Im 7. Jahrhundert baute Bonifatius im
heutigen Zellerfeld eine Kapelle (Zelle). Die erste Besiedlung des
Oberharzes geschah in der Mitte des 12. Jahrhunderts durch Gründung des
Benediktinerklosters Cella, die wahrscheinlich vom reichsunmittelbaren
Stift Simonis et Judae in Goslar ausging. Die Mönche trieben bereits
etwas Bergbau. Das Kloster wurde aber 1431 (oder 1433?) vom Papst
aufgehoben. Der Bergbau ging ein.
Die zweite Besiedelung erfolgte am Anfang des 16. Jahrhunderts, als
braunschweigische Herzöge Interesse am Bergbau zeigten, namentlich
Heinrich der Jüngere. Der braunschweigische Teil des Oberharzes erhielt
von ihm 1532 die erste Bergfreiheit.
Zellerfeld erhielt 1529 Stadtrechte und nahm 1539 die Reformation an.
Clausthal erhielt 1570 die erste Kirche. Der Oberharz blühte dank des
Bergbaus auf. Sächsische Einwanderer prägten die Region nachhaltig, etwa
auch im oberdeutschen Dialekt. Ein Brand zerstörte 1672 Zellerfeld fast
vollständig. Nach dem Brand wurde Zellerfeld gradliniger wieder
aufgebaut.
1779–1799 wurde der Tiefe Georgs-Stollen aufgefahren. Der
26 km lange Stollen entwässert die Bergbaureviere von
Clausthal-Zellerfeld, Wildemann, Hahnenklee und Bad Grund.
1851–1864 trieb man den 32 km langen Ernst-August-Stollen von der
Ortschaft Gittelde am südlichen Harzrand vor. Dieser tiefste
Wasserlösungsstollen des Harzes verläuft fast 400 m unter Clausthal und
entwässert die Bergbaureviere der Bergstädte Lautenthal, Hahnenklee,
Wildemann, Clausthal-Zellerfeld und Bad Grund. Das Oberharzer
Wasserregal ist ein Jahrhunderte altes System zur Versorgung von
Wasserrädern in den Harzer Gruben mit Aufschlagwasser. Die zur Erzeugung
von Wasserkraft gebauten Anlagen stehen heute unter Denkmalschutz und
werden zum Teil noch zur Trinkwassergewinnung genutzt. Die Voranmeldung,
das Oberharzer Wasserregal als Weltkulturerbe der UNESCO anzuerkennen,
ist 1999 durch die Obere Denkmalschutzbehörde eingereicht worden. Der
offizielle Antrag soll 2007 eingereicht werden, mit der Anerkennung als
Weltkulturerbe wird 2009 gerechnet.
Das Wasserregal bestand aus einer
Vielzahl von Stauseen und Stauteichen wie dem Oderteich (ehemals 120,
heute noch 65 Teiche), die alle ähnlich konstruiert sind und die zur
Sammlung und Speicherung des Regenwassers dienen. Das Wasser wurde in
fast parallel zu den Isohypsen der Hänge verlaufenden Gräben (insgesamt
ca. 500 km Gräben) gesammelt und in die Teiche geleitet, teilweise über
große Entfernungen, wie zum Beispiel der Dammgraben, der Wasser aus der
Region des Brockens über 25 km bis nach Clausthal leitet. Die Teiche
geben ihr Wasser an eine weit verzweigte Reihe von Gräben und
Wasserläufen ab, welche teils oberirdisch, teils unterirdisch verlaufen,
damit schließlich das Wasser in den Gruben die Wasserräder antreibt. Ein
komplexes System sorgt dafür, dass für jedes Wasserrad eine angemessene
Menge an Wasser zur Verfügung steht. Überdies kann das Wasser durch
stetige Weiterführung auf mehreren Ebenen genutzt werden. Die
Wasserräder selbst, die teilweise als Kehrräder ausgelegt waren, hatten
verschiedene Aufgaben. Zum Beispiel sollten sie das Wasser aus Gruben
pumpen oder Personen- und Materialtransport in die Schächte ermöglichen,
wofür teilweise abenteuerlich wirkende Hebelkonstruktionen
(Kunstgestänge, Fahrkünste) verwendet wurden. Die Stauseen und
Wassergräben sind heute noch weitgehend erhalten, die Wasserräder selbst
aber sind überwiegend nicht mehr vorhanden, auch wenn einige
rekonstruiert sind.
Die Stadt entstand 1924 durch
Zusammenschluss der beiden Bergstädte Clausthal und Zellerfeld. Die
Senke zwischen den beiden Stadtteilen markiert eine natürliche
„Grenzlinie“. Bekannt geworden ist Clausthal-Zellerfeld durch seine für
das Bergbaustudium berühmte Technische Universität Clausthal. Heute ist
die TU Clausthal für die Region bedeutender Studienort auch für
modernere Wissenschaften. Obwohl seit 1930 kein Bergbau mehr betrieben
wird, hat sich die Stadt ihre enge Verbindung mit dem Bergbau durch ein
Bergwerksmuseum bewahrt. Im Zuge des Bergbaus wurde im heutigen
Clausthal-Zellerfeld das Drahtseil erfunden. Weltbekannt ist auch das
alkoholfreie Clausthaler-Bier, welches noch bis zur Mitte des 20.
Jahrhunderts in Clausthal-Zellerfeld gebraut worden ist. Die Marke wurde
an die Binding-Brauerei verkauft und wird seitdem ausschließlich in
Frankfurt am Main gebraut. In der Hochzeit des Bergbaus gab es bedingt
durch die Bergfreiheit zahlreiche Brauerein in den Oberharzer Orten, von
denen nur noch eine in Altenau besteht.
Während des Zweiten Weltkriegs entstand in unmittelbarer Nähe, an der
Kreisstraße 38 nach Altenau, die zweitgrößte Munitionsfabrik
Nazi-Deutschlands, das Werk Tanne. Hier wurde der Sprengstoff TNT
hergestellt. Eine Gedenkstätte am Mittleren Pfauenteich erinnert an die
Opfer unter den Zwangsarbeitern bei der Bombardierung des Werkes.
Weiterhin wird in Clausthal vor der Marktkirche und in Zellerfeld vor
der St. Salvatoris-Kirche an die Opfer des Todesmarsches der Häftlinge
des Konzentrationslagers Dora-Mittelbau bei Nordhausen Anfang 1945 von
Osterode über den Harz gedacht. Ein weiteres Mahnmal befindet sich an
der Bundesstraße nahe des Hirschler Teiches in Richtung Dammhaus.
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