Geophysikalische Charakterisierung von Untergrundstrukturen für eine optimale Planung der Phosphatbergwerke in Abu Tartur

Warum verborgene Gesteine für Nahrung und Arbeit wichtig sind

Tief unter der Westlichen Wüste Ägyptens liegen ausgedehnte Lagerstätten von Phosphatgestein, dem Rohstoff für Dünger, der einen großen Teil der Weltbevölkerung ernährt. Im Phosphatbergwerk Abu Tartur wurden die unterirdischen Arbeiten jedoch nach enttäuschenden Ergebnissen eingestellt. Diese Studie stellt eine einfache, aber entscheidende Frage: War das Bergwerk am falschen Ort? Mithilfe subtiler Variationen in der Erdanziehung und im Magnetfeld kartierten die Forschenden die vergrabenen Gesteinsschichten in drei Dimensionen und zeigten, dass das ergiebigste Phosphat nicht dort liegt, wo das Bergwerk gegraben wurde, sondern in nahegelegenen, gefalteten Senken, die nie vollständig ausgebeutet wurden.

Vom maroden Bergwerk zur kriminalistischen Aufklärung

Das Abu-Tartur-Plateau gilt seit langem als eine der vielversprechendsten Phosphatregionen Ägyptens und ist wichtig für Staatseinnahmen und die weltweite Düngerversorgung. Dennoch hatte das Untertagebergwerk anhaltende Probleme: dünne Erzzonen, unerwartete Störungen und unwirtschaftliche Förderung, die schließlich einen Wechsel zum Tagebau hinter dem Plateau erzwangen. Frühere Arbeiten konzentrierten sich vor allem auf ingenieurtechnische Fragen, etwa zur Stützung von Stollen und zur Dimensionierung von Abbauelementen, während das grundlegende Bild der unterirdischen Geologie lückenhaft blieb. Diese Studie stellt die Probleme des Bergwerks als geologische Kriminalgeschichte dar: Möglicherweise waren es die Gesteinsstrukturen selbst und nicht nur das Stollendesign, die den ursprünglichen Plan zum Scheitern verurteilten.

Dem Zug der Erde und ihrem Magnetismus lauschen

Um ohne flächiges Bohren unter die Oberfläche zu blicken, griff das Team auf zwei nichtinvasive Methoden zurück. Schwerefeldmessungen zeigen, wie stark Gesteine unterschiedlicher Dichte an einem Sensor ziehen, während magnetische Daten auf Variationen der enthaltenen magnetischen Minerale reagieren. Mithilfe regionaler Luftmagnetikdaten und Bouguer-Schweremessungen verarbeiteten die Wissenschaftler die Signale mit einer Reihe von Filtern, die Kanten schärfen, tiefe Trends von flachen Strukturen trennen und wahrscheinliche Störungen und Falten hervorheben. Anschließend erstellten sie zweidimensionale Computermodelle entlang von fünf langen Profilen und passten Dichtewerte, magnetische Eigenschaften und Schichttiefen an, bis die berechneten Felder mit den beobachteten übereinstimmten. So konnten sie wichtige Schichten von der Oberfläche bis zum harten Grundgebirge über Dutzende von Kilometern verfolgen.

Falten, Brüche und wandernde Phosphatschichten

Das resultierende Untergrundbild ist alles andere als ein einfaches, flaches Sedimentpaket. Das Grundgebirge und das darüberliegende Nubische Sandsteinpaket bilden breite, einfallswinkelnde Falten und werden von Normal- und Rechts- bzw. Linksverschiebungen durchzogen, die überwiegend ost–west- und nordwest–südost-gerichtet verlaufen. Darüber lagern Tone, Kalksteine und die entscheidende phosphathaltige Duwi-Formation. Die Modelle zeigen, dass die Phosphatschicht zerrissen und in ihrer Mächtigkeit stark variabel ist: manchmal nahezu durchgehend, an anderen Stellen ausgedünnt oder getrennt. Ihre Mächtigkeit variiert von weniger als einem Meter bis etwa 32 Meter, und diese Veränderungen folgen eng den verborgenen Falten und Verwerfungen, die in den Schwere- und Magnetikdaten abgebildet sind.

Warum das Bergwerk die Ergiebigsten Stellen verfehlte

Als die Forschenden ihre Modelle in Tiefen- und Mächtigkeitskarten überführten, zeigte sich ein klares Muster. Unter dem zentralen Abu-Tartur-Plateau—wo das Untertagebergwerk angelegt war—ist die Phosphatschicht relativ dünn. Im Gegensatz dazu treten die mächtigsten Anreicherungen in den Mulden von Synklinen auf, schüsselartigen Falten nordöstlich und südwestlich des Plateaus. Normalverwerfungen umgeben das Plateau mit ihren abgesenkten Seiten nach außen, wodurch das ergiebigere Gestein weiter von den ursprünglichen Abbauflächen wegverlagert wird. Effektiv wurde das Bergwerk auf einem strukturellen Höhenrücken angelegt, wo Erz natürlicherweise knapp ist, während das beste Material in nahegelegenen strukturellen Tälern gesammelt wurde, die bei der früheren Entwicklung nicht im Fokus standen.

Neu denken, wo und wie man gräbt

Für die allgemeine Leserschaft ist die Quintessenz klar: Wenn man die Form der abzubauenden Gesteine nicht versteht, kann man enorme Summen dafür ausgeben, am falschen Ort zu graben. Durch die Verbindung von Schwere- und Magnetprospektion mit Bohrlochdaten zeigt diese Studie, dass das Untertagebergwerk von Abu Tartur von Anfang an schlecht positioniert war, was seine schlechte Leistung und Schließung erklärt. Die Arbeit weist auf neue, vielversprechendere Ziele nordöstlich und südwestlich des Plateaus hin, wo dickere Phosphatschichten voraussichtlich leichter und rentabler zu gewinnen sind. Allgemeiner veranschaulicht sie, wie moderne geophysikalische Kartierung intelligentere, nachhaltigere Bergbauentscheidungen ermöglichen kann—Abfall verringern, Landschaften schützen und die Versorgungssicherheit für Schlüsselrohstoffe wie Dünger verbessern, die der weltweiten Nahrungsmittelproduktion zugrunde liegen.

Zitation: Ahmed, G.M.K., Senosy, M.M., Boghdady, G.Y. et al. Geophysical characterization of subsurface structures for optimal planning in the Abu Tartur phosphate mine. Sci Rep 16, 13006 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48186-y

Schlüsselwörter: Phosphatbergbau, geophysikalische Erkundung, Schwere- und Magnetfeldmessungen, Abu Tartur Ägypten, nachhaltige Ressourcenplanung