungen in die Nähe der Oberfläche gehoben wurde. Die Temperatur- und Niederschlagswerte von Herborn sollen als Vergleichgrößen aus dem Erfahrungsraum der Schüler eine konkrete Vorstellung vom Klima im Tertiär erleichtern.