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Oberseminar

Die Braunkohlelagerstätten Deutschlands: Genese, Stratigraphie und wichtige

Rohstoffeigenschaften

Verfasser: Anke Walther Studiengang: 7. Semester Geologie Matr.- Nr.: 40756 Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. habil. Norbert Volkmann Ort: Institut für Geologie der TU- Bergakademie Freiberg Datum: 19. Dezember 2002

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1. EINLEITUNG Während des Geologiestudiums an der TU Bergakademie Freiberg wurde im Rahmen des

Oberseminars ein Vortrag über die Braunkohlelagerstätten Deutschlands angefertigt. Betrachtet

werden die wirtschaftlich interessanten Abbaugebiete des Niederrheinischen, des Mitteldeutschen und

des Niederlausitzer Braunkohlereviers. Im folgenden soll ein Überblick über die Genese, die zeitliche

Bildungsfolge im Laufe der Erdgeschichte und die Eigenschaften der Braunkohle gegeben werden.

2. Grundlagen Braunkohlen entstehen im Zuge der biochemischen Inkohlung, auch Diagenese genannt. Sie haben

bezogen auf die aschefreie Substanz einen Kohlenstoffgehalt von 60 bis 75% und einen

Wasserstoffanteil von 4 bis 8%.

Das wesentlichste Abgrenzungskriterium zwischen Torf und Steinkohlen ist der

Rohlohlenwassergehalt. Dieser liegt bei Torf zwischen 70 und 75% und bei Braunkohlen bei

35%.Eine Einteilung der Braunkohlen ist nach verschiedenen Gesichtspunkten möglich.

Unter petrographischem und stofflichem Aspekt können die fossilen Energieträger in Humolithe und

Sapropelithe unterschieden werden.

Zu den Humuskohlen, deren rezente Ausgangsstoffe v.a. verholzte pflanzliche Substanz aber auch

Wachse und Harze sind, gehören u.a. Weichbraunkohlen und Hartbraunkohlen. Letztere werden in

Mattbraun- und Glanzbraunkohlen gegliedert. Glanzbraunkohlen haben die Grenze des 1.

Inkohlungssprungs bereits überschritten und sind daher petrographisch bereits Steinkohlen (medium

rank coals; nach EU- Norm). Low rank coals sind Weichbraunkohlen und Mattbraunkohlen. In

Deutschland existieren wirtschaftlich bedeutende Braunkohlen ausschließlich als Weichbraunkohlen.

Bei den Sapropelkohlen stammen die Fett- und Ölähnlichen Stoffe meist von niederen Pflanzen

(Algen) sowie aus speziellen Organ- und Gewebeteilen der Landpflanzen (Sporen, Pollen, Kutikulen

etc.) (PÄTZ, RASCHER, SEIFERT 1986).

Anreicherungen dieser Bitumina finden sich in den Cannel- (Sporen, Pollen) und Boghead- (Algen)

Kohlen sowie in den hellen, gelben Bändern der heimischen Weichbraunkohlen.

Die Hauptbildungsphase der Braunkohlen Deutschlands war im Tertiär zwischen 44 und 17 Ma.

In dieser Periode herrschte in nahezu allen Teilen der Erde subtropisches bis tropisches Klima. Das

machte eine intensive Bioproduktion mit hoher Artenvielfalt möglich, so daß auch in Europa

immergrüne tropisch – subtropische Regenwaldfloren präsent waren. (Abb.1)

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Abb.1: Verbreitung der miozänen Moorgebiete in Mitteleuropa (nach KOCKEL in VINCKEN

u.a. 1988, ergänzt in SCHNEIDER 1992) 1 – Periodisch vom Meer überflutete Gebiete, in denen sich nach dem Rückzug des Meeres Moore bildeten 2 – Vom Meer unbeeinflußte Gebiete, teilweise mit Moorbildungen 3 – Gebiete mit langzeitigen oder mehrfach wiederholten Moorbildungen 4 – Umgrenzung des Sedimentationsbeckens 5 – Vulkane des Tertiärs

Entscheidend für die Intensität des biochemischen Abbaus sind die Parameter Temperatur und

Niederschlag. Die Aktivität der Bakterien ist bei durchschnittlich 20°C und 3000 bis 4000mm

Niederschlag pro Jahr sehr intensiv. (Abb.2)

Abb.2: Klimakurve Tertiär (nach R. Teichmüller 1958)

Da es vom Eozän mit 22°C bis zum Pliozän (12°C) zu starken Abkühlungen kam sind die alttertiären

Angiospermenkohlen intensiv zersetzt und weisen kaum noch Holzreste (Xylite) auf. Kohlen dieser

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Art werden auch dedritisch genannt und eignen sich aufgrund der in ihnen angereicherten Bitumina

besonders für eine karbochemische Nutzung.

Dem gegenüber stehen die jungtertiären Kohlen. Sie entstanden aus dem Material koniferenreicher

subtropischer Mischwälder. Nadelgehölze zeichnen sich durch einen hohen Harz- und Gerbstoffanteil

aus und sind bei den geringeren Temperaturen im Miozän weitaus weniger diagenetisch verändert. Die

entstehenden gewebereichen (textitischen) Kohlevariationen sind stark xylitführend.

Ausschlaggebend für Industrie und Wirtschaft ist die Gliederung nach dem möglichen

Verwendungszweck und stofflicher Charakteristik. Es werden 6 industriell verwertbare Kohletypen

ausgehalten:

-Kokskohlen Braunkohle- Hochtemperatur- Verkokung (BHT- Koks)

-Gaskohlen Festbettdruckvergasung Erzeugung von Stadtgas

-Brikettierkohlen bindemittellose Brikettierung für Verkokung, Vergasung,

Energieerzeugung

-Extraktionskohlen Rohmontanwachs - Herstellung

-Kesselkohlen direkte Energieerzeugung in Großkraftwerken

-Salzkohlen hoher Na – Anteil senkt die Schmelztemperatur der

Aschen

schwer beherrschbar

3. Charakterisierung der Kohlenlagerstättenbildung Bei der Bildung von Braunkohlelagerstätten werden nach Ursache und Charakteristik der Absenkung

4 Formen ausgehalten:

Der Epirogenetische Lagerstättentyp (Abb.3) ist durch langsame, stetige und langanhaltende

Senkungen von größeren Erdkrustenteilen gekennzeichnet. Es kommt zur Entstehung großräumig

angelegten Becken.

Abb.3: Struktur des Epirogenetischen Lagerstättentyps

Die sich darin entwickelnden Flöze sind typischerweise weitaushaltend und flach gelagert. Die

Mächtigkeit der Flöze beträgt i. d. R. 10 bis 15m.

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Die Bildung ist vorwiegend im Küstenbereich positioniert. Eine Beeinflussung durch Transgressionen

und Regressionen des Meeres ist in der Schichtenfolge erkennbar. Dies hat eine Wechsellagerung von

limnischen und marinen Sedimenten und einen zyklischen Aufbau (Sande, Schluffe, Tone, Kohle) der

flözführenden Formation zur Folge. Die Kohlen dieses Lagerstättentyps besitzen eine besonders gute

Qualität und sind daher in einigen Fällen als Brikettier- (Lausitz) und Kokskohlen verwendbar. In

Deutschland repräsentieren das Niederlausitzer und das Halle- Leipziger Braunkohlerevier

(Weißelsterbecken südlich Leipzig) diese Bildungsform. Auch das Niederrheinische Gebiet zählt in

diese Kategorie, allerdings ist die Entwicklung hier auf bruchtektonisch bedingten Tiefschollen

(Blöcke) sehr unterschiedlich.

Das Becken von Berzdorf und von Zittau in der Oberlausitz sind die Vertreter des Tektogenetischen

Lagerstättentyps (Abb.4). Die Bildung dieser

Lagerstättenform ist auf die epi- und syngenetisch

wirkende tektonische Bewegung zurück zu führen.

Die entstehenden Gräben und Becken werden bei

ruckartigen Senkungsbewegungen mit Tonen und

Sanden aufgefüllt, was zu häufigen Unterbrechungen

der Torfbildung führt. Die meist limnischen

Braunkohleformationen bestehen aus einem intensiv

durch mineralische Lagen aufgespaltenen 50 bis Abb.4: Struktur der Tektogenetischen Lagerstätten

100 Meter mächtigem Flözkomplex. Kohlen dieser Art weisen einen hohen Asche- und

Xylitgehalt auf und sind somit nur für energetische Zwecke nutzbar.

Unterirdische Wässer tragen zur weiträumigen Auslaugung salzführender, sulfatischer oder

karbonatischer Schichten bei. Bei der Subrosion kommt es zur gleichmäßigen Absenkung der

Erdoberfläche und zur Akkumulation von Sedimenten und Anlage von Mooren.

Dieser Prozess bringt extrem mächtige Flöze aus Brikettier- und Schwelkohlen hervor. Eindringende

salinare Tiefenwässer in die Flöze des Subrosions- Typs vermindern durch erhöhten Na- Eintrag die

Qualität des Rohstoffs. Als Beispiel ist das Halle- Leipziger Braunkohlerevier, insbesondere das

Geiseltal, zu nennen. (Abb.5)

Abb.5: Struktur der Subrosionslagerstätten

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Eine weitere salinarbedingte Form

ist der Salzabwanderungs-oder

Halokinetische Typ, welcher im

Helmstedter Revier (Egelner und

Oscherslebener Mulde) und im

östlichen Subherzyn (Röblingen,

Nachterstedt) auftritt (Abb.6).

Ausgangspunkt sind die mächtigen Abb.6: Struktur der Halokinetischen Lagerstätten

Zechsteinsserien in denen es bei

Druckentlastung an Störungszonen oder durch ungleichmäßige Auflast zu Salzbewegungen kommt.

Gebildete Salzkissen durchbrechen als Diapire überlagernde Schichten. Die langgestreckten

Salzstockrandsenken vermooren und es bildet sich somit kohleführendes Material. Die Mächtigkeit

der Flöze variiert vom Beckenzentrum (>100 m) zur Peripherie (5- 10 m) deutlich. Aus diesen

Lagerstätten sind hochwertige Brikettier -, Extraktions- und Schwelkohlen, aber auch schlechter zu

verarbeitende Salzkohlen (Nähe des Salzdiapirs) gewinnbar.

4. Braunkohlereviere Deutschlands

In der Bundesrepublik Deutschland befinden sich 3 große Braunkohlenreviere.

Von West nach Ost gegliedert sind dies:

• in Nordrhein- Westfalen das Niederrheinische Braunkohlerevier mit den Bezirken

Garzweiler, Hambach und Inden

• grenzüberschreitend in Sachsen, Sachsen- Anhalt und Niedersachsen das Mitteldeutsche

Revier mit Helmstedt/Oschersleben, Nachterstedt, Röblingen, dem Geiseltal und dem

Bitterfelder Raum, Merseburg und dem Weißelster Becken

• grenzüberschreitend in Brandenburg und Sachsen das Lausitzer Braunkohlerevier

4.1 Das Niederrheinische Braunkohlerevier

Die Niederrheinische Bucht ist ein Becken, das in das Rheinische Schiefergebirge eingebrochen ist

und nach Südosten spitz zuläuft. Erste Senkungserscheinungen gibt es bereits im jüngeren

Paläozoikum. Sedimentgesteine der Lias und der Kreide sind der Nachweis für die Absenkung der

Nierderrheinischen Bucht im Mesozoikum.

Das Tertiär stellt jedoch die Haupteinbruchszeit dar. Von Norden drangen im Paläozän und Eozän

Ausläufer des Meeres vor, wodurch es zur Ablagerung von marinen Sedimenten kam (Abb.7). Später

lagerten sich meist limnische Sedimente ab. Die Gesamtmächtigkeit der tertiären Sedimente kann bis

zu 600m im Nordwesten der Niederrheinischen Bucht betragen, da dort die Schollen am tiefsten

abgesunken sind. Die Tektonik des Gebietes ist durch Nordwest- Südost verlaufende Verwerfungen

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Abb.7: Die Ausdehnung der Tertiär- Meere am Niederrhein sowie die Verbreitung der miozänen Braunkohlen (aus Geologie am Niederrhein 1978)

gekennzeichnet, wodurch die Schichtenfolge in mehrere Schollen zerlegt ist Im oberen Oligozän

begannen sich in der Niederrheinischen Bucht küstennahe, flache Seen und verlandende Lagunen mit

Sumpfwäldern und Waldmooren zu bilden. In diesen Mooren sammelten sich Torfe an, die schließlich

eine der größten zusammenhängenden Braunkohlen- Lagerstätten der Erde bildeten.

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Die Braunkohlen- führenden Schichten der Niederrheinischen Bucht gliedern sich in drei größere

Abschnitte. Bekannt sind hieraus die Unterflöz- Gruppe, auch Köln- Schichten genannt. Diese

repräsentieren das obere Oligo- und untere Miozän. Zu ihnen gehören auch die Blätterkohlen von Rott

(Siebengebirge).

Zum Hangenden hin folgt die Hauptflöz- Gruppe, auch als Ville- Schichten bezeichnet; die dem

unteren Miozän zugeordnet werden. Diese Gruppe erreicht im zentralen Teil der Niederrheinischen

Bucht eine durchgehende maximale Mächtigkeit von mehr als 100 Metern. Bemerkenswert ist, daß

jede Flözaufspaltung durch Zwischenmittel fehlt. Den Abschluß bilden die Inden- Schichten der

Oberflöz- Gruppe, die in das obere Miozän gestellt werden.

4.2 Das Mitteldeutsche Revier Das Mitteldeutsche Braunkohlenrevier umfaßt den Raum Leipzig – Halle – Bitterfeld und schließt die Gegend

um Magdeburg und Braunschweig mit ein (Abb.8). Es umfaßt geographisch – geomorphologisch den Südteil des

Norddeutschen Tieflandes zwischen Elbe und Saale, mit der weit nach Süden vorspringenden Leipziger Bucht.

Abb.8: Die Braunkohlenlagerstätten im Raum Bitterfeld, Weißelsterbecken und

östliches Subherzyn (VOLKMANN, 2000)

Die in der Unterkreide begonnene alpidische Gebirgsbildung setzt sich bis in das Quartär hin fort und

hat ihren Höhepunkt im mittleren Tertiär. Die intensive Bruchtektonik brachte ein Schollenmosaik von

Hoch- und Tiefschollen hervor.

Da der Küstenbereich Europas eine breite Pufferzone zwischen der Osteuropäischen Tafel im

Nordosten und dem Alpenraum im Südwesten bildet, kommt es zu der Reaktivierung alter Bruchzonen

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und Störungen. Außerdem wechseln Hebungs- und Senkungsphasen. Infolge dessen und durch

Meeresspiegeloszillationen treten unterschiedliche Sedimentationsverhältnisse auf.

Während des jüngeren Eozäns und mittleren Oligozäns ist das sogenannte Weißelsterbecken eine

Binnensenke. Es wird von Süden durch limnisch- fluviatile Sedimente des Älteren

Nordwestsächsischen Schwemmfächers aufgefüllt. Die Rupeltransgression und die generelle

Kippbewegung der Norwestsächsischen Hochscholle nach N im Mitteloligozän führt zu einer

Faziesänderung in der Sedimentation. Es werden vorwiegend marine Sedimente abgelagert. Die oben

genannte Binnensenke ist zu einer weit nach Süden vorspringenden Bucht der norddeutschen

Tertiärsenke geworden (EISSMANN 1968 = Leipziger Bucht). Für eine Abhängigkeit zwischen

epirogenetischer Einsenkung des Weißelsterbeckens und dem Wandern der Sedimentation von Süd

nach Nord sprechen mehrere geologische Indizien.

Die Verbreitung der Braunkohleflöze, die verstärkte Absenkung auf den im Süden befindlichen

Tiefschollen im Gegensatz zu den nördlich gelegenen Hochschollen. Die ältesten Tertiärsedmiente

sowie die ältesten Flöze sind im Süden auf den Tiefschollen vertreten. Zudem hat das Mittel zwischen

den Flözen I und II auf der Hochscholle ein geringeres Alter als das der Tiefscholle.

Die Flöze der Haupt- und Oberflözgruppe sind im gleichen Bildungsraum entstanden und lassen somit

auf über einen längeren Zeitraum einheitliche Bewegungstendenzen im Tertiärbecken schließen.

Im unteren Tertiär erfassen epirogene Senkungen den Sedimentationsraum des Weißelsterbeckens und

gehen dabei über die Hoch- und Tiefschollen des prätertiären Untergrundes hinweg. Die Stärke der

Absenkungen ändert sich dabei auf den Tiefschollen häufiger als auf den Hochschollen. Dies hat zur

Folge, daß auf der Hochscholle Haupt- und ein Oberflöz vorhanden sind. Hingegen sind auf der

Tiefscholle mehrere Flözbänke zu finden. Zudem wird die Absenkungsrate auf der Tiefscholle durch

subrosive Bewegungen modifiziert.

Anhand der Klimakurve des Tertiärs (Abb.2) ist ersichtlich, welche Temperaturen vorherrschten.

Damit ist die hohe Destruktion der Braunkohlen des Weißelsterbeckens erklärbar. Ergebnis dieser

hohen Destruktion sind ein vergleichsweise hoher Bitumengehalt und eine hohe Ausbeute an

Schwelteer. Die Kohlen bilden damit eine potentielle Rohstoffbasis für carbochemische Zwecke.

Problematisch sind die meist hohen Gehalte an Gesamtschwefel, ursächlich geknüpft an den

fluviatilen Eintrag. Der Einsatz von Entschwefelungsanlagenist daher für die industrielle thermische

Nutzung dieser Kohlen unumgänglich.

4.3 Das Lausitzer Braunkohlerevier

Das Lausitzer Braunkohlenrevier wird in den Nieder- und den Oberlausitzer Lagerstättenbezirk

gegliedert (Abb.9).

Lokalisiert ist der Niederlausitzer Lagerstättenbezirk zwischen Elsterwerda – Finsterwalde – Luckau

im Westen und der Lausitzer Neiße im Osten. Die Südgrenze bilden Lauchhammer – Hoyerswerda

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und Niesky. Im Norden schließen Lübben, Cottbus, Peitz und Guben das Gebiet ab. Dabei wird die

nordöstliche Oberlausitz um Weißwasser herum ebenfalls mit eingeschlossen.

Zwischen Görlitz und Zittau auf dem Granit-

und Basaltgebirge der südöstlichen

Oberlausitz befindet sich der Oberlausitzer

Lagerstättenbezirk. In den Tertiärbecken von

Berzdorf und Zittau lagert ein bis 100m

mächtiger untermiozäner Flözkörper, der

jedoch flächig eng begrenzt ist.

Im mittleren Tertiär kam es zur Entstehung

der Alpen und infolge der Rupeltransgression

wurden weite Teile Europas überflutet. Der

Rückgang des Meeres wurde von den

Aktivitäten des tertiären Vulkanismus

begleitet, dessen kettenförmig aufgereihten

Vulkane von Zentralfrankreich über das Abb.9: Braunkohlenverbreitung in der Lausitz (VOLKMANN, 2000)

Siebengebirge, Hessen, Nordböhmen bis in die Oberlausitz reichten. Aus dieser Zeit resultierte ein

weitreichendes Senkungsgebiet in Ostdeutschland und Polen. Durch die regelmäßigen

Transgressionen und Regressionen der heutigen Nordsee konnten sich im Gebiet der Lausitz

Feinsande und Schluffe ablagern. Die Zufuhr von Süßwasser über die Flüsse wurde durch das flacher

werdende Meer begünstigt. Es kam zur Entstehung von Sumpfwäldern mit mächtigen

Torfablagerungen.

Das Moorwachstum wurde durch das Wasserangebot limitiert. Erneute Transgressionen brachten den

Kreislauf wieder in Gang. Das zurückweichende Wattenmeer entwickelte sich wiederum zu einer

ausgedehnten Moorlandschaft.

Es sind 4 bauwürdige Flöze ausgebildet, von denen allein der 2. Lausitzer Flözhorizont (Miozän)

derzeit bergbaulich gewonnen wird.

Der Bereich des 2. Lausitzer Flözhorizontes beinhaltet die Wechsellagerungen von marinen

Sedimenten und terrigenen Flözbildungen, wobei die Meeresablagerungen als Liegend- und

Hangendschichten der Flözbänke überliefert sind. Das im südlichen Teil des Lausitzer Reviers ein

geschlossener Flözkörper anzutreffen ist hängt mit der Mächtigkeitsabnahme der von Nord

kommenden Sand- und Schluffschichten zusammen. Diese werden erst zu Mitteln zwischen den

Flözbänken reduziert und keilen im Süden ganz aus, so daß sich die Flözbänke vereinigen. In den

Tagebauen der nördlichen Niederlausitz (Jänschwalde, Cottbus- Nord und Welzow- Süd) sind die

Flözlager durch Zwischenmittelsedimente getrennt. Dadurch besitzen die Lagerstätten mehrere

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Flözbänke. Die Mächtigkeit einer jeden Flözbank kann bis etwa 5m betragen. Diese ergibt sich aus der

zyklischen Aufeinanderfolge verschiedener Moortypen.

Der Oberlausitzer Lagerstättenbezirk befindet sich auf dem Granit- Basaltgebirge der südöstlichen

Oberlausitz im Gebiet zwischen Görlitz und Zittau. Im Gegensatz zu dem weitflächigen paralischen

Bildungsraum des 2. Lausitzer Flözhorizontes am Rande des Mittelmiozänmeeres der Niederlausitz

sind die tertiären Sedimentationsbecken von Berzdorf und Zittau nur von kleiner flächenhafter

Ausdehnung. Die tektonisch bedingte, verstärkte Senkungstendenz innerhalb der Becken führte aber

andererseits zu einer bedeutend mächtigeren Akkummulation des Kohlemoores, so daß Mächtigkeiten

von mehr als 100 Meter entstehen konnten.

Das Lausitzer Granodioritmassiv repräsentiert das prätertiäre Grundgebirge und wurde im Tertiär,

insbesondere an der Oligozän- Miozän- Grenze, verstärkt herausgehoben. Im Gegensatz dazu senkte

sich der Niederlausitzer Raum. Dabei kam es in den Randbereichen des Massivs im Raum Görlitz-

Zittau zu starken tektonischen Aktivitäten. Hierbei kam es zur Bruchtektonik, wobei sich das Zittauer

und Berzdorfer Becken bildeten. Ebenso entwickelte sich der tertiäre Vulkanismus und zeichnete das

Gebiet nachhaltig.

Die im unteren Tertiär entstandene, tiefgründige granitische Verwitterungsdecke auf dem Lausitzer

Massiv, gelangte über Schwemmfächer in die lokalen Becken hinein und bildete dort mit einer Folge

von Tonen, Schluffen und Sanden einen großen Teil der tertiären Sedimentserie. In Zeiten relativer

tektonischer Ruhe kam es zur Moorbildung, aus der über einen langen Zeitraum hinweg mächtige

Flözkomplexe entstehen konnten. In Zeiten stärkerer Senkungstendenz wiederum überwog die

Sedimentation tonig- schluffiger Sedimente. Die Braunkohle ist i.d.R. asche- und xylitreich.

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5. LITERATUR

• Erdmann, E., Dolch, M., 1927: Die Chemie der Braunkohle. 2.Auflage, Halle (Saale): Verlag von

Wilhelm Knapp

• Nowel, W., Bönisch, R., Schneider, W., Schulze, H., 1995: Geologie des Lausitzer

Braunkohlereviers. 2. Auflage, Senftenberg: Lausitzer Braunkohle Aktiengesellschaft (LAUBAG)

• Pätz, H., Rascher, J., Seifert, A., 1986: Kleine Naturwissenschaftliche Bibliothek. Kohle – ein

Kapitel aus dem Tagebuch der Erde. 1.Auflage, Leipzig: Teubner Verlagsgesellschaft

• Seifert, A., 1979: Dissertation. Methoden und Ergebnisse regionaler kohlenpetrologischer

Untersuchungen zur Vergelung der Braunkohlen des Raumes Leipzig – Halle – Bitterfeld,

Freiberg

• Volkmann, N., 2000: Freiberger Forschungshefte. C 484. Zum Einfluß rohstofflicher Merkmale

auf das Verhalten einheimischer Weichbraunkohlen in der katalytischen Hochdruck- Hydrierung

• Vorlesungsmitschriften „Allgemeine Lagerstättenlehre Kohle/Erdöl/Erdgas

• Vulpius, R.: Die Braunkohlelagerstätten in den fünf neuen Bundesländern. In: Zeitschrift für

angewandte Geologie, Bd. 39(1993), 2, S.96