Aken ligt op de overgang van het middelgebergte van de Eifel en Hoge Venen naar het laagland met het lössgebied van de Jülicher Börde en Zuid-Limburg. Aan de voet van dit middelgebergte loopt een reeks storingen die doorgaans van zuidoost naar noordwest lopen. Binnen dit breukgebied ligt het Bekken van Aken (Aachener Talkessel) dat zich 0,5 miljoen jaar geleden tijdens een versterkte opheffing van het gebied begon te vormen (Weertz, 2013). Het gebied op een hoogte van 140-180 meter boven N.N. wordt in noordelijke richting door de Worm ontwaterd. Gelijktijdig werden de losse en zachte sedimenten uit het Boven-Krijt bij de opheffing gaandeweg door de Worm en haar zijbeekjes afgevoerd en bleef een keteldal over (Weertz, 2013). In het zuiden wordt het Bekken van Aken begrensd door het Aachener Wald, een heuvelrug met een hoogte van maximaal 350 meter boven N.N. In het noordoosten vormt de horst van Verlautenheide, met als hoogste punt de Haarberg (240 meter boven N.N.), de grens van het Bekken van Aken. In het noordwesten is de Schneeberg (256 meter boven N.N.) de grens.
De randen van het keteldal liggen dus 100 tot 200 meter hoger dan het Bekken van Aken (het Rathaus ligt op 175 m boven N.N).
Op twee plekken in het Bekken van Aken treden thermale bronnen, dat wil zeggen bronnen waarin het water een temperatuur van meer dan 20˚ Celsius bereikt, aan de oppervlakte, in Burtscheid en rond de Büchel in het stadscentrum. Dit zijn zogenaamd artesische bronnen, het inzijggebied van het water, waar het regenwater in de grond zakt, ligt namelijk circa 100 meter hoger dan het gebied waar het water weer aan de oppervlakte komt.
Deze bronnen stromen sinds het Kwartair (10.000-15.000 jaar geleden), nadat de kalksteenlaag waarin het water zit opgeslagen door erosie aan de oppervlakte was gekomen (Vigener, 2000).
In de ondergrond van Aken zitten harde Devonische en Carbonische gesteenten die van zuidoost naar noordwest geleidelijk in de diepe ondergrond wegduiken. De oudste gesteenten zijn rivier- en meer-afzettingen uit het Onder-Devoon. In het Midden-Devoon kwam de zee dichterbij en tijdens het Boven-Devoon en het Onder-Carboon werden rifkalken en slibafzettingen van kalk en klei gevormd (Weertz, 2013). De kalksteen die verantwoordelijk is voor de warme bronnen in Aken is afkomstig uit het Boven-Devoon. Preciezer gezegd uit het Frasnien, genoemd naar het plaatsje Frasne in het zuiden van België. Deze kalksteen is circa 370 miljoen jaar geleden gevormd uit koralen, brachiopoden en kalksponzen. In die tijd bevond onze omgeving zich in de buurt van de evenaar en lag er een ondiepe tropische zee. Zo ontstond een kalkpakket van circa 600 meter dikte.
Tijdens het Boven-Carboon werd het gebied bij de Varistische gebergtevorming vanuit zuidoostelijke richting langzaam samengedrukt. Dit duurde circa 50 miljoen jaar. Daardoor verdween de zee die hier destijds lag en ontstond het Varistische gebergte. Terwijl de Hoge Venen steeds hoger werden door het samenpersen van de gesteentelagen, zakte het gebied ten noorden ervan langzaam weg. Zo werd een meerdere kilometers breed stuk zeebodem samengeperst waarbij de losse plooien braken en de dikke gesteentelagen over elkaar schoven. Dit is de zogenaamde Aachener Überschiebung en, parallel eraan en deel ervan uitmakend, de Burtscheider Überschiebung. Bij deze Überschiebung komt de kalksteen uit het Boven-Devoon (Frasnien), die elders in het gebied rond Aken op 3.500 meter diepte ligt, aan de oppervlakte (Bousack, 1996). Door deze kalksteen stijgt het grondwater naar de oppervlakte.
Overigens werd het Varistische gebergte later weer grotendeels geërodeerd en ontstond een laagvlakte (Weertz 2013). Daarbovenop liggen jongere sedimenten (zanden en kalkstenen) uit het Krijt. Vervolgens verdween de zee weer om halverwege het Tertiair nogmaals terug te keren. In de IJstijd werd door de wind löss afgezet.
Het thermale water van Aken en Burtscheid is enkele duizenden jaren (gemiddeld 3.000-4.000 jaar (Bousack, 1996)) tot maximaal 10.000 jaar geleden gevallen in een 60 km2 groot infiltratiegebied in de omgeving van Walheim, Schmithof, Breinig en Kornelimünster, tien kilometer ten zuidoosten van het Bekken van Aken. Daarna sijpelde het heel langzaam door het poreuze gesteente naar grote diepte, tot circa 2.000-3.000 m diep (Schreiber, 1987). Dieper dan de Frasne-kalk kan het overigens niet door ondoorlatende leemlagen eronder. Dit diepe grondwater wordt op een diepte van 3000 meter door de aardwarmte tot circa 130 ˚ Celsius opgewarmd. Gemiddeld stijgt de temperatuur in de aardkorst met 3 ˚ Celsius per honderd meter daling. Vandaaruit is het ondergronds in noordwestelijke richting gestroomd en bij de Aachener en Burtscheider Überschiebung (een overschuiving ontstaat wanneer twee lagen tijdens gebergtevorming over elkaar heen schuiven) in het Bekken van Aken weer aan de oppervlakte gekomen (Weertz, 2013). Het stijgt op via breuken die zijn ontstaan door intensieve oplossing van kalk. Daarbij wordt het nog aangevuld met koolstofdioxide (CO2) die afkomstig is uit de steenkoollagen uit het Carboon (Vigener, 2000). In de koelere zone daarboven circuleert het intermediaire grondwater dat in contact staat met het diepe grondwater en daardoor met keukenzout (NaCl) en hydrogeencarbonaat (HCO3-) wordt verrijkt. Door reacties met de in het gesteente aanwezige mineralen komen onder andere zwavelverbindingen in het water (Bousack, 1996). Bij het opstijgen koelde het af door vermenging met koeler grondwater van elders. Dit opstijgen gaat echter nog zo snel dat het water nog steeds een behoorlijk hoge temperatuur (tot 73˚ Celsius) heeft als het aan de oppervlakte komt.
Er zijn twee bronzones, een in Burtscheid en de andere 1200 meter verder naar het noordwesten rond de Büchel. Dit is in verhouding maar een smalle zone, aangezien de Aachener Überschiebung nog ver naar het oosten en westen doorloopt. Waarschijnlijk zijn hier breuklijnen die 50 miljoen jaar geleden bij de vorming van de Alpen ontstonden, verantwoordelijk voor (Bousack, 1996). De spleten tussen de verschillende stukken aardkorst verhinderen het verder doorstromen van het water. Twee van deze breuklijnen, de Sandgewand-breuk en de Feldbiss-breuk, waren van groot belang tijdens het steenkolentijdperk, zij zorgden voor de relatief ondiepe ligging van de steenkool aan de Akense kant. Een andere was de Laurensberger Sprung.
De bronzone van Aken en de bronzone van Burtscheid worden van elkaar gescheiden door een brede heuvelrug uit zandsteen uit het Famenien, waarop de Obere Theaterstraße en de Hauptbahnhof liggen. Vanaf de top van deze heuvel kun je in zuidwaartse richting uitkijken op Burtscheid, terwijl je in noordelijke richting uitkijkt op het centrum van Aken met de Dom. Aan de voet van deze heuvelrug ligt een smalle dal waarvan de ondergrond uit leisteen uit het Frasnien en het Famennien bestaat, dit is de huidige Peterstraße en de Elisenplatz. De smalle bronzone in het centrum van Aken bestaat uit kalksteen uit het Frasnien. Ze grenst direct aan de Aachener Überschiebung. Naast de in verhouding tot Burtscheid dunne kalksteenbanken treden er ook mergelbanken op. Ten noorden van de Aachener Überschiebung vormen Tonsteine en zandstenen uit het Boven-Carboon de heuvelrug waarop de Markt ligt. .
De heetste bronnen liggen in het zuidwesten, in Burtscheid, hier zijn de bronnen maximaal 73 ˚ Celsius en dus 20 ˚ Celsius warmer dan in Aken, waar het water maximaal 52 ˚ Celsius wordt. De bronnen in Burtscheid behoren samen met die van Karlovy Vary in Tsjechië tot de heetste bronnen in Europa.
Tijdens het opstijgen neemt het thermale water allerlei zouten en mineralen uit de ondergrond op. Gemiddeld zit er 3,5 tot 4,4 gram opgeloste stof per liter in (Weertz, 2013). Dat is voor andere plekken met thermaal water zeer hoog. Dit hangt onder meer samen met de hoge temperatuur van het water, waardoor het meer zouten dan gemiddeld kan opnemen. In vergelijking met zeewater, dat 35 gram zout per liter bevat, echter nog weinig. De belangrijkste zouten zijn natrium en chloor, ofwel keukenzout (NaCl), dat 80% van de opgeloste stoffen vormt. Dit is afkomstig van voormalige zeeafzettingen die door het insijpelend grondwater werden doorkruist. Het water bevat veel zwavelwaterstof (H2S) en is daardoor herkenbaar aan zijn typische geur van rotte eieren. Deze stof komt met name in de Kaiser- en de Rosenquelle in het centrum van Aken veel voor. Hierin zit 2 tot 4 milligram per liter. Micro-organismen (Desulfovibrio) die op enkele honderden meters diepte in het water leven reduceren het in het water opgeloste sulfaat tot zwavelwaterstof om op deze wijze aan zuurstof te komen. In Burtscheid komen deze micro-organismen niet voor omdat het water hier te heet is om hen te laten overleven. Hierdoor ontbreekt hier ook de typische geur.
Uit de kalksteenlagen kwamen calcium en hydrogeencarbonaat, sulfaat stamt, net als het steenzout uit opgedroogde zeeën. Silicium, fluor, arsenium stammen uit opgeloste mineralen waaronder kwarts. Door oxidatie van zwavelhoudende mineralen zoals pyriet kwam ook sulfaat vrij. Uit de zandstenen komen kalium en silicium. Het hoge gehalte silicium (70 milligram per liter) is kenmerkend voor het thermale water van Aken en ontstaan dankzij de hoge temperatuur (Vigener, 2000). Ijzer, mangaan en lithium komen in kleine hoeveelheden voor. De grote hoeveelheid in het water opgeloste mineralen verklaart onder meer de heilzame werking van het thermale water uit Aken en Burtscheid. Dagelijks komt uit de in totaal 20 bronnen in Aken en Burtscheid 170 m3 thermaal water (Bousack, 1996). Overigens hoort hier 5 tot 10% ondiep grondwater bij dat van geringe diepte in het thermale water terecht is gekomen en het verdunt en afkoelt (Vigener, 2000).
1%20150x.jpg)
