Geologie in Ludwigsburg, Jan. 2012
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Geologie in Ludwigsburg 2 Inhalt 1. Einleitung 3 2. Geologischer Bau und Erdgeschichte von Baden-Württemberg 4 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 Krustenbewegung und Landschaftsbild Der Aufbau des Untergrundes Grundgebirge Deckgebirge 4 5 5 7 3. Geologie in Ludwigsburg 13 3.1 3.2 Buntsandstein Muschelkalk 13 13 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Keuper Quartär Geologische Karte und Profilschnitt von Ludwigsburg Tektonik - Die Lagerung der Schichten Lemberg und Hohenasperg als Zeugen der Erdgeschichte 15 17 18 20 21 4. Das Grundwasser im Untergrund von Ludwigsburg 22 5. Anhang 26 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Geologische Zeittafel, Schichtaufbau und Grundwasser in Ludwigsburg Gesteinskunde Gesteinsfarben Karst Erdbeben Herausgeberin Stadt Ludwigsburg Fachbereich Tiefbau und Grünflächen Wilhelmstraße 11 71638 Ludwigsburg Bearbeitung und Beiträge Dr. Wolfgang Goos Januar 2012 26 29 31 32 33 Auskünfte zu Geologie, Grundwasser, Baugrund, Altlasten und Erdwärmenutzung in Ludwigsburg erteilt: Fachbereich Tiefbau und Grünflächen Abteilung Bodenschutz Telefon: 07141/910-2707 Telefax: 07141/910-2230 Mail: [email protected] 3 1. Einleitung Dieses Manuskript ist eine Zusammenfassung der landschaftsgeschichtlichen und geologischen Entstehung von Baden-Württemberg und der geologischen Verhältnisse im Raum Ludwigsburg. Die Gemarkung von Ludwigsburg liegt im Landschaftsraum des ca. 1300 km2 großen Neckarbeckens und umfasst eine Fläche von 4333 ha (Abb. 1). Das Neckarbecken wird im Süden und Südosten von den Keuperbergen des Glemswaldes, der Stuttgarter Bucht, dem Schurwald und den Berglen, im Osten und Nordosten vom Murrhardter Wald und von den Löwensteiner Bergen und im Nordwesten vom Strom- und Heuchelberg eingerahmt. Der Markungsbereich westlich des Neckars gehört zur Muschelkalk- und Lettenkeuperfläche des "Strohgäus", dessen östlicher Teil bis zum Neckar "Langes Feld" genannt wird. Der Bereich östlich des Neckars gehört zur Gäufläche der "Backnanger Bucht". Im Strohgäu wird intensiver Ackerbau auf den fruchtbaren Lösslehmböden betrieben. Das Neckartal mit seinen Nebentälern und die Gäuhochflächen östlich des Neckars werden auch durch Obstbau und Weinbau geprägt. Die höchste topographische Erhebung in Ludwigsburg ist der Lemberg mit 365,1 mNN, der tiefste Punkt liegt im Gewann Hofwiesen im Neckartal am Nordrand der Gemarkung mit 195,8 mNN. Heilbronn Heuchelberg Nord Zabergäu Zaber Neckar Stromberg Löwensteiner Berge Murr Besigheim Enz HeckenGäu Ludwigsburg GlemsStrudelbachPlatte PFilder Backnanger Bucht Langes Feld N e c k a r - S t r o h - G ä u Becken Rems Glems Stuttgart Rems Schmidener Feld Stuttgarter Bucht Esslingen Glemswald Sindelfingen Böblingen Gäulandschaft, Zeugenberge Schönbuch Keuperbergland Winnenden Berglen Waiblingen Leonberg Obere Gäue Murrhardter Wald Marbach Vaihingen/E. Strudelbach Backnang Bietigheim/B. Metter-Platte Filder Schurwald Schurwald Fils Fils Körsch Albvorland Filderebene Abb. 1: Die naturräumliche Gliederung im Mittleren Neckarraum Abb. 2: Der Aufbau Aufbau des Schichtstufenlandes Schichtstufenlandes im Mittleren Mittleren Neckarraum Verändert nach: H. Brunner (1998): Erläuterungen zu Blatt Stuttgart und Umgebung, GK 50, LGRB Freiburg Albvorland 4 2. Geologischer Bau und Erdgeschichte von BadenBaden-Württemberg Die Geologie ist die Wissenschaft vom Bau und der Entstehungsgeschichte der Erde (gr. gé = Erde, logos = Lehre). Zur Rekonstruktion der Erdgeschichte sind genaue Kenntnisse der unterschiedlichen Gesteine, ihrer Herkunft und Entwicklung im Laufe der Jahrmillionen und ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften erforderlich. Durch Studium, Analyse und Kartierung der Art der Gesteine (Petrographie) und ihrer Lagerungsverhältnisse (Stratigraphie), durch die Erforschung und Klassifizierung der fossilen Lebewelt in den Gesteinsschichten (Paläontologie) und mit chemischen und physikalischen Methoden (Geochemie, Geophysik) kann eine Systematik und Altersklassifizierung der Gesteine der oberen Erdkruste vorgenommen werden. Mineralogische, geophysikalische, geographische, kartographische und paläoklimatologische Untersuchungen ergänzen die Geologie und führen zu unserem heutigen Bild von der Entstehung und Entwicklung der Erde und ihrer Lebewelt. Bevor wir die unterschiedlichen Gesteine unseres Landes näher betrachten, müssen die dynamischen Vorgänge innerhalb der Erdkruste erläutert werden. Sie sind für die Entstehung der Gesteine und für die Formung der Landschaften von großer Bedeutung. 2.1 Krustenbewegung und Landschaftsbild Der Aufbau der Erde gliedert sich in Erdkern, Erdmantel und abgetragen. Im kleinräumigen Maßstab kommt es innerhalb Erdkruste (Abb. 3). Die zwischen 5 und 50 km mächtige Erdkruste ist in 7 Großplatten und 7 kleine Platten unterteilt. der Platten zur Bildung von Schichtverbiegungen, die als Mulden- und Sattelstrukturen bezeichnet werden und zu Diese sind, angetrieben durch konvektive Fließbewegungen horizontalen und vertikalen Schichtversetzungen, die als des etwa 1.200 °C heißen und zähplastischen Magmas im Verwerfungen bezeichnet werden. Diese sind oft als Graben- Erdmantel ständig in langsamer vertikaler und horizontaler Bewegung Die Vertikalbewegungen der Platten liegen bei und Horststrukturen angelegt (Abb. 4). Diese dynamischen Bewegungsvorgänge innerhalb der Erdkruste werden unter wenigen mm pro Jahr, die Horizontalbewegungen liegen bei dem Begriff "Tektonik" (= die Baukunst betreffend) zusam- bis zu 16 cm pro Jahr. In Vulkangebieten und in Bereichen mengefasst. Sie haben im Zusammenwirken mit der Verwitte- mit quellfähigen Gesteinen, v,a, Anhydrit, können Vertikalbewegungen im Zentimeterbereich pro Jahr gemessen wer- rung und der Abtragung der Gesteine maßgeblichen Einfluss auf die Gestaltung von Flusssystemen und Landschaften. den. Entlang der Plattengrenzen in den Ozeanen tritt Lava aus und es kommt zur Neubildung von Meeresboden. Dadurch driften die Platten langsam auseinander (Seafloor- Das Zusammenspiel dieser Kräfte führte gegen Ende der erdgeschichtlichen Zeitära des Paläozoikums (Erdaltertum) Spreading). Es bilden sich weltumspannende Bruchsysteme, vor etwa 255 Millionen Jahren im Raum des heutigen Europa die sogenannten ozeanischen Riftsysteme mit mächtigen zur Bildung des so genannten "Germanischen Beckens" als mittelozeanischen Gebirgsrücken und Inselketten. Diese Neubildung von Meeresboden wird an anderer Stelle bei der flache Einsenkung und Randmeer eines großen Ozeans, der "Tethys" (Abb. 4). Die Landmassen der Erde waren zu dieser Kollision der Kontinentalplatten durch Versenkung der Oze- Zeit zum Großkontinent "Pangäa" vereinigt, der dann im ankruste (Subduktion) in den oberen Erdmantel, einherge- Laufe der Zeit zu den heutigen Kontinenten zerfallen ist. Das hend mit der Bildung von Tiefseerinnen ausgeglichen. Bei der Kollision von Kontinenten, z.B. Indien mit Asien oder Germanische Becken erstreckte sich vom heutigen England und Skandinavien bis nach Polen, Süddeutschland und nach Afrika mit Europa entstehen Faltengebirge wie z.B. der Hima- Burgund. Im Laufe der folgenden Jahrmillionen wurden hier laja und die Alpen. Beim Auseinanderdriften kontinentaler Platten entstehen kontinentale Riftsysteme wie z. B. das die an die 1000 m mächtigen Sedimentschichten des Mesozoikums (Erdmittelalter) in den Zeitabschnitten von Trias, ostafrikanische Grabensystem und das Rote Meer (Abb. 3). Jura und Kreide abgelagert. Gegen Ende der Jura-Zeit vor Innerhalb der Platten bilden sich Bruchsysteme wie z.B. das etwa 145 – 140 Millionen Jahren haben sich Teile dieses Mitteleuropäische Grabensystem mit Rhone-Graben, BresseGraben und Oberrheingraben und es kommt auch zu weit- Beckens in Süddeutschland über den Meeresspiegel herausgehoben und unser Land ist seitdem Abtragungsgebiet. räumigen Hebungen oder Absenkungen der Erdkruste. In die Durch die stärkere Heraushebung von Vogesen, Schwarzwald so entstandenen Becken dringen Flüsse oder das Meer ein und es bilden sich über lange Zeiträume mächtige Sedi- und Odenwald kam es in der Tertiär-Zeit vor etwa 35 Millionen Jahren zum Einbrechen des Oberrheingrabens als Ge- mentablagerungen, die von den umgebenden Festlandsge- wölbescheitelbruch. Innerhalb der europäischen Erdkrusten- bieten abgetragen werden. Nach tektonischer Hebung und platte entstand durch tektonische Vorgänge schließlich die Trockenfallen der Sedimentbecken werden die abgelagerten Gesteine durch die Erosion von Wasser und Wind wieder "Süddeutschen Großscholle", die weite Bereiche von BadenWürttemberg und Bayern umfasst (Abb. 4) 5 Abb.3 Abb.3: Blick in das Erdinnere Die relativ starren Erdkrustenplatten werden durch langsame Konvektionsströmungen im heißen und plastischen Erdmantel bewegt. Aus D. Richter (1992): Allgemeine Geologie, 4. Auflage. De Gruyter, Berlin. Die tektonische Hebung von Südwestdeutschland führte nördlichen Landesteilen. Das führte in Verbindung mit der zum Einschneiden der Flusssysteme von Rhein und Donau durch rückschreitende Erosion und zur Abtragung der Ge- unterschiedlichen Abtragungsgeschwindigkeit der unterschiedlich widerstandsfähigen Sedimentgesteine zur Bildung steine. Im Bereich der Hochgebiete von Schwarzwald und eines Schichtstufenlandes mit einer asymmetrischen Auffä- Odenwald wurden die Sedimentschichten so tief abgetragen, dass die Gneise und Granite des alten Grundgebirges wieder cherung der Schichtstufen. Dieses Zusammenspiel von Hebung und Schrägstellung durch Krustenbewegungen und zutage treten. Die starke Hebung von Schwarzwald und der Abtragung der unterschiedlich harten und wasserdurch- Odenwald führte zur Verkippung der ehemals weitgehend lässigen Gesteinsschichten hat im Laufe der Jahrmillionen horizontal abgelagerten Sedimentschichten nach Südosten. Wegen der noch stärkeren Hebung des Südschwarzwaldes das "Schwäbisch-Fränkische Schichtstufenland" mit seinen Steilstufen und Verebnungsflächen geschaffen, das sich von fallen die Schichten dort steiler ein, als in den mittleren und der Donau bis zur Rhön erstreckt. (Abb. 7 und 8). 2.2 Der Aufbau des Untergrundes Der Geologe nennt den inneren Bau des Untergrundes "Gebirge", auch wenn kein Bergland im geographischen Sinne aufragt. Im oberen Bereich der Erdkruste sind in Baden-Württemberg zwei übereinander liegende geologische Baueinheiten zu unterscheiden: Das ältere "kristalline Grundgebirge" (Grundgebirgssockel, Basement) und das jüngere "sedimentäre Deckgebirge" (Sedimenthülle). 2.2.1 Grundgebirge Die Gneise und Granite unter den Sedimentgesteinen werden als Grundgebirge bezeichnet. Es handelt sich um soge- Die Gneise sind metamorphe Gesteine, die durch die Umwandlung älterer Sedimentgesteine und Magmatite entstan- nannte Kristallingesteine, bei denen sich die Mineralien bei den sind. Die Ausgangsgesteine wurden durch tektonische der Gesteinsentstehung durch Kristallisation aus einer Ge- Vorgänge in bis zu 15 Kilometer Tiefe versenkt, auf bis zu steinsschmelze oder durch Umkristallisation bei der Gesteinsmetamorphose (Umwandlung) gebildet haben. Diese 500 °C erhitzt und hohen Drücken ausgesetzt. Durch diese Beanspruchung haben sich andere Mineraliengefüge gebil- Mineralien sind im Gegensatz zu den oft sehr kleinen Mine- det (Rekristallisation), oder es sind vollkommen neue tempe- ralien der Sedimentgesteine, die durch Verwitterung und Abtragung zersetzt und zerrieben wurden oder sekundär ratur- und druckstabile Mineralien entstanden. Alle vorhergehenden Gesteinsstrukturen und Fossilien wurden dabei neu entstanden sind, im Gestein oft gut sichtbar. In Baden- zerstört. Es kam aber nicht zur Gesteinsaufschmelzung. Württemberg sind die Grundgebirgsgesteine die Reste eines Metamorphe Gesteine sind oft an ihrer Schieferstruktur zu durch die Abtragung eingeebneten ehemaligen Faltengebirges. Dieses "Variszische Gebirge" bildete im Paläozoikum vor erkennen, die durch einseitig gerichteten Druck entstanden ist. Die Granite werden als plutonisch-magmatische Gesteine 300 bis 400 Millionen Jahren über weite Bereiche des heu- (Tiefengesteine, Erstarrungsgesteine, Intrusionsgesteine) tigen Europa ein Hochgebirge, ähnlich wie heute die Alpen. bezeichnet. Sie sind während der variszischen Gebirgsbil- Bei der Abtragung dieses Gebirges vor etwa 250 - 300 Millionen Jahren sind die in der Tiefe liegenden Kristallingestei- dung im Bereich von tektonischen Schwächezonen in glutflüssigem Zustand aus großer Tiefe aufgestiegen, haben ne freigelegt worden. In Baden-Württemberg besteht das dabei die älteren Gneise durchschmolzen und sind dann Grundgebirge zu 2/3 aus Gneisen und zu 1/3 aus Graniten. langsam zu grobkörnigen Festgesteinen erstarrt. Profilschnitt in Abb. 9, Seite 12 6 Ludwigsburg Abb. 4: Die tektonischen Strukturen in Süddeutschland Die Süddeutsche Großscholle zwischen Oberrheingraben, Alpen, Böhmischer Großscholle und Rheinisch-Ardennischer Großscholle nimmt weite Teile von Baden-Württemberg und Bayern ein. Der tektonische Bau, also Brüche und Gräben, Mulden und Sättel, Gewölbe, Falten, Abschiebungen und Aufschiebungen und auch Gesteinsklüfte haben maßgeblichen Einfluss auf die Verwitterung und Abtragung und damit auf die Richtung der Flüsse und auf das Gesicht der Landschaft. Das kleine Bild rechts oben zeigt die Spannungsverhältnisse in Mitteleuropa. Die weißen Pfeile zeigen die Einspannung der Krustenteile (Blöcke), die schwarzen Pfeile deuten die Bewegung als Reaktion darauf an. Erdbebengebiete sind schraffiert. Der nordwärts gerichtete Druck der afrikanischen Kontinentalplatte, der auch für die Auffaltung der Alpen verantwortlich ist, zerscherte die Europäische Kontinentalplatte in zahlreiche Brüche und Gräben. Das Schollenmosaik ist in fraktaler Hierarchie vom Satellitenbild bis zur mikroskopischen Probe erkennbar. Die Bewegungen sind auch heute noch aktiv. Im Südschwarzwald können Hebungen von 0,1 mm pro Jahr gemessen werden, die Alpen heben sich mit ca. 1 mm pro Jahr. Aus: C. Stier, H. Behmel & U. Schollenberger (1989): Wüsten, Meere und Vulkane, Baden-Württemberg in Bildern aus der Erdgeschichte. Peter Grohmann, Stuttgart. Nach O.F. Geyer & M.P. Gwinner 1991 und W. Carlè (1950), 7 2.2.2 Deckgebirge Die über dem kristallinen Grundgebirge abgelagerten Sedimentgesteine (Sedimenthülle) werden als Deckgebirge bezeichnet. Das Grundgebirge und die oft stark verfestigten bis felsartigen Sedimente des Deckgebirges bis zum Ende der Tertiär-Zeit werden als "Grundschichten" bezeichnet. Darüber liegen die meistens locker gelagerten Sedimente aus der Zeit des Quartärs vor 2,6 Mio. Jahren bis heute, die als "Deckschichten" bezeichnet werden. Sedimentäre Grundschichten Während der langsamen Einsenkung des Germanischen Beckens im Zeitraum des Mesozoikums (Erdmittelalter) kam Gestein verkittet haben. Die Sedimente des Mesozoikums werden in die Zeitperioden Trias (Buntsandstein, Muschel- es zur Ablagerung von stellenweise über 1.000 m mächtigen kalk, Keuper), Jura und Kreide untergliedert. Im außeralpi- Sedimentschichten, teils unter flacher Meeresbedeckung (marine bzw. überwiegend chemische und chemisch- nen Deutschland wird die Trias als "Germanische Trias" bezeichnet, im Gegensatz zur "Alpinen Trias", die im weiter biogene Sedimente) und teils unter dem Einfluss von Fluss- südlich gelegenen Meeresbecken der Tethys abgelagert systemen (terrestrische, fluviatile, limnische bzw. überwie- wurde. Am Übergang von der Jura-Zeit in die Kreide-Zeit vor gend klastische Sedimente; siehe Erläuterung auf Seite 27). Die Klimaverhältnisse waren warm und trocken und oft etwa 145 bis 140 Mio. Jahren kam es in Süddeutschland zur Heraushebung der Erdkruste über den Meeresspiegel und wüstenhaft (arides Klima). Die Ursache für dieses Klima war damit zum Ende der Sedimentation. Mögliche Ablagerungen die langsame Wanderung der europäischen Erdkrustenplatte seit dem Ende der Karbon-Zeit aus der tropisch-feuchten aus der Kreide-Zeit sind hier der Abtragung zum Opfer gefallen. In der Zeitära des Känozoikums (Erdneuzeit) hat sich vor Äquatorregion nach Norden in die subtropische Wüsten- 40 bis 5 Millionen Jahren während der Tertiär-Zeit das Al- zone. Die Absenkung des Beckens wurde durch die Auf- penvorland der Schweiz, Oberschwabens und Bayerns abge- schüttung der Sedimente kompensiert, so dass die Sedimentationsoberfläche immer knapp über dem Meeresspiegel oder senkt. Ursache waren Massenausgleichsvorgänge im Zuge der alpinen Gebirgsbildung. In diesem so genannten "Nord- flach darunter lag (Schelfmeer). Die weichen, feinkörnigen alpinen Molassebecken" (mollis = weich) wurde der Abtra- und locker gelagerten Sedimente wurden mit der Zeit durch gungsschutt der rasch aufsteigenden Alpen als bis zu 5.000 den Prozess der "Diagenese" (Verdichtung) verfestigt. Die Sedimente wurden durch den Druck der überlagernden m mächtige, sandig-tonige und örtlich konglomeratische Schichten unter flacher Meeresbedeckung und durch Flüsse Schichten entwässert und kompaktiert. Dann wurden in den und Schichtfluten abgelagert. Auch der einbrechende Ober- winzigen Zwischenräumen der Sedimentkörner durch Lösungsvorgänge und durch Umkristallisation und Sammelkris- rheingraben wurde in dieser Zeit vom Meer überflutet und mit bis über 3.000 m mächtigem Abtragungsschutt aufge- tallisation neue Kristalle gebildet, die das Sediment zu festem füllt. Deckschichten Gegen Ende der Tertiär-Zeit ist das warme Erdklima aus noch herrschte ein kaltes und trockenes Tundra- und Steppenkli- nicht genau bekannten Gründen kälter geworden. Während ma mit bis zu 100 m tiefem Permafrost und einem spärli- der Zeitperiode des Quartärs (2,6 Mio. Jahre bis heute) wurden im "Pleistozän" (Eiszeitalter) in ganz Deutschland die chen Bewuchs mit Gräsern und Sträuchern. Auf dieser Landoberfläche haben sich durch sommerliche Frost-/Tau- vielfältigen Deckschichten-Sedimente der Kaltzeiten und der wechsel und Verwitterungs-, Umlagerungs- und Fließvorgän- dazwischen liegenden Warmzeiten auf den wesentlich älteren Grundschichten abgelagert. In mindestens 8 Kaltzeiten (Gla- ge Fließerden und Frostschuttdecken gebildet. Darüber wurden in weiten Bereichen feinkörnige Lösssedimente durch ziale) von jeweils etwa 100.000 bis 200.000 Jahren Dauer Staubstürme abgelagert. An den Talflanken lagerte sich schoben sich mächtige Gletscher vom skandinavischen Hangschutt ab und in den Flusstälern wurden sandige Schot- Schild nach Norddeutschland vor. In Oberschwaben und Bayern traten die Gletscher aus den Alpen ins Flachland und ter sedimentiert. Die Kaltzeiten wurden von den etwa 10.000 bis 20.000 Jahre andauernden Warmzeiten (Interglaziale) stellenweise bis über die Donau heraus. Der Feldberg im unterbrochen. Im dann warmen und feuchten Klima waren Südschwarzwald trug dann ebenfalls eine Eiskappe und die Hochlagen im Nordschwarzwald waren mit kleinen Kar- die kaltzeitlichen Ablagerungen besonders intensiv der Verwitterung und Bodenbildung ausgesetzt. Die Jetzt-Zeit wird Gletschern bedeckt. Die Gletscher hinterließen bei jedem innerhalb der Quartär-Zeit als "Holozän" bezeichnet und zählt Vorstoß ihre Ablagerungen aus Moränen, Beckentonen, San- seit dem Ende der "Würm-Kaltzeit" vor 11.590 Jahren. Das den und Flussschottern. In den nicht vom Eis bedeckten sogenannten "Periglazialgebieten", so auch in Ludwigsburg, Holozän ist eine Warmzeit, auf die in wenigen tausend Jahren vermutlich in die nächste Kaltzeit folgen wird. 8 Mesozoikum Trias Perm Oberjura Weißer Jura Mitteljura Brauner Jura Unterjura Schwarzer Jura Obertrias Keuper Mitteltrias Muschelkalk 237 Untertrias Buntsandstein 245 Oberperm Zechstein Mittel- und Unterperm Rotliegendes Ablagerung des Deckgebirges des südwestdeutschen Schichtstufenlandes 146 Jura 161 Karbon lokal Sedimente, Granite 176 200 251 260 299 Vulkanismus Meeresreptilien Dinosaurier Ausgangsgesteine der Grundgebirgsgneise: Grauwacken, Tonsedimente, Tuffe 488 Ordovicium Kambrium Präkambrium 542 (Proterozoikum, Archäikum, Hadäikum) Alter der Erde ca. 4,55 Milliarden Jahre im Raum Ludwigsburg an der Oberfläche anstehende Gesteine ... abgetragene Gesteinsschichten ... in der Tiefe anstehende Gesteine - sedimentäres Deckgebirge und kristallines Grundgebirge (Granite und Gneise des Variszischen Gebirges und älterer Zeit-Perioden) Metamorphose im heutigen Grundgebirge Paläozoikum 416 444 Erste Säugetiere Devon Gneise, Anatexite Älteste Wale Großes Artensterben durch Meteorit Dinosaurier sterben aus Älteste Affen Älteste Vögel 359 Silur Alpidische Gebirgsbildung 100 Variszische Gebirgsbildung 66 Erste Hominiden Kaledonische G. Unterkreide Moderner Mensch seit ca. 250.000 a Ältere Gebirgsbildungen lokal Sedimente Entwicklung der Lebewelt Weltweite Gebirgsbildungen Vulkanismus Kreide Pliozän Miozän Eozän Oligozän Paläozän Oberkreide Ereignisse in Südwestdeutschland 2,6 (1,8) Auffaltung der Alpen Tertiär Alter in Mio. Jahre 11.590 a Oberrheingraben Pleistozän (Eiszeiten) Talauen, Schuttsedimente, Löss, Beckentone Schotter, Moränen Festland in SW-Deutschland Holozän Molasse Ära nicht schraffiert = überwiegend Meer -> Ablagerung von Sedimenten schraffiert = Festland -> überwiegend Abtragung gestrichelt = Tiefland -> überwiegend Ablagerung Quartär Känozoikum Zeitgruppe Meeresbedeckung in Südwestdeutschland Zeitserie Zeit der landschaftlichen Formung Zeitsystem Großes Artensterben durch Vulkanausbrüche, 90% der Arten sterben aus Älteste Reptilien Kohlesümpfe Wirbeltiere erobern das Land Amphibien Älteste Fische Älteste Insekten Viele neue Arten entstehen Organismen ohne Zellkern, Bakterien Cyanobakterien Älteste Lebewesen vor ca. 3,5 Milliarden Jahren = größerer Vereisungsphasen in der Erdgeschichte = Artensterben-Großereignisse ("Big Five") = Meteoriteneinschläge von Nördlinger Riss und Steinheimer Becken vor 15 Ma. Beide Krater stammen von einem Meteoriten, der sich geteilt hat. Abb. 5: Geologische Zeittafel und geologische Ereignisse in Südwestdeutschland Ergänzt und aktualisiert nach: H. Behmel, M.P. Gwinner, K. Hinkelbein & W. Siewert (1979): Geologie (Eine Einführung für Studierende). Arb. Inst. Geol. Paläont. Univ. Stuttgart (Hrsg.), N.F. 73. 9 Perm 299-251 Millionen Jahre (Ma) Buntsandstein 251-243 Ma Muschelkalk 243-235 Ma Keuper 235-200 Ma Kreide 146-66 Ma Tertiär 66-2,6 Ma Quartär 2,6 Ma bis heute Germanisches Becken Oberjura 157-146 Ma Dargestellt ist die Situation im Eiszeitalter (Pleistozän) Glazialgebiete in Norddeutschland eisfrei (periglazial) ? Alpen-Vergletscherung Abb. 6: Die Verteilung von Land und Meer in Deutschland Paläogeographische Karten der Sedimentationsräume im Germanischen Becken für die Zeiträume von Perm bis Quartär. Seit dem Ende der Jura-Zeit sind weite Teile von Süddeutschland Festland. Ergänzt nach G. Bloos (1998) aus: E. Villinger (2005): Geo-Poster Baden-Württemberg, Grafiken zur Geologie und Erdgeschichte. CD-ROM. Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB), Freiburg. 10 Ludwigsburg Ludwigsburg Ludwigsburg Alb Ludwigsburg Rheingraben Molassebecken Blockbilder nach C. Stier, H. Behmel & U. Schollenberger (1989): Wüsten, Meere und Vulkane, Baden-Württemberg in Bildern aus der Erdgeschichte. Peter Grohmann, Stuttgart. Abb. 7: Die Erdgeschichte von BadenBaden-Württemberg Paläogeographische Blockbilder der Landschaften für die Zeitabschnitte von Bundsandstein, Muschelkalk, Keuper und Tertiär Während der BuntsandsteinBuntsandstein-Zeit war das Germanische Becken eine Aufschüttungsfläche mit einem wüstenartigen Klima. Aus den randlichen Hochgebieten haben Flüsse sandige Sedimente mit Tonen und Geröllen überwiegend als Schichtfluten in die oft abflusslose Tiefebene transportiert. Während der schelkalk--Zeit drang das Meer in das Becken vor und lagerte Kalk- und Tonschlämme ab. Zur Zeit Muschelkalk des Mittleren Muschelkalks war das Randmeer zeitweise vom großen Ozean abgeschnitten, so dass das Meerwasser im trocken-heißen Klima (arides Klima) verdunstete und sich Evaporitsedimente aus Gips, Anhydrit und Steinsalz abgesetzt haben. Zur Keuper Keuper--Zeit herrschten festländische Ablagerungsverhältnisse mit gelegentlichen marinen Einflüssen bei einem oft trockenen und kontinentalen Klima vor. Zur Zeit des Gipskeupers kam es zur Ausscheidung von Gips und Anhydrit im verdunstenden Meerwasser. Die höheren Keuperschichten werden von mächtigen Tonmergel-Sedimenten und von Sandsteinlagen aufgebaut, die von Flusssystemen in das Becken transportiert wurden. Zur JuraJura-Zeit drang wieder das Meer in das Germanische Becken vor und lagerte in einem flachen bis tiefen Schelfmeer Ton- und Kalkschlämme und mächtige Riffkalke ab (kein Bild). Gegen Ende der JuraZeit und mit Begin der Kreide Kreide--Zeit vor etwa 145 bis 140 Mio. Jahren wurde unser Land Abtragungsgebiet (kein Bild). Auf dem Festland entwickelte sich durch die Erosion der schräg gestellten und unterschiedlich widerstandsfähigen Sedimentschichten das Schwäbisch-Fränkische-Schichtstufenland. Der Stress der afrikanisch-europäischen Plattenkollision während der Tertiär Tertiär--Zeit vor etwa 40 Millionen Jahren führte zum Einbrechen der europäischen Grabensysteme und zur Heraushebung der Grabenränder von Schwarzwald und Vogesen. Im Oberrheingraben wurden unter Meeresbedeckung bis zu 3.000 m mächtige Sedimente abgelagert. Im Alpenvorland wurden der bis zu 5.000 m mächtige Abtragungsschutt der Alpen im teils marinen, teils limnisch-fluviatil geprägten Molassebecken abgelagert. Rheingraben Odenwald Keuper Quartär + Tertiär Bauland Kraichgau Murr Enz Buntsandstein Perm,+ Karbon Stuttgart Nordschwarzwald Oberschwaben Molassebecken Gneise + Granite Schurwald Glemswald Rems Keuper Filder Oberes Gäu Baar Klettgau Grundgebirge Strohgäu Nagold Schwarzwald Schwäbische Alb Hegau Backnanger Berglen Bucht Ludwigsburg Murg Heckengäu Gäu OberrheinGraben Keuper MeteoritenKrater von Nördlinger Ries und SteinheimerBecken Deckgebirge Löwensteiner Berge Zabergäu Stromberg Muschelkalk, teils mit Lettenkeuper Kraichgau Schnittlage in Abb. 9 Keuper Heuchelberg Hohenloher Ebene SchwäbischFränkischer Wald Neckarbecken Alb Neckar 11 Muschelkalk, teils mit Lettenkeuper Fils Unterjura Schönbuch Alb-Vorland Keuper Mitteljura Oberjura Schwäb. Alb Geologische Reliefbilder ergänzt nach G. Wagner & A. Koch (1961), bearbeitet durch R. Hüttner. Quelle: LGRB. Abb. 8: BadenBaden-Württemberg heute - Die geologische Anatomie unseres Lan La ndes Östlich der fluviatilen Terrassenlandschaft des Oberrheingrabens erhebt sich das stark zertalte kristalline Grundgebirge (rot) und bildet das kuppige Mittelgebirge von Schwarzwald und Odenwald. Im Nordschwarzwald und im Odenwald liegt der Buntsandstein (beige) als älteste und erste sedimentäre Schichtstufe auf dem Grundgebirge und leitet den Übergang von der Grundgebirgslandschaft zur nach Osten folgenden Schichtstufenlandschaft ein. Über dem Buntsandstein folgt die Stufe und Verebnungsfläche des z.T. verkarsteten Muschelkalks (rosa), der zusammen mit dem geringmächtigen Lettenkeuper (gestichelte Linie in der Abb. rechts) die weiten Gäuflächen und das Neckarbecken bildet. Darüber folgt die Schichtstufe des Gipskeupers und des Sandsteinkeupers (grün), deren Hochflächen die bewaldeten Keuperbergländer rund um Stuttgart und Heilbronn und den Schwäbisch-Fränkischen Wald bilden. Das Ausgreifen der Keuperschichtstufe nach Westen im Glemswald bei Leonberg wird durch die Reliefumkehr im Fildergraben verursacht. Über dem Keuper liegen die geringmächtigen Tonsteine, Mergelsteine und Sandsteine des Unterjuras (blaugrau).Darüber bilden im Alb-Vorland die mächtigen Tonsteinserien des Mitteljuras (braun) den Anstieg zur markanten Schichtstufe der Schwäbischen Alb. Der Felstrauf der Schwäbischen Alb wird von den verkarsteten Karbonatgesteinen des Oberjuras (hellblau) gebildet, die den derzeitigen Haupterosionsrand der Jurastufe in Baden-Württemberg markieren. Die roten Punkte (Auswahl) im Vorland und auf der Alb sind alte Vulkan Vulkan--Tuff Tuff--Schlote des Kirchheim-Uracher Vulkangebiets aus der Tert Tertiiär är--Zeit. Die zunächst kuppige und ab der Klifflinie ebene Hochfläche der Alb geht entlang der Donau in die teils hügelige und teils flächige Akkumulationslandschaft von Oberschwaben über. Diese wird von den mächtigen Sand- und Tonschichten des Molassebeckens aus der Tertiär Tertiär--Zeit (gelb) aufgebaut. Die tertiären Schichten werden großteils von den Moränenzügen, Schotterflächen, Beckentonablagerungen und Torfflächen des Pleist PleistooHolo zäns (Eiszeitalter) und von Ablagerungen des Hol ozäns (Jetztzeit) (ocker) bedeckt. 12 West Ost Nord Süd Profil- Knick Nord-Vogesen Rheingraben Nord-Schwarzwald Gäu Filder Merkur Rhein Haguenau Achalm Murg Baden-Baden Schwäbische Alb Nagold Liebenzell Oberschwaben Tautschbuch Neckar Höchsten Donau Ludwigsburg Stuttgart Thurgau Alpen Hoher Kasten Bodensee Mengen St. Gallen Helvetikum ehemalige Gletscherbedeckung Grundgebirge Tertiäre Grabenfüllung Permokarbon Buntsandstein Muschelkalk Tertiäre Vulkanschlote Keuper Süddeutsche Großscholle Abb. 9: Geologischer Geologische r Profilschnitt Profilschnitt Rheingraben - Schichtstufenland - Oberschwaben - Alpen Der Profilschnitt zeigt vereinfacht und überhöht die Lage der Sedimentschichten über dem Grundgebirge in Baden-Württemberg. Die Schnittlage ist in Abb. 6 eingezeichnet. Bei der Abtragung des variszischen Gebirges in Südwestdeutschland während der Perm-Zeit vor ca. 250 – 300 Mio. Jahren wurden die über dem Grundgebirge liegenden Gesteine aus den Zeitperioden von Devon und Karbon bis auf örtliche Reste entfernt. Dabei kam es zur Ablagerung von grobkörnigen terrestrischen Sedimenten in langgestreckten Senken (Rotliegendes) und zu flächenhaften marinen und terrestrischen Ablagerungen im Norden von Baden-Württemberg (Zechstein). Während der anschließenden Einsenkung des Germanischen Beckens wurde in den Zeitabschnitten von Trias (Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper) und Jura eine an die 1000 m mächtige Sedimenthülle flächig auf dem Grundgebirgssockel abgelagert. Ab dem Ende der Jura-Zeit hat sich das Gebiet des Rheinischen Schildes im Zentrum von Europa aus dem Meer herausgehoben. Im Bereich des Südschwarzwaldes kam es zu einer lokalen Aufwölbung, verursacht durch thermische Konvektionsprozesse im oberen Erdmantel (Manteldiapir). Als Folge dieser Heraushebung ist in der Tertiär-Zeit vor etwa 35 Mio. Jahren der 300 km lange und bis zu 50 km breite Oberrheingraben als Gewölbescheitelbruch entstanden. Die Sedimentgesteine auf den herausgehobenen Grabenschultern von Vogesen, Schwarzwald und Odenwald wurden nun rasch abgetragen. Im stärker herausgehobenen mittleren und südlichen Schwarzwald werden heute weite Teile der Mittelgebirgslandschaft von den Gneisen und Graniten des Grundgebirges aufgebaut. Im nördlichen und östlichen Schwarzwald bedecken die Sedimentgesteine der Schichtstufe des Buntsandsteins viele Bergrücken und reichen oft bis in die Täler. Der Rheingraben war während der Tertiär-Zeit vom Meer überflutet und wurde mit bis zu 3.000 m mächtigen Sedimenten gefüllt. Durch die ungleichmäßige Hebung von Schwarzwald und Odenwald in Verbindung mit Unter- Mittel- Oberjura Pleistozäne und holozäne Sedimente Subalpine Molasse Profilschnitt verändert nach O.F. Geyer & M.P. Gwinner (1991): Geologie von Baden-Württemberg. Schweizerbart, Stuttgart. der Einsenkung des Nordalpinen Molassebeckens wurden die Sedimentschichten in Baden-Württemberg nach ihrer Ablagerung nach Südosten verkippt. Das hat zusammen mit der Abtragung der unterschiedlich erosionsbeständigen Gesteine zur Bildung eines nach Nordosten asymmetrisch aufgefächerten Schichtstufenlandes geführt. Unter der Schwäbischen Alb und unter Oberschwaben nimmt das Schichtfallen zum Molassebecken hin zu (Molasseflexur). Das Molassebecken hat sich in der Tertiär-Zeit als Massenausgleichsbewegung zu den rasch aufsteigenden Alpen eingesenkt und war zeitweise vom Meer überflutet. Diese Akkumulationslandschaft nimmt bis heute den Abtragungsschutt der Alpen auf, und es wurden sandig-tonige und z.T. konglomeratische Sedimente mit einer Mächtigkeiten von bis zu 5.000 Meter abgelagert. Vor dem Alpenrand biegt die Schichtlagerung der Molasse um und bildet die "Aufgerichtete Molasse". Ursache dafür sind die sich nach Norden vorschiebenden Alpen, die die Molasseschichten verbiegen, stauchen, falten, abscheren und überschieben. Die gefalteten und abgescherten Bereiche bilden als alpenparallele Hügelketten eine Schichtrippenlandschaft und werden "Subalpine Molasse oder Faltenmolasse" genannt. Während der Auffaltung der Alpen wurden ältere FlyschSedimente über die tertiäre Faltenmolasse überschoben. Der Flysch entstand während der Kreide-Zeit durch marine Trübeströme (Turbidite) im Meeresbecken der Tethys. Auch die Felsgesteine der Helvetischen Decke, die am Hohen Kasten über dem weichen Flysch liegen, stammen aus der Kreide-Zeit. In Oberschwaben und im Thurgau werden die Molasseschichten großteils von den Moränen- und Schmelzwassersedimenten und von den tonig-torfigen Beckenfüllungen des Eiszeitalters(Pleistozän) sowie von den jüngsten Ablagerungen aus der aktuellen Zeit des Holozäns bedeckt. 13 3. Die Geologie in Ludwigsburg Ludwigsburg In den Zeitperioden von Oberkarbon bis Perm vor 326 bis 251 Millionen Jahren wurde das variszische Hochgebirge abgetragen. Die Abtragungsprodukte wurden in Baden-Württemberg als grobkörniger terrestrischer Schutt (Rotliegendes) in langgestreckten Senken abgelagert. Im nördlichen Baden-Württemberg wurden marine Karbonate und terrestrische Sedimente (Zechstein) in einem Meeresbecken sedimentiert. Eine Kette von Vulkanen hat große Mengen an Lava und Tuffen ausgestoßen und abgelagert. Im sich dann weiter ausdehnenden und einsinkenden Germanischen Becken wurden in den Zeiten von Trias und Jura und stellenweise während der Kreide-Zeit abwechselnd kontinentale und marine Sedimente weitgehend horizontal abgelagert. Die Mächtigkeit dieser Sedimentschichten schwankt zwischen den Randbereichen und dem Beckeninneren. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Schichtmächtigkeiten im Raum Ludwigsburg angegeben. 3.1 Buntsandstein (251 bis 243 243 Millionen Jahre) Der Buntsandstein ist die älteste und unterste Sedimentstufe im Schichtstufenland. Er bildet die Hochflächen des BuntsandsteinSchwarzwaldes und -Odenwaldes und im Nordschwarzwald die Hochlagen von Schliffkopf, Hornisgrinde, Merkur und Hohloh. Über der durch Erosion eingeebneten Rumpffläche des Grundgebirges und den Ablagerungsresten der Karbon- und schüttet (klastisch-fluviatile Sedimentation). Die Grenze zum jüngeren Muschelkalk bilden die unter Meereseinfluss abge- Perm-Zeit wurden die Schichten des Buntsandsteins bei lagerten Röt-Tone. In Ludwigsburg liegen die knapp 300 m einem wüstenartigem Klima in einer Landschaft vergleichbar mit Inner-Australien flächig und diskordant abgelagert. Die mächtigen Gesteine des Buntsandsteins ca. 140 bis 240 m unter der Geländeoberfläche. Die obersten Schichten des oft rötlich gefärbten und grob- bis feinkörnigen Sandsteine Buntsandsteins, die Röt-Tone und der Plattensandstein wur- mit Geröllen und Tonsteinlagen wurden von Flüssen aus den den bei den Mineralwasserbohrungen in Ludwigsburg- randlichen Hochgebieten in breiten Schwemmfächern als Schichtfluten in die Ebene des Germanischen Beckens ge- Hoheneck und im ehemaligen Mathildenhof in der Rosenstraße bei ca. 60 mNN angebohrt (Abb. 20). 3.2 Muschelkalk (243 243 bis 235 Millionen Jahre) Der Muschelkalk ist die zweite Schichtstufe in Baden-Württemberg und bildet zwischen Klettgau und Bauland die Neckar- und Taubergäuplatten. Während der Muschelkalkzeit kam es durch den Anstieg des Meersspiegels zur Überflutung des Germanischen Beckens durch ein flaches Randmeer des großen Tethys-Meeres (Meer zwischen dem damaligen Afrika und Eurasien). Bei trocken-warmen Klimaverhältnissen, ähnlich denen im Persischen Golf wurden in dem stark salzhaltigen Meerwasser feinkörnige Ton- und Karbonatschlämme, karbonatische Schalenreste von Meerestieren und evaporitische Sedimente abgelagert (chemisch-biogene, bioklastische und chemische Sedimente). Der Untergrund der Gäuflächen wird von den etwa 55 m Teil vom 5 - 10 m mächtigen, gelbgrauen und oft kavernösen mächtigen Mergel-, Kalk- und Dolomitschichten des Unteren Trigonodusdolomit gebildet. Darunter folgen unterschiedlich Muschelkalks aufgebaut, der in Ludwigsburg nicht zutage tritt. Der etwa 65 m mächtige Mittlere Muschelkalk besteht mächtige, gut gebankte und geklüftete Kalksteine. Diese bestehen teils aus feinkörnigen kristallinen Kalken, die sich zu einem großen Teil aus evaporitischen Gesteinen (Anhydrit, aus sauerstoffarmen Kalkschlämmen gebildet haben und Gips und Steinsalz) und aus Dolomitsteinbänken. Die Evapo- teils aus zertrümmerten Gehäuseresten von Meerestieren rite wurden durch Ausfällung aus dem verdunstenden Meerwasser in einer abgegrenzten Meeresbucht mit verringertem (bioklastische Kalke, Schalentrümmerkalke). Im Unteren Hauptmuschelkalk findet man oft Kalksteinbänke, die fast Wasseraustausch abgelagert. In den Landesteilen, wo heute vollkommen aus versteinerten Stielgliedern von Seelilien auf- die Bedeckung durch höhere Gesteinsschichten ganz oder teilweise abgetragen ist, wurden die Salzgesteine des Mittle- gebaut sind, sogenannte Trochitenkalke. Die hell- bis dunkelgrauen und graublauen Kalksteinbänke werden durch ren Muschelkalks durch das Grundwasser ausgelaugt. Hier dünne und dunkel gefärbte Tonmergelsteinfugen voneinan- sind nur noch die schluffig-tonigen Lösungsrückstände übrig der getrennt. Diese Wechsellagerung macht eine gute li- geblieben. Auch die Gips- und Anhydritgesteine befinden sich hier im Stadium der Auslaugung (Zellendolomite), was thostratigraphische Gliederung des Oberen Muschelkalks über weite Bereiche möglich. Die Strohgäufläche wurde gelegentlich zur Bildung von Lösungshohlräumen mit Durch- durch den Schwäbisch-Fränkischen-Sattel tektonisch empor brüchen bis zur Erdoberfläche führt (Erdfälle, Dolinen). Diese Verhältnisse treffen auch auf den Raum Ludwigsburg zu. Die gehoben. Hier mussten sich der Neckar und die Nebenflüsse tief in das Gestein einschneiden und winden sich in Mäan- Schichtgrenze zur Basis des Oberen Muschelkalks liegt etwa dern durch die Täler. An den steilen Prallhängen der Flüsse, 15 - 25 m unter der Talauen-Oberfläche des Neckartals. Der in Ludwigsburg zwischen Hoheneck und Poppenweiler, tre- etwa 85 m mächtige und v.a. im Nahbereich zum Vorfluter oft verkarstete Obere Muschelkalk wird in seinem obersten ten die Gesteinsformationen des Oberen Muschelkalks als breite und stark zerklüftete Felsbänder zutage. 14 Stratigraphie Oberer Muschelkalk Obere Dolomitformation Obere Sulfatschichten Salinarformation Zwischendolomit SteinsalzSchichten Untere Sulfatschichten Untere Dolomite Liegende Kalkmergel Untere Dolomitformation Unterer Muschelkalk Abb. 10: 10: Geologische Profile des Mittleren Muschelkalks Links: Mittlerer Muschelkalk in der Grundwasserbohrung Mathildenhof in Ludwigsburg mit ausgelaugten Steinsalzschichten und Sulfatschichten in fortschreitender Auslaugung. Rechts zum Vergleich: Mittlerer Muschelkalk in Stuttgart mit vollständiger Sulfat- und Salinarformation. Schichtprofile aus: H. Brunner (1998): Geologische Karte von Baden-Württemberg 1 : 50 000, Erläuterungen zum Blatt Stuttgart und Umgebung. LGRB, Freiburg. Abb. 11: 11: Geologisches Standardprofil Standardprofil des Oberen Muschelkalks im Raum Stuttgart 15 3.3 Keuper (235 bis 200 Millionen Jahre) Während der Keuper-Zeit wurden neben vereinzelten marinen Sedimenten überwiegend festländisch geprägte klastisch-fluviatile Sedimente und Brackwassersedimente in reliefarmen Flussebenen und in Seen bei einem tropisch-warmen und teils feuchten, teils trockenen Kontinentalklima abgelagert. Dieser Ablagerungsraum war nur durch schmale und flache Pforten mit dem Weltmeer verbunden. Auf den Gäuflächen in Baden-Württemberg, so auch im Be- den Gipskeuper, z.B. Bochinger Bank, Bleiglanzbank und reich des Strohgäus und des Langen Feldes wird die breite Acrodus-Corbula-Horizont. Entlang der zusammenhängenden Ausstrichsfläche des Oberen Muschelkalks oft von den wech- Keuperbergländer rund um das Neckarbecken bildet der selnd mächtigen Erosionsresten des Lettenkeupers flächig bedeckt. Der Lettenkeuper (Unterkeuper) bildet keine eigene Gipskeuper den Fuß und Steilansteig der Keuperschichtstufe mit Streuobstwiesen und Weinbergen. landschaftliche Schichtstufe und hat im Raum Ludwigsburg je nach Abtragungszustand eine Mächtigkeit von wenigen Metern bis maximal 23 m. Er besteht aus einer engen Wechselfolge Die Kuppe des Lembergs wird vom dort etwa 25 m mächtigen Schilfsandstein (Mittelkeuper) als Erosionsrest einer ehemals von geringmächtigen gelbgrauen und dolomitisierten Karbo- flächigen Bedeckung gebildet. Die Entstehung dieses Zeugen- natsteinbänken, graugrünen bis roten Tonmergelsteinen und berges wird in Kapitel 3.7 beschrieben. Den Namen erhielt der gelbgrauen Sandsteinbänken. Der Lettenkeuper bezeugt den Wechsel von der rein meeresgeprägten Muschelkalk-Zeit zu Schilfsandstein von den versteinerten Schachtelhalmresten, die man früher für Schilf hielt. Die feinkörnigen Sedimente des den stark festländisch beeinflussten Ablagerungsverhältnissen Schilfsandsteins wurden von Flüssen aus dem weit entfernten der Keuper-Zeit. Die Dolomitsteine und Sandsteine sind zum Teil sehr fossilreich. Im "Hohenecker Kalk", der im Raum baltisch-skandinavischen Raum herantransportiert und in einem großen, flachen und weit verzweigten Delta abgelagert Ludwigsburg eine Flachwasserfazies des Lingula-Dolomits ist, (interferierendes Flussarmsystem). Wegen dieser Herkunft wurden zahlreiche Versteinerungen von Muscheln und Wirbel- wird der Schilfsandstein, der als Grauwacke ausgebildet ist, tieren gefunden. In der Innenstadt ist der Lettenkeuper im Bereich des Tälesbachs schon stark abgetragen, während er auch als "Nordischer Sandstein" bezeichnet. Im Gegensatz zum grobkörnigen Stubensandstein (Arkose) des höheren im westlichen und östlichen Markungsgebiet bei Eglosheim Mittelkeupers, der wegen seine Herkunft aus dem damals und Neckarweihingen/Poppenweiler und im südlichen Stadt- näher und südöstlich gelegenen Vindelizischen Land als "Vin- gebiet bis zum Salonwald oft bis zur vollen Mächtigkeit erhalten ist. delizischer Sandstein" bezeichnet wird. Der Schilfsandstein tritt in zwei Faziesausbildungen auf (Fazies = Gesicht): Die "Flutfazies" wird von den bis zu 35 m mächtigen braunroten Westlich des Neckars liegen über dem Lettenkeuper stellenweise die Erosionsreste des ursprünglich über 100 m mächti- und grünlichen Sandsteinformationen gebildet, die innerhalb der schmalen und lang gestreckten Delta-Arme sedimentiert gen Gipskeupers (Mittelkeuper). Die Ursache für die starke wurden. Die Ablagerungen der Delta-Arme haben sich in den Abtragung der Keuperschichten im westlichen Bereich von unterlagernden Gipskeuper erosiv eingeschnitten und treten Ludwigsburg ist der "Schwäbisch-Fränkischen Sattel", der für die tektonische Hochlage der Schichten gegenüber der Umge- heute als von Nordosten nach Südwesten verlaufende rinnenförmige Sandsteinstränge an den Rändern der Keuperberglän- bung und der damit verbundenen verstärkten Abtragung ver- der morphologisch als Verebnungsflächen in Erscheinung. antwortlich ist. Die Gips- und Anhydritgesteine der ehemals Diese Sandsteinstränge zeichnen den ehemaligen Verlauf des ca. 15 m mächtigen Grundgipsschichten an der Basis des Gipskeupers wurden durch einsickerndes Niederschlagswas- Schilfsandstein-Deltas nach und können über weite Bereiche von Baden-Württemberg verfolgt werden. Die "Stillwasserfa- ser aufgelöst und abgeführt, so dass hier nur noch bröckelige zies" wird von 5 - 20 Meter mächtigen dunkelrotbraunen und Tonsteine und tonig-karbonatische Lösungsrückstände, sogenannte Zellendolomite übrig geblieben sind. Östlich des Ne- feinsandig-siltigen Tonsteinlagen gebildet, die in den Flachwasserbereichen zwischen den Delta-Armen abgesetzt wur- ckars ist der Gipskeuper am Lemberg in nahezu vollständiger den. Der Schilfsandstein am Lemberg besteht aus gut gebank- Mächtigkeit erhalten. Er wird hier in einer tektonischen Tiefla- ten und feinkörnigen Sandsteinen der Flutfazies, an deren ge (Mulden- und Grabenbildung) unter einer Kappe aus Schilfsandstein bis heute vor der Erosion geschützt. Der Gipskeuper Basis dünnen Lagen der Stillwasserfazies vorkommen (Abb. 17). Die Sandsteine zeigen oft eine Schrägschichtung und am Lemberg besteht aus mächtigen rotbraunen, grünlichen Rippelbildung, die durch die Ablagerung im fließenden Wasser oder olivgrau gefärbten Tonsteinserien mit bankigen und knolligen Lagen aus Sulfatgesteinen. Geringmächtige Dolomitstein- entstanden ist. Die Verhältnisse zur Schilfsandsteinzeit sind mit denen im heutigen Mississippi Delta in Louisiana, USA bänke und Steinmergelbänken durchziehen und untergliedern vergleichbar. Die unterschiedlichen Farben der Keupergesteine werden im Anhang auf S. 31 erklärt. Die flächig abgelagerten höheren Keuperschichten aus Schilfsandstein, Bunten Mergeln, Kieselsandstein, Stubensandstein, Knollenmergel und Rätsandstein bilden die Steillagen, Verebnungsflächen und Hochflächen der oft bewaldeten Keuperbergländer rund um das Neckarbecken. Sie sind in Ludwigsburg aber ebenso abgetragen, wie die noch höher liegenden und jüngeren Schichten des Juras. 16 Abb. 12 12: Geologisches Standardprofil des Lettenkeupers im Raum Stuttgart Schichtprofile aus: H. Brunner (1998): Geologische Karte von Baden-Württemberg 1 : 50 000, Erläuterungen zum Blatt Stuttgart und Umgebung. LGRB, Freiburg. Abb. 13 13: Geologisches Standardprofil des Gipskeupers im Raum Stuttgart 17 3.4 3.4 Quartär (2,6 Millionen Jahre bis heute) Die heutige Landschaftsoberfläche wird fast überall von den 0,5 bis über 10 m mächtigen und überwiegend wenig verfes- Kaltzeit vor 115.000 - 11.590 Jahren wurde feinkörniger Staub durch starke Südwestwinde aus den vegetationsfreien tigten Deckschichten aus der Zeit des Quartärs bedeckt. Das Schotterebenen des Oberrheingrabens ausgeblasen und auf Quartär gliedert sich in das Pleistozän = Eiszeitalter vor ca. 2,6 Millionen Jahren bis 11.590 Jahren und in das Holozän = den östlich gelegenen Steppen- und Tundraflächen des heutigen Strohgäus als Löss abgelagert. Wegen der perma- Jetztzeit und Warmzeit seit 11.590 Jahren. Während der nenten tektonischen Hebung unseres Landes schnitten sich Kaltzeiten im Pleistozän gab es im heutigen Strohgäu nie die Flüsse vor allem während der schmelzwasserreichen eine Gletscherbedeckung. Der Boden in diesem Periglazialgebiet mit Klimaverhältnissen wie heute in Nordsibirien war Phasen zu Beginn und am Ende der Kaltzeiten in die Landschaft ein und hinterließen auf den Hochflächen und an den aber bis zu 100 m tief gefroren und mit Gräsern und niedri- Talflanken Reste ihrer Schotterablagerungen als Höhen- und gen Sträuchern bewachsen. In den kurzen Sommern tauten die Permafrostböden oberflächlich zu einer breiigen Masse Terrassenschotter. Die sandigen Schotter in der Aue des Neckartals stammen aus der Würm-Kaltzeit und aus dem auf und wurden durch Fließvorgänge (Solifluktion) im was- Holozän. Die 15 bis 20 m über der Talaue liegenden Schot- sergesättigten Boden und durch Frost-Tauwechsel aufgear- terterrassen stammen aus den Riß-Kaltzeiten, die höher beitet und zu steinig-tonigen Fließerden und Schuttdecken umgelagert. Ton- und Mergelsteine wurden oberflächennah liegenden Schotterreste stammen aus älteren Kaltzeiten (Abb. 14). Der über dem Neckarschotter liegende braune zu Verwitterungslehmen entfestigt. An den Talflanken ent- und feinsandige Auenlehm wurde durch Hochwasserereig- standen durch Frostverwitterung steinig-tonige Hanglehme nisse vor allem im Altertum und im Mittelalter abgelagert. und steiniger Hang- und Talschutt. Während der 2 bis 3 RißKaltzeiten vor 400.000 - 125.000 Jahren und der Würm- Ursache war die damals großflächig betriebene Waldrodung, die zu starken Bodenabschwemmungen geführt hat. Östlich von Poppenweiler an der Straße nach Hochdorf wurde früher in einer kleinen Kiesgrube Travertin abgebaut. Travertin (Sauerwasserkalk, Lapis tiburtinus, ein Werkstein, der auch östlich von Rom in Tibur abgebaut wurde) ist eine Quellkalkablagerung, die überwiegend während der Warmzeiten gebildet wurde. Das Grundwasser war hier mit aufsteigendem Kohlendioxid (CO2) aus dem Erdmantel angereichert und ist als kohlensaures Wasser (H2CO3) an einer tektonischen Störungszone ausgetreten. Durch das Entweichen des Kohlendioxids am Quellaustritt infolge der Temperaturzunahme und des Druckabfalls haben sich die eisenhaltigen und gelbbraun gebänderten Sauerwasserkalke, oft mit Einschlüssen von Pflanzen- und Tierresten gebildet. Das heute zugeschüttete Kiesvorkommen ist der Rest einer Schotterterrasse aus einer Kaltzeit vor den Riß-Kaltzeiten. Sehr bekannt sind die Travertinvorkommen von Stuttgart (Innenstadt, Bad Cannstatt, Münster), die als Werksteine abgebaut wurden. Der Travertin wurde dort an den Austrittstellen der kohlesäurehaltigen Mineralquellen großflächig abgelagert. Diese Quellen sind seit etwa 500.000 Jahren im Bereich von Störungszonen des Fildergrabens aktiv und bilden das bedeutendste Mineralwassservorkommen in Deutschland. Höhenschotter Lösslehm Löss Gäuflächen, Innenstadt Fließerden, Wanderschutt Auffüllung Neckartal Abschwemmmassen, Bachablagerungen, Talauen Hanglehm Hangschutt Kaltzeitliche Terrassenschotter: - Höhenschotter links (Wende Teriär/Pleistozän) - Höhere Terrassenschotter (älter als Riß) - Hochterrassenschotter der Riß-Kaltzeiten - Niederterrassenschotter der Würm-Kaltzeit Reste von Gipskeuper und Lettenkeuper Auffüllung: Lehmig-sandiger Schutt, Steine, Schlacken, Schadstoffe. Auenlehm Lösslehm: Entkalkter und verlehmter gelblich-brauner Löss (toniger Schluff). Löss: Während der Kaltzeiten durch Wind transportierter kalkhaltiger, gelblicher und poröser Schluff (= Korngröße zwischen Ton und Sand). Sandige Talkiese mit Schlicklinsen, Schotter von Würm-Kaltzeit und Holozän Neckar Oberer Muschelkalk Abschwemmmassen, Bachablagerungen, Talauen: Schluffig-tonige Zusammenschwemmungen mit Sand und Kies, weich bis breiig, oft mit organischen Bestandteilen, alte blombierte Tälchen. Fließerden und Wanderschutt: Kaltzeitliche Solifluktionsböden mit umgelagerten Keuper- und Muschelkalksteinen in bindiger Matrix aus feinsandigem Ton und Schluff. Kaltzeitliche Terrassenschotter: Sandige Flussschotter in unterschiedlicher Höhenlage über der Talaue, oft konglomeratisch verfestigt. Mittlerer- und Unterer Muschelkalk Hanglehm: Wie Fließerde, aber an Abhängen und gelegentlich rutschend. Hangschutt: Wie Fließerde, aber mit höherem Steinanteil (Steingerüst). Talschutt: Grobe kaltzeitliche Schuttmassen am Talfuß (Gesteinsschutt) in tonig-, sandig-, schluffiger Grundmasse. Auenlehm: Feinsandig-tonige Schluffe mit organischen Bestandteilen (Hochflutsedimente). Großteils im Altertum und Mittelalter infolge von Waldrodung und Ackerbau abgelagerte Abschwemmungen. Talkiese: Sandige, wenig gerundete Kiese mit Schlicklinsen (Neckarschotter). Teils während der Würm-Kaltzeit abgelagert. Abb. 14: Quartäre Deckschichten auf den Gäuflächen, in Hangbereichen und im Neckartal (schematisch und überhöht) 18 3.4.1 Löss und Lösslehm Lössleh m Löss ist ein weit verbreitetes Lockersediment und nimmt etwa und der Filderebene abgelagert, die im Windschatten lagen 10 % der Landoberfläche der Erde ein. Im Strohgäu ist Löss und das Verwitterungsprodukt Lösslehm flächig weit verbrei- (Leegebiete). Unterstützt wurde die Sedimentation durch das Einfangen des Staubes von den Gräsern und Sträuchern der tet und begründet die hohe Fruchtbarkeit dieser Landschaft. Steppe und Tundra. Mit zunehmender Sedimentbildung Löss besteht aus 60 - 80% Quarzkörnern und bis zu 30% wurde die Vegetation zugeschüttet und hat nach ihrem Ab- Karbonaten (Kalk und Dolomit) mit Beimengungen von 10 20% Feldspäten und anderen Mineralien. Das graugelbe bis sterben und Auflösung in vielen Lössablagerungen eine vertikal-röhrenförmige Textur hinterlassen. Dadurch und durch fahlbraune und staubartige Sediment hat eine poröse Struk- sekundäre Kalkzementation ist Löss in seiner ursprünglich tur mit einem Porenvolumen von bis zu 40% und ist unge- abgelagerten Form auch an hohen Steilwänden sehr stand- schichtet und nur schwach verfestigt. Die Korngröße liegt je nach dem Ausgangsgestein des Liefergebietes und der Ent- fest und eignet sich zur Anlage von Löss-Hohlwegen mit senkrechten Wänden. Wird der Löss jedoch umgelagert und fernung zur Ablagerung im Mittel- bis Grobschluffbereich verwittert, verliert er diese Eigenschaft. Im Löss werden oft (0,006 bis 0,063 mm) und oft mit Beimengungen von Feinsand und Ton. Reste von Schneckengehäusen und gelegentlich Zähne und Knochen von Säugetieren gefunden. Im feuchten und warmen Klima der Warmzeiten (Eem-Warmzeit und Jetztzeit) Löss wurde vor allem in den kalten und trockenen Phasen verwitterten die oberen 0,5 - 2 m des Lösses zu gelbbraun der Hochglazialzeit während der Kaltzeiten aus den vegetationsarmen und vegetationsfreien Schotterflächen (Kältewüs- bis rostbraun gefärbtem, schluffig-tonigem Lösslehm mit hoher Kapillarität. Hier kann sich die Bodenfeuchte gut hal- ten) vor den Gletschern und aus weitläufigen Flussebenen ten, was mit ausschlaggebend für die Fruchtbarkeit des durch starke und beständig wehende Winde ausgeblasen. Strohgäus ist. Bei der Verwitterung werden die Karbonate Löss wird daher als "äolisches Sediment" bezeichnet. Der Löss im Raum Ludwigsburg stammt aus den vegetationsar- durch das kohlensäurehaltige Niederschlagswasser und durch die Humussäuren der Waldböden gelöst und in tiefere men Überschwemmungsgebieten der Schotterebenen des Bodenhorizonte verlagert. Dort werden sie oft in Kalkkongre- Oberrheingrabens und in geringem Umfang von den Hochflächen des Schwarzwaldes. Heutzutage findet Lösssedimen- tionen als sogenannte Lösskindel ausgeschieden. Durch die Oxidation der Eisenverbindungen in den Mineralien kommt tation z.B. in Zentralasien statt, wo Staub aus Wüstengebie- es zur Braunfärbung des Bodens. Die Feldspäte und andere ten in die randlichen Grassteppen ausgeblasen wird. Bei Silikate werden zersetzt und in Tonmineralien umgewandelt. diesem luftgetragenen Transport wurden die großen und schweren Sandpartikel schon nach kurzer Transportstrecke Durch weitere bodenbildende Prozesse entstehen schließlich die fruchtbaren Braunerden, Parabraunerden und Schwarz- wieder abgelagert, wie z.B. die Dünen bei Hockenheim und erden. Der Lösslehm ist oft feucht und dann rutschgefährdet, Schwetzingen, während die feinen und leichten Schluff- und Tonpartikel weiter transportiert wurden. Mit nachlassender durch den Tongehalt plastisch und hat eine geringere Standfestigkeit und schlechtere Baugrundeigenschaften als unver- Windgeschwindigkeit wurde der Staub bevorzugt in Becken- witterter Löss. Bei Austrocknung wird Lösslehm rissig und gebieten und auf Verebungsflächen der Gäulandschaften zerfällt in kleine Stücke. In der Grünanlage-Hungerberg in Ludwigsburg-Hoheneck sind Löss, Lösslehm und Schotter der Würm- und Riss-Kaltzeiten in einem geologischen Fenster zu sehen und auf einer Schautafel beschrieben. 3.5 Geologische Karte und geologischer Profilschnitt von Ludwigsburg Die geologische Karte in Abb.15 zeigt den Ausstrich (das Auftreten) der unterschiedlich alten geologischen Schichten an der Erdoberfläche bzw. unterhalb der Deckschichten. Die Übersichtskarte vom Raum Ludwigsburg zeigt die sedimentären Grundschichten der Trias-Zeit und die Talauen-Sedimente der Quartär-Zeit. Die 0,5 bis über 10 m mächtigen pleistozänen Deckschichten aus Lösslehm, Löss, Fließerden und Schuttmassen, die die Grundschichten flächig bedecken, sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der geologische Profilschnitt Profilschnitt in Abb. 16 zeigt schematisch und überhöht die bis ca. 600 m mächtigen Sedimente des Deckgebirges auf dem kristallinen Grundgebirgssockel. Die Sedimentschichten liegen flachwellig auf dem Grundgebirge und werden von Verwerfungen gegeneinander versetzt. Im Bereich von Hohenasperg und Lemberg sieht man die Muldenlage und die tektonische Grabenstruktur, die für die Reliefumkehr dieser Zeugenberge verantwortlich sind. Im Bereich des Neckartals sieht man die Hochlage der Muschelkalkschichten, die durch den von Südwesten nach Osten verlaufenden "Schwäbisch-Fränkischen Sattel" verursacht wird (siehe auch Abb. 2 und 15). Die Lage des Profilschnittes ist in der geologischen Karte mit einer Strich-Punkt-Signatur markiert. Der Vergleich beider Darstellungen soll die räumliche Lage der geologischen Schichten in Ludwigsburg veranschaulichen. 19 Abb. 15 15: Geologische Übersichtskarte der Grundschichten von Ludwigs Ludwig sburg Marbach Freiberg Tamm Neckartal L 1129 Talauen (holozäne Tallehme, im Neckartal über Schottern L 1130 Monrepos Lemberg Profilschnitt der Würm-Kaltzeit), Heilwasserbrunnen Hoheneck Affalterbach B 27 Bekannte Reste kaltzeitlicher Terrassenschotter unter den lehmigen Deckschichten (sandige Kiese der RißKaltzeiten und älterer Kaltzeiten, oft konglomeratisch verfestigt) Schilfsandstein (Sandsteine und feinsandige Tonsteine) ? Neckarweihingen Hohenasperg Gipskeuper (Tonmergelsteine und einzelne Karbonatstein- Hoheneck Eglosheim bänke, Sulfatgesteine, Gipsauslaugungsreste) Asperg Lettenkeuper (enge Wechsellagerung von Karbonatsteinen, Poppenweiler Tonmergelsteinen und Sandsteinen) Oberer Muschelkalk (im oberen Bereich Dolomitsteinbänke, BAB A 81 darunter Kalksteinbänke, getrennt durch dünne Tonsteinlagen) Bekannte Erdfälle (verstürzte Gesteinsmassen, lehmige Schloss Füllungen und Hohlräume im Untergrund) Wn-Bittenfeld L u d w i g s b u r g Verwerfungen (Schichtversatz), z.T. vermutet Lage des Profilschnitts L 1100 Oßweil Die 0,5 m bis über 10 m mächtigen quartären Deckschichten aus Lösslehm, Löss, Fließerden und Hangschutt sind aus Gründen Möglingen Pflugfelden der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. L 1140 Pflugfelden Leudelsbach Remseck K 1692 Pattonville Kornwestheim West ASPERG Hohenasperg Nord Grünbühl 1 km 0 AFFALTERBACH Ost Lemberg LUDWIGSBURG Eglosheim Hoheneck 1 km Neckar Neckarweihingen mNN Schilfsandstein Schilfsandstein 350 Deckschichten der Kaltzeiten Terrassenschotter 300 Gipskeuper 250 200 300 Talaue Lettenkeuper Lettenkeuper 150 Oberer Muschelkalk 100 Mittlerer Muschelkalk Oberer Muschelkalk Mittlerer Muschelkalk 50 Unterer Muschelkalk Unterer Muschelkalk Heilwasserbrunnen Hoheneck (Sole) 0 Lettenkeuper -50 Buntsandstein Buntsandstein -100 mNN 350 Verwerfung -150 Gipskeuper Perm ? -250 200 Gestrichelte Linien: Grundwasseroberflächen in den drei Haupt- 150 grundwasserstockwerken bzw. Druckfläche im Oberen 100 50 Bundstandstein (Abb. 18). Im Neckartal ist der Heilwasser-Sole-Brunnen mit dem artesi- 0 schen Aufstieg des gespannten Grundwassers aus dem -50 Buntsandstein eingezeichnet. -100 Grundgebirge -300 0 -200 -250 Perm ? 1 2 km (4-fach überhöht) 250 -150 -200 Abb. 16 16: Geologischer Profilschnitt von Ludwigsburg -300 20 3.6 Tektonik – Die Lagerung der Schichten Das tektonische Hauptelement in Ludwigsburg ist der "Schwäbisch-Fränkische Sattel" (SFS). Es handelt sich um wurde der Keuper hier oft stärker abgetragen, während die Flanken vom Keuperstufenrand umsäumt werden. Am Nord- eine etwa 30 km breite linienhafte Aufwölbung der Sediment- westrand des Schwäbisch-Fränkischen Sattels verlaufen klei- schichten, deren Achse sich von der Hornisgrinde im Nord- nere Mulden- und Sattelstrukturen, wie z.B. die Pleidelshei- schwarzwald bis zum Kocher im Welzheimer Wald verfolgen lässt. Die Sattelachse verläuft von Südwesten nach Ostnordos- mer Mulde, der Heutingsheimer Sattel und die markante Neckar-Jagst-Furche. Im Osten von Ludwigsburg ist die Ver- ten quer durch die Ludwigsburger Markung. Der SFS wird im werfungszone zu sehen, die für die Tieflage der Keuper- Norden von der Stromberg Mulde und der Neckar-JagstFurche und im Süden vom Fildergraben eingerahmt (Abb. 2). schichten und für die Reliefumkehr am Lemberg verantwortlich ist. Wegen der Hochlage der Schichten im Bereich des Sattels PM NJF Marbach Freiberg HS SFS Lemberg SFS SB Hoh. Nwh. E-heim Ppw. HM HHS Oßw. Bittenfeld Ludwigsburg Neckar Pfld. Grünb. 1 km SFS 250 Nord Höhenlage (mNN) des Bezugshorizontes Ob. Muschelkalk/Lettenkeuper mit Fallrichtung Neckarrems Verwerfung (gestrichelt = vermutet) Sattelachse Muldenachse HHS Hirschberg-Hoheneck Störungszone PM Pleidelsheimer Mulde SB Säubrunnen Störung HS Heutingsheimer Sattel HM Hochdorfer Mulde SFS Schwäbisch-Fränkischer Sattel NJF Neckar-Jagst-Furche Abb. 17 17: Schichtlagerung und tektonische Strukturen im Raum Ludwigsburg Die wellige Lagerung der geologischen Schichten (Mulden- und Sattelstrukturen) wird durch Linien gleicher Höhe an der Schichtgrenze Oberer Muschelkalk/Lettenkeuper dargestellt. Dieser Bezugshorizont wurde durch zahlreiche Baugrundbohrungen punktuell erfasst und ist auch im Gelände oft zu finden. Durch rechnerische Interpolation der einzelnen Punkte erhält man eine flächige Darstellung der Höhenlage dieser Schichtgrenze. Die tektonischen Störungszonen (Verwerfungen, Auf- und Abschiebungen) sind am Versatz der Höhenlinien erkennbar. Ergänzt nach H. Brunner (1998): Geologische Karte von Baden-Württemberg 1 : 50 000, Erläuterungen zum Blatt Stuttgart und Umgebung. LGRB, Freiburg. 21 3.7 Lemberg und Hohenasperg als Zeugen der Erdgeschichte Der Lemberg und der Hohenasperg ragen als inselartig iso- fungssystems auf gleicher Höhe mit den älteren Tonstein- lierte "Zeugenberge" aus der Gäufläche auf und bilden cha- schichten des Gipskeupers. Wegen ihrer Härte und vor allem rakteristische Landmarken. Im Bereich dieser heutigen Erhebungen verliefen im Zeitabschnitt des Schilfsandsteins vor wegen ihrer guten Wasserdurchlässigkeit sind die Sandsteine aber widerstandsfähiger gegenüber der Abtragung, als die ca. 226 Mio. Jahren die Strömungsarme eines weit verzweig- weichen und wasserstauenden Tonsteine. In den folgenden ten und in den Untergrund eingeschnittenen Flussdeltas. In Jahrmillionen wurde der Schilfsandstein daher weniger stark diesen Deltaarmen wurden mächtige Sandschichten abgelagert, die später zu hartem Sandstein der sogenannten Flutfa- abgetragen als die weichere Gipskeuper-Umgebung und schützt so bis heute den unterlagernden Gipskeuper vor der zies verfestigt wurden. Im Bereich des heutigen Lembergs Erosion. Auf diese Weise wurden im Bereich der tektoni- wurden diese Gesteinsschichten nach ihrer Ablagerung schen Eintiefungen der Lemberg und der Hohenasperg als durch ein mulden- und grabenartiges Verwerfungssystem, und im Bereich des Hohenaspers durch Muldenbildung in Hochgebiete erosiv herauspräpariert und belegen als "Zeugenberge" die ehemals weiter ausgedehnte Verbreitung des jüngeren Schichtpakets. Diese Vorgänge werden als "Reliefumkehr" bezeichnet und haben in größerer Ausdehnung auch einem eng umgrenzten Bereich gegenüber der Umgebung um ca. 20 bis 50 m tiefer gelegt. Die Ursache waren tektonische Beanspruchungen in der Erdkruste durch die ständige maßgeblich zum Erhalt der Schichten des höheren Keupers Bewegung der Kontinente. Hier spielte vor allem die Bewe- (Stubensandstein etc.) am Stromberg und Heuchelberg, der gung der afrikanischen Platte in Richtung Norden gegen die Löwensteiner Berge und der Keuperberge und Filderhochflä- europäische Platte eine Rolle. Nach der tektonischen Eintiefung lagen die Sandsteinschichten am Rand des Verwer- che im Raum Stuttgart und Leonberg beigetragen (Fildergraben). Abtragung Grabenbildung Reliefumkehr Abb. 18 18: Die Entstehung des Lembergs durch Reliefumkehr in einem tektonischen Graben Geomorphologische Umwandlung von einer Tieflage zu einer Erhebung durch Abtragung des umgebenden weichen Gesteins N Zustand am Ende des Oberjuras nach der Heraushebung aus dem Meer. Einmuldung und Abtragung, vermutlich seit der Tertiär-Zeit. Weitere Abtragung. Entstehung des ersten Zeugenbergs aus Jura-Gesteinen. Fortschreitende Abtragung. Nach Entfernung der harten Oberjura-Gesteine und der weichen Mitteljura-Gesteine entstand eine Verebnung auf den harten Schwarzjura-Gesteinen, ähnlich der heutigen Filderfläche südlich von Stuttgart. Nach weiterer Abtragung entstand in der Mulde erneut ein Zeugenberg, zunächst noch mit einer Kappe aus Unterjura. Heutiger Zustand. Schilfsandstein und Stubensandstein bilden die schützende Kappe. In der Umgebung Abtragung bis auf die Keuper-Muschelkalk Gäufläche. Möglicher Zustand in der geologischen Zukunft. Nach der Abtragung der harten Keupersandsteine bildet sich auf dem Oberen Muschelkalk wieder eine Verebnung in einer Mulde. Abb. 19: 19: Die Entstehung von Stromberg und Heuchelberg durch Rel Re liefumkeh ie fumkehr fumkehr in einer tektonischen Mul Mulde Hypothetisch und schematisch. Verändert nach O.F. Geyer & M.P. Gwinner (1991): Geologie von Baden-Württemberg. 4. Auflage. – Schweizerbart, Stuttgart. 22 4. Das Grundwasser im Untergrund von Ludwigsburg Ludwigsburg In Ludwigsburg fallen im langjährigen Durchschnitt etwa 750 mm Niederschläge pro Jahr mit Schwankungen von 500 bis 1100 mm/a. Davon verdunsten etwa 60 - 75 % teils direkt und teils über die pflanzliche Transpiration (Evapotranspiration). Ein Teil wird über Bäche und Flüsse abgeführt. Etwa 10 - 25 % versickert im Boden und sammeln sich in den Poren und Klüften der Gesteine als Grundwasser. Die verschiedenen Gesteine haben unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Speicher- und Leitfähigkeit des Grundwassers. Die locker gelagerten und grob bis feinkörnigen Deckschichten des Quartärs speichern das Grundwasser in den Zwischenräumen der Sedimentkörner und werden als Po Poren ren-ren Lockergesteins--Grundwasserleiter bezeichnet. Die Kiese und Sande im Neckartal sind gute Grundwasserspeicher G rundwasserleiter oder Lockergesteins und -leiter und haben oft eine hohe Ergiebigkeit. Je größer aber der Feinkornanteil (Schluff und Ton) eines Sedimentes ist, desto geringer ist die Wasserdurchlässigkeit. Der in Ludwigsburg weit verbreitete Lösslehm wird wegen seines hohen Schluff- und Tonanteils als Grundwas Grundwas serserG eringleiter bezeichnet. Hier halten starke Kapillarkräfte das Wasser fest. Das ist auch der Grund, warum die Versickerung von Oberflächenwasser in Ludwigsburg nur eingeschränkt sinnvoll ist. Die Festgesteine von Keuper, Muschelkalk und Buntsandstein speichern das Grundwasser in den zahlreichen engen Klüften und Schichtfugen, die durch tektonische Beanspruchung und durch Auflockerung in Oberflächennähe entstanden sind. Diese Gesteine werden als Kluft Kluft--G rundwasserleiter oder Festgesteins Festgesteins--Grundwasserleiter bezeichnet. Die Karbonatgesteine und Sandsteine sind Grundwasserleiter mit oft mittlerer bis hoher Ergiebigkeit, während die Tonsteine Grundwassergeringleiter sind. In den Karbonatgesteinen des Muschelkalks und im Oberjura der Schwäbischen Alb kommt es auch zu stärkeren Lösungsvorgängen im Gestein und zur Bildung von weiten Klüften und Hohlräumen (Verkarstung). Dann spricht man von einem KarstKarst-G rundwasserleiter. rundwasserleiter Durchgehende Lagen von Gips und Anhydrit sind Grundwassergeringleiter. Salzgesteine, die noch nicht von Auflösung betroffen sind und weiche Tone sind so dicht, dass sie auch als Grundwassernichtleiter bezeichnet werden, obwohl auch hier geringe Fließbewegungen stattfinden können. Im Raum Ludwigsburg gibt es drei Hauptgrundwasserstockwerke: Das obere Grundwasserstockwerk wird von den feinkörnigen Das untere Grundwasserstockwerk wird bei ca. 50 mNN vom quartären Deckschichten im Verbund mit den klüftigen Ge- klüftigen Plattensandstein des Oberen Buntsandsteins unter steinen des Gipskeupers und des schichtiger Kluftgrundwas- den abdichtenden Röttonen gebildet. Im Neckartal in Hohe- serleiters des Lettenkeupers gebildet. Das Grundwasser zirkuliert in den Poren der Deckschichten und in den Klüften neck wird aus einer 177 m tiefen Bohrung eine stark salzund sulfathaltige Heilwasser-Sole mit 29.000 mg/l gelöste und Schichtfugen der Festgesteine. Das Niederschlagswas- Feststoffe mit geringer Ergiebigkeit gefördert. Dieses Wasser ser sickert durch die oberste Humusschicht und durch die Deckschichten, wo es durch Filtrations- und Sorptionspro- steht dort unter artesischem Druck und steigt im Bohrloch bis auf ca. 198 bis 203 mNN auf. Der artesische Druck wird zesse gereinigt wird. Dann speist es die Klüfte und Poren des durch den höheren Grundwasserspiegel im Bereich des ausgelaugten Gipskeupers und die Klüfte der Karbonatstein- Einsickerungsgebietes am Rande des Nordschwarzwalds und Sandsteinbänke des Lettenkeupers. An der Basis des Lettenkeupers bilden die Tonsteine der Esterienschichten die verursacht. Das Grundwasser im Plattensandstein kann dabei nicht durch die abdichtenden Röttone durchsickern, so Abdichtung zum Oberen Muschelkalk. Dort, wo diese dass die Grundwasserdruckfläche im Neckartal ca. 150 m Schichtgrenze zum Oberen Muschelkalk in Oberflächennähe ausstreicht, kommt es bevorzugt zu Versickerungen in das über dem Grundwasserleiter liegt. Das Alter dieses Grundwassers wird auf ca. 30.000 Jahre und älter geschätzt. nächst tiefere Stockwerk oder zu Quellaustritten. Das obere Die oberflächennahen Grundwasserstände liegen in Ludwigs- Grundwasserstockwerk ist von geringer bis mittlerer Ergiebig- burg in den Tälern und in flachen Senken von Pflugfelden, keit und ist im Bereich der Innenstadt und der Weststadt oft mit "leichtflüchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffen" Monrepos, Innenstadt und Neckartal bei ca. 2 - 5 m unter Gelände. Auf den Flächen und auf Kuppen in Eglosheim, in (LHKW) verunreinigt. der Weststadt, Oststadt, Favoritepark, Hoheneck und östlich Das mittlere Grundwasserstockwerk wird von den klüftigen von Neckarweihingen liegen sie bei 5 bis über 10 m unter und v.a. in Talnähe oft verkarsteten Gesteinen des Oberen Muschelkalks zusammen mit den Oberen Dolomiten des Gelände. Die Grundwasserstände schwanken in Abhängigkeit der Niederschläge und der Jahreszeiten zwischen ca. 0,5 - Mittleren Muschelkalks gebildet. Hier sind der Mineralbrun- 1,5 Meter in Tallagen und bis über 3 Meter im Bereich von nen von Hoheneck mit knapp über 1.000 mg/l gelöste Feststoffe, der Brunnen des Freibades und Teile der Notwasser- Hochflächen und Kuppen. Im Frühjahr und im Frühsommer liegen die Grundwasserstände oft am höchsten, im Herbst versorgung von Ludwigsburg im Neckartal bei Oßweil gefasst. und im Frühwinter am niedrigsten. Die Grundwasseroberflä- Die Ergiebigkeit dieses Grundwasserleiters ist, abhängig von che im Oberen Muschelkalk liegt zwischen 192 mNN im der Anbindung an ein Kluft- oder Karstsystem, gering bis mittel und gelegentlich hoch. Der wasserführende Kieskörper Neckartal und ca. 220 - 225 mNN im Südwesten der Gemarkung. (Porengrundwasserleiter) im Neckartal bildet ein Drainagesystem für das Grundwasser des Muschelkalks. 23 Westen Osten mNN mNN 320 A 81 Eglosheim Favoritepark Hoheneck Neckarweihingen Nußbäumle 300 320 300 L km1 280 hm Hg 260 Neckartal km1 280 mit Mineralwasserbrunnen und Solebrunnen ku 260 ku 240 240 Steinbr. Hubele 220 h mo Hg 200 220 200 mo 180 180 160 160 mm 140 mm 120 140 120 mu mu 100 100 80 0 1000 m 10-fach überhöht 60 40 Quartäre Deckschichten (in Ludwigsburg bis ca. 200.000 Jahre alt, vereinzelt älter) 20 h 0 hm L H, g Bach- und Talsedimente: Sandige Tone und Schluffe und sandig-schluffige Kiese mit Schlicklinsen Anmoor: Tone mit Pflanzenresten. Lösslehm, Löss, Wanderschutt/Fließerde, Hangschutt. Kaltzeitliche Schotterreste: Sandige Konglomerate, oft kantengerundet. so Verwerfung/vermutet Deckschichten (Quartär) aus Lösslehm, Löss, Fließerden und Hangschutt etc. Im Neckartal mittelalterliche Auenlehme über sandig-schluffigen Kiesen von Würmeiszeit und Holozän. Reste rißzeitlicher Schotter. Reste kaltzeitlicher Terrassenschotter (Riß-Kaltzeiten und Älter). Mesozoische Grundschichten (in Ludwigsburg ca. 224 – 251 Mio. Jahre alt) Grundschichten (Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper). km2 km1 Bekannte Gesteinsbereiche mit zusammenhängender Grundwasserführung in Poren und Klüften (Grundwasserstockwerke). Im Lettenkeuper schichtiger Kluftgrundwasserleiter, gekoppelt mit Porengrundwasserleiter in den Deckschichten. Im Oberen Muschelkalk gibt es schwebende Grundwasserhorizonte. Das Grundwasser im Oberen Buntsandstein ist im Solebrunnen im Neckartal artesisch gespannt. ku mo mm mu so Schilfsandstein: Am Lemberg gebankte Sandsteine, überwiegend in der Flutfazies. Gipskeuper: Im Stadtbereich tonig-karbonatische Auslaugungsreste, vereinzelt Gipsreste. Am Lemberg Wechselfolge von Ton(mergel)steinen mit Karbonatsteinbänken und Gips/Anhydritlagen. Lettenkeuper: Enge Wechsellagerung von Tonmergelsteinen, Karbonatsteinen und Sandsteinen. Oberer Muschelkalk: Dolomitsteinbänke und Kalksteinbänke mit Tonsteinfugen. Mittlerer Muschelkalk: Kalk- und Dolomitsteinbänke, Sulfatgesteine, Auslaugungsreste der Salinar- und Sulfatgesteine, Tonmegelsteine. Unterer Muschelkalk: Kalk- und Dolomitsteinbänke Tonmergelsteine. Oberer Buntsandstein: Röttone, Plattensandstein. In der Tiefe weitere Sandsteinbänke mit Tonsteinlagen. Haßmersheimer Schichten im Oberen Muschelkalk. Mergelschichten und einzelne dünne Trochitenkalkbänke mit eingeschränkter hydraulischer Stockwerksverbindung. Abb. 20: Hydrogeologischer Profilschnitt Eglosheim - Neckarweihingen Der Profilschnitt zeigt die drei Hauptgrundwasserstockwerke im Raum Ludwigsburg - Oberes Stockwerk: Quartäre Deckschichten, Gipskeuper, Lettenkeuper (Porengrundwasserleiter und schichtiger Kluftgrundwasserleiter) - Mittleres Stockwerk: - Unteres Stockwerk: Oberer Muschelkalk mit den Oberen Dolomiten des Mittleren Muschelkalks (Kluftgrundwasserleiter, z.T. verkarstet), Neckarkiese (Porengrundwasserleiter) Plattensandstein im Oberen Buntsandstein (gespannter Kluftgrundwasserleiter) 24 ku * Hohenasperg Eglosheim Favoritepark Hoheneck Neckar Neckarweih mo ku km2 km1 km1 km1 ? ku km1 ku km2 ku mo * km1 mo ku mo mo ku ku ku Legende km1 geologische Geländeaufschlüsse km1 bekannte Erdfälle Steinschlag und Felssturz km1 ku Der Schilfsandstein Sch ilfsandstein am Lemberg Lemberg Steinschlag km1 * = Baumschlag Grenzen der Grundschichten, teils vermutet Fußweg Weinberge Flutfazies Stillwasserfazies ku Abb. 21: 21: Geologische Geländeaufschlüsse, Geländea ufschlüsse, Erdfälle, Steinschläg Steinschlä ge und Felssturz Gipskeuper km2 km1 ku mo = = = = Schilfsandstein Gipskeuper Lettenkeuper Oberer Muschelkalk 25 A) Obermiozän bis Unterpliozän B) Mittel- bis Oberpliozän vor 5 - 6 Mio. Jahren Nordsee C) Pleistozän und Holozän vor 1 Mio. Jahren bis heutige Zeit vor 3 - 4 Mio. Jahren Wasserscheiden Ludwigsburg Einzugsgebiete Ems/Weser/Elbe Main Rhein Rhein Einzugsgebiet Deutschland Frankreich Neckar Altmühl Mosel * Einzugsgebiet Donau Lech Donau Iller Ur-Donau Einzugsgebiet Maas Lahn Einzugsgebiet Rhone Doubs Aare Schweiz Einzugsgebiet Po Rhone Alpenrhein Alpenrand Alpenrand Inn Österreich Italien Abb. 22 2 2 : Die Flussgeschichte von Südwestdeutschland Die Veränderung der Einzugsgebiete der Flüsse Vor etwa 145 Mio. Jahren wurde das Mitteldeutsche Festland zusammen mit dem nördlichen Teil von Süd- Die rückschreitende Erosion der Flüsse geht hier schneller voran als im Donau-System, so dass vor etwa 3- 4 Mio. deutschland aus dem Jurameer herausgehoben und der Abtragung durch das sich bildende Flusssystem ausgesetzt. An seinem Südrand sind die Flüsse zum sogenannten Tethys-Meer geflossen, aus dem sich später das Jahren der Doubs die Alpenflüsse Aare und Reuss bei Waldshut erreicht hat und durch den Sundgau zum Mittel- Molasse-Meer im Bereich des heutigen Schweizer Mittellandes, Oberschwabens und des Allgäus gebildet hat. zapft und zum Mittelmeer umgelenkt. In dieser Zeit wurden auch die Flusssysteme von Neckar und Main vom Oberrheingraben her angezapft, zum Teil in ihren Fließrichtungen umgekehrt und der Nordsee zugeführt. Nachdem das Molassebecken vor 6 bis 7 Mio. Jahren wegen der ständigen Hebung der Erdkruste trocken gefallen war, hat sich dort eine Seenlandschaft mit einem Flusssystem mit Hauptabflussrichtungen nach Südwesten meer umgelenken konnte. Die Walliser Rhone wurde im Bereich des heutigen Genfer Sees von Westen her ange- Pontischen Meer, dem Vorläufer des Schwarzen Meeres durchgesetzt, und es ist die Ur-Donau als Hauptent- Bild C: Vor etwa 2,5 Mio. Jahren hat dann die Erosionsfront des Rheins das Aare-Doubs-System bei Basel und am heutigen Hochrhein erreicht und zur Nordsee umgelenkt. Durch weitere rückschreitende Erosion vor etwa 1,5 Mio. wässerung von Süddeutschland und des nördlichen Alpenraumes entstanden. Jahren wurde der Ur-Alpenrhein im Bereich des Bodenseebeckens der Donau entrissen und ebenfalls der Nordsee gebildet. Durch die spätere dauerhafte Verkippung der Erdkruste hat sich die Fließrichtung nach Osten zum zugeführt. Auch die Gletschervorstöße und deren Ablagerungen in den Kaltzeiten haben hier eine Rolle gespielt. Bild A: Vor etwa 5- 6 Mio. Jahren sind die nördlichen Alpenflüsse der Schweiz, Ur-Rhone des Walliser Rhonetals, Ur-Aare, Ur-Reuss und Ur-Alpenrhein nach Norden und Nordosten zur Donau geflossen. Ebenso haben der UrNeckar über die Ur-Lohne (Fils), die Ur-Brenz (Jagst) und der Ur-Main nach Südosten zur Donau entwässert. Bild B: Das Gefälle der Donau auf ihrem langen Weg zum Schwarzen Meer war und ist aber recht flach, so dass das Donau-System in Süddeutschland eine relativ geringe erosive Kraft hat. Das Rhone-System mit der Ur-Doubs Der Rhein konnte sich wegen seiner starken Erosionskraft also weite Gebiete des Donau- und Rhone-Systeme einverleiben. Damit waren die Grundlagen für die heutige Flusslandschaft in Südwestdeutschland mit den europäischen Hauptwasserscheiden und den Zuflüssen zur Nordsee und zum Schwarzen Meer geschaffen. Zeugnisse dieser grundlegenden Veränderungen der Flusssysteme sind Schotterablagerungen in exponierten Hochlagen, alte geköpfte Talböden am Nordrand der Schwäbische Alb und die scharfen Richtungsänderungen von Aare, Rhein, im Südwesten und das Rhein-System mit dem Ur-Neckar im Norden haben auch durch das Einbrechen von Neckar und deren Nebenflüsse im Bereich der Anzapfgebiete. Der Kampf der Flusssysteme von Rhein und Donau Rhone- und Rheingraben und durch die bis heute andauernde Hebung von Schwarzwald und Vogesen ein größeres Gefälle und eine höhere Erosionskraft. um das Einzugsgebiet dauert an und ist heute in der Wutachschlucht bei Blumberg gut zu sehen. Dort hat das Rhein-System mit der Wutach die sogenannte Feldbergdonau angezapft und wird sich in Zukunft die beiden Quellflüsse der heutigen Donau - Brigach und Breg - einverleiben (*). 26 5. Anhang 5.1 Geologische Zeittafel, Schichtaufbau und Grundwasserverhältnisse im Raum Ludwigsburg Chronostratigraphische und lithostratigraphische Gliederung1) Känozoikum Erdneuzeit (0 – 66 Ma) Deckschichten überw.Lockergesteine Allgemeine Gebirgs- und Schichtgliederung Quartär Holozän = heutige Zeit bis 11.590 Jahre Pleistozän = Eiszeitalter 0,012 – 2,6 (1,8) Ma Geologische Stufen Ma = Alter in Millionen Jahren 4) Ablagerungsbedingungen Holozän bis 11.590 Jahre Pleistozän Würm-Kaltzeit 0,012 - 0,115 Ma Eem-Warmzeit 0,115 - 0,126 Ma Riß-Kaltzeiten 0,126 - 0,4 Ma Ältere Warmzeiten und Kaltzeiten 0,4 - 2,6 (1,8) Ma periglazial, äolisch, fluviatil. Schichtmächtigkeit in Ludwigsburg Lithologische Charakterisierung der Gesteine im Raum Ludwigsburg Grundwasserleiter 2) im Raum Ludwigsburg Grundwasserstockwerke und Grundwassernutzung 2) im Raum Ludwigsburg 0,5 - 10 m, örtlich bis 18 m. Ablagerungen des Periglazialbereichs (= Frostbereiche außerhalb der Eisbedeckung) während der Würm- und Riß-Kaltzeiten. Löss, der an der Oberfläche ca. 0,5 bis 1,5 m tief zu gelbbraunem Lösslehm verwittert ist. Schwemmlehme, Schuttbildungen, Auelehme, Talkiese, organische Ablagerungen (Anmoor, Schlicklinsen), kaltzeitliche Terrassenschotter. Die "Höheren Terrassenschotter" sind älter als 0,4 Millionen Jahre. Porengrundwasserleiter (LockergesteinsGrundwasserleiter). Je nach Tonanteil auch GrundwasserGeringleiter. Kopplung mit Gipskeuper und Lettenkeuper. Oberes Grundwasserstockwerk Gekoppelter Grundwasserleiter in Quartär, Gipskeuper und Lettenkeuper. Niedrig mineralisiertes Grundwasser mit geringer bis mittlerer, selten auch hoher Ergiebigkeit. Örtlich, v.a. in Tallagen sind gespannte Grundwasserverhältnisse möglich. In der Innenstadt und in der Weststadt oft mit "leichtflüchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffen" (LHKW) verunreinigt. Nutzung nach Reinigung im Stadtbad. In früherer Zeit private und öffentliche Wasserversorgung von Ludwigsburg. Tertiär (66 - 2,6 Ma) Schichten der Tertiärzeit wurden im Raum Ludwigsburg nicht abgelagert. Mächtige Sedimente gibt es in Oberschwaben und im Oberrheingraben. Kreide (146 - 66 Ma) Schichten der Kreidezeit sind in Baden-Württemberg nicht bekannt, wurde aber vermutlich stellenweise abgelagert und später wieder abgetragen. Unter-, Mittel-, Obertrias Muschelkalk Buntsandstein Trias (251 - 200 Ma) Mesozoikum Erdmittelalter (251 - 66 Ma) Grundschichten überwiegend Festgesteine Deckgebirge Sedimentgesteine Keuper Jura (200 - 146 Ma) Die Schichten der Jurazeit wurden im Raum Ludwigsburg abgetragen. Mächtige Sedimente gibt es im Albvorland und im Bereich der Schwäbischen Alb. Die höheren Schichten von Mittelkeuper und Oberkeuper (Obertrias) - Bunte Mergel, Kieselsandstein, Stubensandstein, Knollenmergel, Rätsandstein wurden im Raum Ludwigsburg in den vergangenen 145 Millionen Jahren abgetragen. Sie bilden heute die bewaldeten Höhenzüge rund um Stuttgart, die Löwensteiner Berge und den Strom- und Heuchelberg. Schilfsandstein (Stuttgart-Formation) Auf der Kuppe des Massige braunrote und grüne Sandsteinbänke (Flutfazies) und Kluftgrundwasserleiter Mittelkeuper (224 - 233 Ma) 224 - 226/229 Ma, Lembergs ca. 25 m feinsandig-schluffige Tonsteine (Stillwasserfazies) am Lemberg und (Festgesteins-Grundwasserleiter) terrestrisch-fluviatil, terrestrisch-fluviatile Erosionsrest. am Hohen Asperg. Im Schilfsandstein werden oft Pflanzenreste von mit geringer Wasserführung. teilweise flachmariner und Delta-Ablagerungen. Schachtelhalmen gefunden. In Ludwigsburg ohne Bedeutung. evaporitischer Einfluss. Gipskeuper (Grabfeld-Formation) Im Stadtgebiet wenige Rotgaue und olivgrüne Tonmergel mit einzelnen Dolomitsteinbänken Im unausgelaugten Bereich Kluftgrundwas226/229 - 233 Ma, Meter bis ca. 35 m und Gipslagen. An der Basis ca. 15 m Grundgipsschichten (Gips, serleiter mit geringer Grundwasserführung. terrestrisch, limnisch, am Salonwald. Am Anhydrit), die v.a. westlich des Neckars zu bröckeligen Tonsteinen Im ausgelaugten Bereich teils flachmarin, teils evaporitisch. Lemberg ca. 100m. und Zellendolomiten verwittert und ausgelaugt sind. Kluft- und Porengrundwasserleiter. Unterkeuper Wenige Meter Graugrüne Ton(mergel)steine, graue Dolomitsteine und Sandsteine in Kluftgrundwasserleiter Lettenkeuper (233 - 235 Ma) (Erfurt-Formation) bis ca. 23 m. Wechsellagerung, oberflächennah verwittert. Der Hohenecker Kalk ist mit schichtiger Gliederung. flachmarin, fluviatil. stellenweise fossilreich. Trigonodusdolomit (Rottweil-,F.) Im Neckartal unter An der Obergrenze 5 – 10 m massiger gelbgrauer Trigonodusdolomit. Kluftgrundwasserleiter mit verkarsteten Oberer Muschelkalk (235 - 239 Ma) Ob. Hauptmuka (Meissner-,F.) der Talaue ca. 10 m, Darunter blaugraue und graue, gebankte, bioklastische und kristalline Bereichen. Schwebende Horizonte über flachmarin-lagunär. Unt. Hauptmuka (Trochitenkalk- F.) sonst bis ca. 85 m. Kalksteine, getrennt durch dünne Ton(Mergel)steinfugen. Tonsteinfugen. Mittlerer Muschelkalk (239 - 240 Ma) flachmarin-lagunär und evaporitisch. Oberer Dolomite (Deimel-Formation) Salinargesteine (Heilbronn-Formation) Untere Dolomite (Karlstadt-Formation) Ca. 65 m. Nicht an der Oberfläche aufgeschlossen! An der Obergrenze ca. 6 - 10 m Obere Dolomite. Darunter Auslaugungsreste der Evaporitgesteine (Salz- und Sulfatgesteine) und Dolomitsteine und Tonsteine. Die Salze sind im Raum Ludwigsburg ausgelaugt. Die Sulfatgesteine (Gips und Anhydrit) befinden sich im Stadium der Auslaugung. Unterer Muschelkalk (240 - 243 Ma) flachmarin. Oberer-, Mittlerer- und Unterer Buntsandstein (243 - 251 Ma) terrestrisch-fluviatile Sedimente, teilweise flachmariner Einfluss. Jena-Formation (Kalksteine) Freudenstadt-Formation (Dolomitsteine) Rötton-Formation Ca. 55 m. Mergel, dünne Kalksteinbänke und Dolomitsteine in Wechsellagerung. Knapp 300 m. An der Obergrenze ca. 5 m Röttone. Darunter mächtige Sandsteinformationen mit Geröllen und Tonsteinlagen. Grundgebirge Kristallingesteine Paläozoikum Erdaltertum (251 bis 542 Ma) Perm, Karbon, Devon, Silur, Ordovicium, Kambrium. Präkambrium (Proterozoikum, Archäikum, Hadäikum) Erdfrühzeit (älter als 542 Ma). Plattensandstein-Formation ...weitere Sandstein-Formationen Der Buntstandstein tritt im Schwarzwald und im Odenwald zutage und bildet im mittleren und nördlichen Schwarzwald viele Höhenzüge. Obere Dolomite, Untere Dolomite: Kluft- und Karstgrundwasserleiter. Evaporitgesteine: GrundwasserGeringleiter, bei Gipsauslaugung Kluftgrundwasserleiter. Auslaugungstone: Grundwasser-Geringleiter. Kluftgrundwasserleiter, mit geringer Wasserführung, gering durchlässig. Kluftgrundwasserleiter mit geringer Ergiebigkeit. Im Mittleren- und Unteren Buntsandstein auch größere Ergiebigkeit. Das Grundwasser im Plattensandstein ist im Raum Ludwigsburg mindestens 30.000 Jahre alt. Zwischen Buntsandstein und Grundgebirge gibt es in Baden-Württemberg rinnenförmig verlaufende Senken mit Sedimenten aus der Zeit des Karbons und des Perms. Diese wurden im Raum Ludwigsburg bisher aber nicht nachgewiesen. Obere Erdkruste mit Prävariszische Gneise (v.a. metamorph umgewandelte GrauwackenseIm Grundgebirge von Schwarzwald und Grundgebirgssockel (älter als 300 Ma) Übergang in die dimente und Magmatite), die von granitischen Intrusionen während der Odenwald Kluftgrundwasserleiter mit metamorph, plutonisch. untere Erdkruste. variszischen Gebirgsbildung vor 300 - 400 Millionen Jahren durchMineral- und Thermalwässern, ,korrespon3) Hier insgesamt dierend mit dem Grundwasser im Buntsandschmolzen wurden. 24 - 30 km dick. stein. Das Grundgebirge tritt im Schwarzwald und im Odenwald zutage und bildet im mittleren und südlichen Schwarzwald viele Höhenzüge. Die Grundwasserflurabstände liegen in Mulden- und Tallagen 1 bis 4 m unter Gelände und in Hang- und Kuppenlagen 4 bis über 10 m u.G. Die jahreszeitlichen Schwankungen der Grundwasserstände liegen oft im Bereich von 0,5 bis 2 Metern, selten über 5 Meter. Mittleres Grundwasserstockwerk Höher mineralisiertes Grundwasser, je nach Kluftanbindung mit geringer bis mittlerer und gelegentlich hoher Ergiebigkeit. In Hoheneck Mineralwasserbrunnen mit über 1.000 mg/l gelöste Feststoffe. Nutzung im Freibad-Hoheneck und zur Notwasserversorgung. Grundwasserstand bei 195 bis 225 mNN. Unteres Grundwasserstockwerk Im Plattensandstein des Oberen Buntsandsteins hoch mineralisierte und im Neckartal artesisch gespannte Sole mit 29.000 mg/l Natriumchlorid und Sulfat. Geringe Ergiebigkeit. Therapeutische Nutzung im Heilbad-Hoheneck. Gespannter Grundwasserspiegel bei ca. 50 mNN. Aufstieg im Bohrloch auf ca. 198 – 203 mNN. ? Stadt Ludwigsburg FB Tiefbau und Grünflächen 2012 27 Fußnoten zur geologischen Zeittafel 1) - Präkambrium, Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum sind übergeordnete chronostratigraphische Zeitabschnitte in der Erdgeschichte, die als Ära bezeichnet werden. - Kambrium, Ordovicium, Silur, Devon, Karbon, Perm (Paläozoikum) - Trias, Jura, Kreide (Mesozoikum) - und Tertiär, Quartär (Känozoikum) sind den Ären untergeordnete Zeit-Systeme. - Unter- Mittel- und Obertrias (Trias) und Pleistozän, Holozän (Quartär) sind den Zeit-Perioden untergeordnete Zeit-Serien. - Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper sind lithostratigraphische Gruppen. - Lettenkeuper, Gipskeuper, Schilfsandstein, Riß-Kaltzeit, Eem-Warmzeit, Würm-Kaltzeit sind den Serien und Gruppen untergeordnete geologische Einheiten bzw. Stufen. 2) Über das obere- und mittlere Grundwasserstockwerk liegen gute Erkenntnisse vor. Die tieferen Schichten sind nur aus den Tiefbohrungen in Hoheneck und Mathildenhof rudimentär bekannt. 3) Als Variszikum wird der Zeitraum einer Gebirgsbildung von Devon bis Perm bezeichnet (Variszisches Gebirge). Die Kristallingesteine (Gneise und Granite) von Schwarzwald, Odenwald und Vogesen sind die Erosionsreste dieses vor etwa 250 - 300 Millionen Jahren abgetragenen Gebirges. 4) Die EntstehungsEntstehungs - und Ablagerungsbedingungen der drei Hauptgesteinsarten Sedimente (Schicht- und Absetzgesteine): kontinental terrestrisch klastisch = = = konglomeratisch = brekziös = Fanglomerat limnisch = = fluviatil = lakustrin äolisch periglazial = = = glazial = glazi-fluvial = glazi-lakustrin = chemisch (biogen) = brackisch = auf dem Festland abgelagerte Sedimente. unter festländischem Einfluss entstandene und abgelagerte Sedimente. durch physikalisch-chemische Verwitterung, mechanische Zerstörung, Zerkleinerung (Erosion) und Sedimentation entstandene Trümmergesteine (Gerölle, Sande, Schluffe, Tone). verfestigte klastische Sedimente aus gerundeten Kiesen und Geröllen mit längeren Transportwegen (z.B. Nagelfluh im Oberallgäu). verfestigte klastische Sedimente aus kantigen Geröllen mit kurzen Transportwegen (z.B. Gesteinsbildungen bei Vulkanausbrüchen und Bergstürzen). Schlammbrekzie, oft im ariden Klimabereich. Schlammfächer mit unsortiertem Material aller Korngrößen, oft eckig. in den Gewässern des Festlandes gebildete Sedimente (fluviatil = Flüsse, lakustrin = Seen). durch Flüsse abgelagerte Sedimente (Kiese, Sande, Tone, Schlick, Konglomerate und Schuttbildungen, DeltaSedimente). in Seen abgelagerte Sedimente (Tone, Schlick, Sande, Kiese, Deltasedimente). durch Wind transportierte, sortierte und abgelagerte terrestrische Sedimente (Löss, Dünensand). im Eiszeitalter während der Kaltzeiten und rezent in den Polargebieten außerhalb des Einflussbereichs der Gletscher durch Windverfrachtung, Frost-Tauwechsel und fluviatile Vorgänge entstandene oder umgelagerte Sedimente (Löss-Sedimente, Solifluktionsböden, Fließerden, Schuttsedimente, Schotter, Tone und Torflager). im Eiszeitalter während der Kaltzeiten und rezent im Einflussbereich der Gletscher abgelagerte oder umgelagerte Sedimente (Moränen, Geschiebelehm, Beckentone, Schmelzwassersedimente). durch Schmelzwässer von Gletschern in fließendem Wasser (Schmelzwasserrinnen) transportierte und abgelagerte Sedimente (Blöcke und Schotter, Bändertone). durch Schmelzwässer von Gletschern in ehemalige Gletscherstauseen transportierte und abgelagerte Beckensedimente (Sande und Tone, Deltasedimente, Driftblöcke). Kalksinter, Kalktuffe, Tropfsteine, Travertin und Kieselsinter -> terrestrische chemisch-biogene Sedimente. Ablagerungen im Grenzbereich zwischen Süß- und Salzwasser. Kennzeichnend ist eine artenarme jedoch individuenreiche Fauna. marin = im Meer abgelagerte Sedimente. glazio-marin epikontinental flachmarin = = = von Treibeismassen im Meer ausgeschmolzene und abgelagerte Sedimente (Driftblöcke). in einem Flachmeer abgelagerte Sedimente, das flache Bereiche des Festlandes zeitweise überflutet hat. im Flachmeer (Schelfmeer) festlandsnah abgelagerte Sedimente (Tonmergelsteine, Kalksteine, Dolomitsteine, Delta-Sedimente). in der Uferregion (Küstenbereich) von Seen und Meeren und in Lagunen abgelagerte Sedimente. litoral = lagunär = neritisch bathyal hemipelagisch = = = in lagunenartigen und flachen Buchten abgelagerte Sedimente (litoral) (z.B. Riffkalke, Kalk- und Dolomitsteine und Evaporite). in seichtem und lichtdurchflutetem Flachmeer abgelagerte Sedimente. in tiefem und lichtlosem Flachmeer abgelagerte Sedimente. im Bereich der Kontinentalabhänge abgelagerte Sedimente in 200 bis 4000 m Tiefe (Trübeströme). 28 pelagisch eupelagisch euxinisch = = = Flysch = bioklastisch = chemisch = chemisch-biogen = evaporitisch = salinar = im Bereich der Tiefsee festlandsfern abgelagerte Sedimente (Tiefseetone). in Tiefen unter 2700 m abgelagerte Sedimente. in sehr sauerstoffarmen Bereichen eines Meeres abgelagerte Sedimente. Schwefelwasserstoffreiches Wasser, sehr lebensfeindlich, Faulschlämme, Erdölmuttergesteine (z.B. tiefe Teile des Schwarzes Meeres). zyklische Abfolge von dünnen, fossilarmen Ton-, Kalk- und Sandsteinschichten. Oft als marine Trübeströme (Turbidite) als Erosionsprodukte der Gebirgsbildung entstanden (z.B. Gesteine im Bregenzer Wald -> Grauwacken). durch Schalentrümmer z.B. von Muscheln, Seelilien, Brachiopoden oder Riffbildnern (Korallen, Schwämme) geprägte Sedimente (bioklastische Kalksteine, Schalentrümmerkalke, z.B. Trochitenkalke im Oberen Muschelkalk). unter warmen Klimaverhältnissen durch Ausfällung aus einer übersättigten Meerwasser-Lösung entstandene und abgelagerte Sedimente (Kalksteine, Dolomitsteine, Evaporite). durch Tier- und Pflanzenreste geprägte kontinentale und marine Sedimente (bioklastische Sedimente, biogene Riffe, Kalktuff, Hornstein -> Feuerstein/Opal/Kieselerde/Radiolarit, Schlick, Phosphatlagerstätten, Torf, Kohle, Bitumina -> Öl/Gas/Harze, Bändereisenerze, Bone-Beds). unter ariden Klimaverhältnissen (heiß und trocken) durch Verdunstung (Eindampfung) von Meerwasser ausgeschiedene Sulfat- und Salinargesteine (Evaporite = Gips, und Anhydrit, Steinsalz und Kalisalz). Ablagerung von Salzgesteinen (Halogenide, Chlorid- und Kaligesteine) bei starker Verdunstung von Meerwasser. Magmatite (Intrusiv- und Eruptivgesteine): magmatisch = Erstarrungsgesteine (Vulkanite und Plutonite). vulkanisch = Vulkanite -> Ergussgesteine, Eruptivgesteine, Effusivgesteine: Durch vulkanische Vorgänge ausgestoßene Aschen, Tuffe (Pyroklasten) und ausgeflossene Gesteine (Lava). Oft feinkristallin oder glasig durch die rasche Abkühlung oder mit kristallinen Einsprenglingen (Tuff, Quarzporphyr, Rhyolith, Andestlt, Trachyt, Basalt, Obsidian etc.). Ignimbrite -> Gesteine aus pyroklastischen Strömen, Bimsablagerungen und Aschen. plutonisch = Pegmatite = Ganggesteine = Plutonite -> Tiefengesteine, Intrusivgesteine: In großer Tiefe aus zähflüssigem Magma entstandene Gesteine. Oft grobkristallin durch die langsame Abkühlung innerhalb der Erdkruste (Granit, Syenit, Diorit, Gabro). Groß- bis riesenkörnige Gesteine, auskristallisiert aus einer an flüchtigen Bestandteilen reichen plutonischen Restschmelze. Übergangsmagmatite und Intrusionsgesteine in schmalen Gängen im Umgebungsgestein (Mineralgänge, Erzgänge, Lamporphyr, Lamproit und Kimberlit). Metamorphite (Umwandlungsgesteine): metamorph = Entstehung aus Sedimenten (Paragesteine) und aus Magmatiten (Orthogesteine), die tektonisch in große Tiefen von 2 bis z.T. 40 km versenkt wurden. Dort wurden sie unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen in ihrer Minralzusammensetzung und in ihrem Gesteinsgefüge verändert, aber nicht aufgeschmolzen. Metamorphite haben oft eine geschieferte Textur (Foliation). Es gibt aber auch ungeschieferte Metamorphite wie z.B. Quarzit und Marmor. Unter bestimmten Bedingungen bilden sich großkristalline Porphyroblasten in einer feinkristallinen Matrix. Anatexite = Aufschmelzung tief versenkter Metamorphite durch hohe Temperaturen (> 650 – 750°C). Begriffe, die im Zusammenhang mit verwitterten Keuperböden und quartären Sedimenten verwendet werden • Ton = • Schieferton • Schluff = = Ablagerungen und Verwitterungsprodukte mit einer Korngröße von < 0,002 mm. Umwandlung der Silikatmineralien in Tonmineralien. Ton mit schiefriger Textur entlang von Schichtflächen. Ablagerungen mit einer Korngröße von 0,002 – 0,06 mm. Silt Löss Lösslehm Lehm Mergel = = = = = Gemisch aus Schluff und Staubsand. kalkhaltiger Schluff, z.T. mit Feinsand, durch Wind (äolisch) ausgeblasen und abgelagert. entkalkter und verlehmter Löss. Gemisch aus Ton, Schluff und Sand, kalkarm bis entkalkt. Gemisch aus kalkhaltigem Ton, z.T. mit Schluff, Sand und Gips. = sandig-schluffiger Ton mit geringem Kalkgehalt. • • • • • • Letten 29 5.2 Gesteinskunde, der Kreislauf der Gesteine Sedimentgesteine (lat. sedimentum = Bodensatz). Man unter- und phosphorhaltige Gesteine (Phosphorite). Chemisch- scheidet klastische Sedimente, die durch den mechanischen Absatz der Reste verwitterter und erodierter Gesteine entste- biogene Sedimente i.e.S. entstehen unter Mitwirkung von hen (physikalisch-chemische Verwitterung, Transport, mecha- Organismen, so z.B. Kalksteine aus Kalkschalen des Planktons, von Muscheln, Brachiopoden, Ammoniten, Seelilien nische Zerkleinerung) und chemisch-biogene Sedimente, die und Korallen. Kreide aus Foraminiferenschalen und Kiesel- durch chemische oder biogene Ablagerungen, Ausscheidung und Ausfällung entstehen. Die oft in großen Becken abgelager- gesteine aus Skelette der Kieselalgen. Hornstein, auch Feuerstein genannt, kann sowohl rein chemisch, als auch ten Lockersedimente werden mit der Zeit tiefer versenkt und biochemisch aus Kieselsäure (SiO2) gebildet werden. Rein dabei verdichtet und entwässert. Sie verfestigen sich unter dem Druck der überlagernden Schichten zu Festgesteinen wie biogene Sedimente sind durch pflanzliche Ablagerungen z.B. Konglomeraten, Sandsteinen, Schluff- und Tonsteinen, entstandene Torfablagerungen, Faulschlamm, Kohlegesteine (Braunkohle, Steinkohle) und Erdöl inkl. Erdgas als Kalk- und Dolomitsteinen. Dieser 'Diagenese' genannte Pro- Produkt der Verwesung von tierischem Gewebe und Flüs- zess führt auch zur Neubildung von Mineralien als zementartige Verbindung (Matrix) zwischen den einzelnen Sedimentkör- sigkeiten in Sedimentgesteinen. nern (Kompaktion, Zementation, Sammelkristallisation etc.). Metamorphe Gesteine (Metamorphite; gr. metamorphoos = Eingeschlossene Skelett- und Schalenreste von Lebewesen werden dabei oft in versteinerte Fossilien umgewandelt. Durch umgestaltet) entstehen bei der Absenkung von Gesteinspa- die stetige und gleichmäßige Subsidenz (Absenkung) der bei Kontinentalkollisionen wie z.B. Himalaja und Alpen. Die Druck- und Temperaturzunahme im Erdinneren von 2 - 12 Erdkruste im Sedimentationsbecken und wegen der in etwa keten in die Erdkruste in ca. 2 km bis z.T. 40 km Tiefe und gleichhohen Sedimentationsrate entsteht ein Gleichgewicht, durch das Sedimentbildungen von hunderten bis tausenden kbar und 150 - 700 °C führt zu einer Umwandlung, Wachs- Meter Mächtigkeit entstehen können. Ein wichtiges Erken- Mineralien und der Strukturen durch Rekristallisation. Alle vorhergehenden Strukturen wie z.B. Schichtung und Fossi- nungsmerkmal der Sedimentgesteine ist ihre Schichtung, die durch geringfügige oder auch markantere Wechsel der Ablagerungsbedingungen oder durch Windablagerung aus unterschiedlichen Richtungen entsteht, z.B. bei Sanddünen. tum und Neubildung der sedimentären und magmatischen lien gehen dabei verloren. Typische Vertreter der metamorphen Gesteine sind Marmor, Quarzit, alle Schiefergesteine, Phyllite und Gneise. Ein wichtiges Erkennungsmerkmal ist oft eine mehr oder weniger ausgeprägte Schieferung (Folia- Klastische Sedimente (gr. klasis = zerbrechen) entstehen durch physikalische und chemische Verwitterung und Abtragung der Gesteinskomplexe und Transport durch Flüsse, Wind und Eis. Die zerkleinerten Erosionsprodukte Blöcke, Kies, Sand, Schluff und Ton werden in Flusstälern, im Vorland von Gletschergebieten, in terrestrischen Becken, oder landnah im Meer z.B. als Flussdelta abgelagert und mit der Zeit zu Schottern, Konglomeraten, Sandsteinen, Schluff- und Tonsteinen diagenetisch verfestigt. Löss ist ein durch Wind verfrachtetes (-> äolisches) Lockersediment, das v.a. während der Eiszeiten abgelagert wurde. Chemische und chemisch-biogene Sedimente werden hauptsächlich im marinen Milieu ausgeschieden. Rein chemische Sedimente entstehen durch Verwitterung, Lösung und anschließender Ausfällung in sehr warmem, an Salzen übersättigtem Wasser. Wichtige Vertreter sind Karbonatgesteine wie z.B. Kalksteine, Kalksinter und Dolomitsteine (durch Magnesiumeinlagerung umgewandelte Kalksteine) und die als Evaporite (lat. "aus Verdunstung") bezeichneten Sulfatgesteine (Gips und Anhydrit) und Salzgesteine (Stein- und Kalisalz). Weitere anorganisch-chemische Sedimente sind Bändereisenerze tion), die durch die Mineralneubildung und Einregelung unter gerichtetem Druck entsteht. Es gibt aber auch ungeschieferte Metamorphite, wie z.B. Marmor, der aus Dolomitund Kalkstein entsteht, Quarzite aus quarzreichem Sandstein und Hornfelse, die bei der Kontaktmetamorphose entstehen. Metamorphite aus Sedimenten bezeichnet man als Paragesteine, aus Magmatiten als Orthogesteine. Sehr tief versenkte Metamorphite schmelzen ab ca. 650 - 750 °C auf und werden dann Anatexite genannt. Durch Hebung im Rahmen von Gebirgsbildungen und durch Abtragung kommen viele Metamorphite mit der Zeit an die Erdoberfläche und werden abgetragen. Magmatische Gesteine (Magmatite; gr. magma = geknetete Masse) entstehen beim Aufstieg sehr tief liegender und über 700 °C heißer zähplastischer Magmen in die überlagernden Gesteine innerhalb von Schwächezonen der oberen Erdkruste und durch vulkanische Aktivitäten an der Erdoberfläche. Die überlagernden Gesteine werden dabei oft mit aufgeschmolzen. In Abhängigkeit der Ausgangsgesteine werden beim Aufstieg und bei der Abkühlung neue Kristalle und Strukturen gebildet (Kristallisationsdifferentiation). 30 Die langsam erstarrenden und ungeregelt grobkristallinen Übergangsmagmatite und Intrusionsgesteine in schmalen Tiefengesteine, die als Intrusivgesteine in die höherliegenden Gängen im Umgebungsgestein, z.B. Mineralgänge, Erzgän- Gesteine eindringen, werden Plutonite genannt, z.B. Granit und Diorit. Durch Hebung im Rahmen von Gebirgsbildungen ge, Lamporphyr, Lamproit und Kimberlit. Die bei Vulkanausbrüchen ausfließenden und ausgeworfenen Gesteine und durch Abtragung kommen viele Plutonite mit der Zeit an werden Vulkanite oder Eruptivgesteine genannt, z.B. die Erdoberfläche und werden abgetragen. Zu den Plutoniten gehören auch die Pegmatite -> groß- bis riesenkörnige Gestei- Porphyr, Basalt, pyroklastische Aschen und Tuffe. Vulkanite sind wegen ihrer schnellen Erstarrung an der Erdoberfläche ne, auskristallisiert aus einer an flüchtigen Bestandteilen rei- meistens ungeregelt feinkristallin oder als Gesteinsglas chen plutonischen Restschmelze und die Ganggesteine -> ausgebildet. Sie können aber auch mit grobkristallinen Einsprenglingen versehenen sein. Die in Ludwigsburg vom kristallinen Grundgebirge bis zur Erdoberfläche anstehenden Gesteinsschichten gehören zu den Sedimenten: • • Deckschichten der Quartärzeit = äolische Lösssedimente, klastische Fluss- und Auensedimente, klastische Verwitterungsbildungen. Schilfsandstein, Gipskeuper und Lettenkeuper = terrestrisch-klastische Sedimente und marine chemische, chemisch-biogene • • und evaporitische Sedimente. Muschelkalk = überwiegend marine chemische, chemisch-biogene und evaporitische Sedimente. Buntsandstein und Permokarbon = überwiegend klastische Sedimente, teils mit marinen Einflüssen. Gletscher Vulkanite VulPlutonite Bergland und Flachland Verwitterung und Abtragung der Sedimentgesteine, metamorphen Gesteine und magmatischen Gesteine Magmakammer Flüsse, Schlammfluten, Sedimentation Ausfällung Eindampfung Sedimente Temperatur- und Druckabnahme Lockergesteine Magmatite Vulkanite an der Erdoberfläche, Plutonite in der Tiefe Aufstieg, Durchschmelzung, Abkühlung Versenkung, Verfestigung und Diagenese Sedimente verfestigt Hebung Metamorphite 2 - 40 km tief, 150 - 700 °C, 2 - 12 kbar Druck Magma Intrussion Abb. 23 23: Der Kreislauf der Gesteine Anatexite Aufschmelzung > 700 °C Erdkruste Oberer Erdmantel Temperatur- und Druckzunahme Meere, Seen, Sedimentbecken 31 5.4 Gesteinsfarben Die sedimentären Tonsteine und Tonmergelsteine im Lettenkeuper und v.a. im Mittleren Keuper zeigen im Geländeaufschluss oft lebhafte Gesteinsfarben. Graue Gesteine wechseln sich ab mit Glaukonit (grünlich) und organische Kohlenstoffverbindungen, rötlichen, rotbraunen, grünlichen und violetten Gesteinen. Die Gesteinsfarben entstehen durch die unterschiedlichen gesteins- Die grau-weißen Lehrbergschichten an der Basis des Kieselsandsteins setzen sich aus baryt-, bleiglanz- und malachitfüh- bildenden Mineralien. Sie sind an den Oberflächen aber oft sekundär durch Verwitterung verändert. Verwitterte und sedimentier- renden Steinmergeln zusammen. te Gesteine erhalten abhängig vom Ausgangsgestein, von den Sedimentationsbedingungen und von den Klimaverhältnissen zur Sehr feldspatreiche Gesteine verwittern unter vollhumiden Zeit der Verwitterung und Sedimentation unterschiedliche Färbungen. Hier sind komplexe chemisch-physikalische Vorgänge maßgebend. Diagenetische Vorgänge nach der Sedimentation können ebenfalls einen Einfluss auf die Gesteinsfarben haben. Gelegentlich kommt es zu sekundären Farbveränderungen im Gestein, z.B. durch zirkulierende Wässer. Bitumina und fein verteilter Pyrit (grau bis schwarz). (ganzjährig feuchten) Klimabedingungen oft zu dem weißen bis cremfarbenen Tonmineral Kaolinit. Der aluminiumhaltige Kaolinit ist ein wichtiger Rohstoff für die Keramikproduktion. Gelb-braune bis braune und ocker-gelbe Gesteinsfarben kommen oft durch das eisenhaltige Mineral Limonit (FeOOH) zustande. Im Strohgäu sind braun-rötlich bis braun-gelblich gefärbte Lösslehmböden über hellgelb gefärbtem unverwittertem Die hauptsächlich grau-grünen und grünlichen Gesteine des Lettenkeupers sind durch die oxidative Zersetzung organischen Mate- Löss charakteristisch. Hier wurden die eisenhaltigen Mineralien im Lösslehm im Zuge der Verwitterung oxidiert. Gelbe Gesteins- rials in einem relativ flachen Meeresbecken entstanden. Das führte zu einem reduzierenden, d.h. sauerstoffarmen Milieu, in farben kommen auch durch das Mineral Pyrit zustande, so z.B. im Stubensandstein. Bräunliche Farben kommen auch oft von Glaukonit, wenn dieser zu dem Mineral Goethit oxidiert wird. dem es dann zur Bildung der grünlich-blauen Mineralien Glaukonit gekommen ist. Das Schichtsilikat Glaukonit ist durch untermeerische Verwitterung von Feldspat und Biotit entstanden. Das sind Mineralien aus der terrestrischen Gesteinsverwitterung, z.B. Granite und Gneise. Zur Glaukonitbildung kommt es darüber hinaus auch im Verdauungstrakt einiger Meereslebewesen. Wegen der reduzierenden Verhältnisse im Meerwasser war eine Bildung von rötlichem Eisen-III-Oxid nicht möglich, so dass Eisen-II-Oxid (FeO) entstanden ist. In trockenen und warmen Wüstengebieten kommt es zur Bildung eines dünnen und braun-schwarz gefärbten Überzugs (Kruste) der Gesteine an der Oberfläche, dem sogenannten Wüstenlack. Er besteht aus Eisenoxidhydraten und Manganoxiden, die durch kapillares Aufsaugen von Lösungen aus dem Gestein und Niederschlag des Lösungsinhaltes auf der Gesteinsoberfläche infolge starker Verdunstung entstanden sind. Rötliche und violette Farben bilden sich unter rein oxidierenden, Graue bis dunkle und nahezu schwarze Gesteinsfarben deuten d.h. sauerstoffreichen Verhältnisse bei der Verwitterung von eisenhaltigen Mineralien in den Gesteinen in einem semiariden auf organisches Material, kohlige Pflanzenreste und bituminöse Einschlüsse hin. Unter Sauerstoffabschluss zersetzten Schwefelbakterien direkt nach der Sedimentation das organische (trockenen) Steppenklima auf dem Festland. Farbbildend ist hier Eisen-III-Oxid (Fe2O3 = Hämatit), das bei der vollständigen Oxidation des Eisens der Mineralien entsteht. Diese Farben sind v.a. bei den bunten Tonmergeln des Mittleren Keupers oft zu sehen (Gipskeuper, Dunkelrote Mergel, Esterienschichten, Knollenmergel). Violette Farben entstehen auch in Schichten, in denen eine Material der in die Sedimente abgesunkenen toten Lebewesen und wandeln es in dunkle Sulfide um, z.B. Faulschlämme im Schwarzen Meer. Hier kann es auch zur Bildung von goldfarbenen Pyritkristallen und pyritisierten Fossilien kommen. Kohle Bodenbildung stattgefunden hat. und kohlige Pflanzenreste können in geringen Tiefen entstehen. Bitumina entstehen in größerer Tiefe unter erhöhten Auch die unterschiedliche Färbung der Sandsteine des Keupers Druck- und Temperaturbedingungen aus organischem Material. ist so zu erklären. Weiß gefärbte Sandsteine sind durch sekundäre Entfärbung (Bleichung) der Mineralkörner durch zirkulierende Bei magmatischen und metamorphen Gesteinen bestimmt der Wässer nach der Ablagerung und Verfestigung entstanden. Hellgelbe Sandsteine haben oft einen erhöhten Anteil des Minerals Anteil unterschiedlich gefärbter Mineralien die Gesteinsfarbe. Granite und Gneise sind gesprenkelt und bestehen aus milchigdurchsichtigem Quarz, rötlich-weißem Feldspat und schwar- Feldspat (Arkose-Sandstein). Intensiv rot gefärbte eisen- und aluminiumhaltige Lateritböden als Reste nach der Verwitterung von Tonmineralien bilden sich in tropischen und subtropischen Gebieten mit ausgeprägten Niederschlägen. Das Aluminiummineral Bauxit ist ein fossiler Laterit. Bei Kalksteinen und Tonsteinen sind die färbenden Beimengungen die Minerale Limonit (braun bis gelb), Hämatit (rötlich), zem und hellem Glimmer. Je weniger Quarz und Feldspat diese Gesteine enthalten, desto dunkler sind sie. Gesteine mit vielen Amphibol-, Pyroxen- und Olivinmineralien sind sehr dunkel. Marmor besteht aus weißen bis durchsichtigen Calcitkristallen (CaCO3), die durch die Metamorphose grobkristallin gewachsen sind. Marmor enthält oft eingeschalteten dunklen Tonanteile oder Färbungen durch Eisen- und Manganoxide. 32 5.3 Karst Spaltensysteme, die sich mit der Zeit zu großen HöhlensysGesteine, die durch chemische Lösungsprozesse stark ange- temen ausweiten können. In diese sickert das Nieder- griffen und gelöst werden, werden als Karstgesteine bezeichnet. Der Name Karst kommt vom indogermanischen "Karre" = schlags- und Oberflächenwasser rasch ein und bildet einen ergiebigen aber verschmutzungsempfindlichen Grundwas- Stein oder karg und gibt einer Landschaft in Kroatien an der serleiter. Das Grundwasser tritt oft an Quelltöpfen in den Nordwestadria ihren Namen. Man unterscheidet die Subrosion von Sulfat- und Chloridgesteinen (Salinarkarst) und die Korro- Tälern in großer Menge zutage, so z.B. am Blautopf und am Aachtopf am Südrand der Schwäbischen Alb. Oberflächen- sion von Karbonatgesteinen (Karbonatkarst). Kalkgesteine gewässer sind in Karstgebieten selten, bzw. versickern nach (Kalziumkarbonat = CaC03) werden durch kohlendioxidhaltiges kurzer Fließstrecke, so dass die Oberflächen von Karstge- Niederschlagswasser entlang von tektonischen Klüften und Schichtfugen aufgelöst (Kohlensäureverwitterung). Der natürli- bieten trocken sind. Es bilden sich charakteristische Landschaftsformen mit Dolinen, Poljen (große, geschlossene che C02 - Gehalt der Atmosphäre bildet mit Regenwasser Becken), Trockentälern und Bachschwinden, wie z.B. die Kohlensäure (H20 + C02 = H2C03). Die chemische Gleichung der Kalklösung lautet: CaC03 + H2C03 = Ca2+ + 2HC03- (Kalzi- Donauversickerung bei Immendingen. Besonders von der Verkarstung betroffen sind unbedeckte oder mit gering- umkarbonat (Kalk) + Kohlensäure = Kalzium-Ion + Hydrogen- mächtigen Gesteinsschichten und Verwitterungsbildungen karbonat-Ion). Das Kalzium-Ion und das Hydrogenkarbonat- bedeckte Kalksteinschichten, wie z.B. die Schwäbische Alb, Ion sind besser wasserlöslich als Kalk, gehen im Wasser in Lösung und werden abgeführt. Der umgekehrte Prozess dieser das Heckengäu und teilweise auch das Strohgäu. Auch Talhänge und Talböden sind wegen der Auflockerung der Gleichung ist die Kalkausfällung, z.B. bei der Tropfsteinbil- Gesteine durch Hangentlastung oft stärker verkarstet. ln dung, bei der Bildung von Kalksinter oder großflächig bei der Gebirgen verkarsten Karbonatgesteinen an der Oberfläche Kalksedimentation in warmen Meeresbecken, wie es aktuell im Bereich der Bahama-Inseln und im Persischen Golf zu beo- oft zu Karren und Schratten, wie z.B. auf dem GottesackerPlateau. Selten kommt es auch in Sandsteinen zu Karster- bachten ist. Im Laufe von Jahrtausenden bilden sich, auch scheinungen, so z.B. in Süd- und Mittelamerika und in abhängig vom Klima, im Kalkgestein durch die Kalklösung immer größer werdende zusammenhängende Australien. Abb. 24 24: Karstformen Quelle: Geographie-Infothek, Klett-Verlag, Stuttgart 33 5.5 Erdbeben Bei der Erdbebentätigkeit in Deutschland handelt es sich und der östliche Teil nach Norden bewegt. Die Erdbebenakti- nicht um die weltweit häufig vorkommenden Plattenrandbeben, wo große Erdkrustenplatten untereinander abtauchen vitäten im Oberrheingraben finden ihre Fortsetzung nach Nordwesten und Westen bis in die Niederrheinische Bucht oder horizontal aneinander vorbei gleiten, wie z.B. in Kalifor- (Raum Köln) und nach Belgien und Holland, wo weitere nien, Japan, Sumatra und Chile, sondern um die selteneren Intraplattenbeben. Die Erdbeben in Deutschland können als Erdbebenschwerpunkte in Deutschland und Europa liegen. An der Landesgrenze von Sachsen und Thüringen im Vogt- Auswirkungen lokaler Spannungskonzentrationen oder land liegt ebenfalls ein Gebiet mit erhöhter Erdbebentätigkeit. Schwächezonen, hervorgerufen durch geologische Heterogenitäten in der Erdkruste verstanden werden. Übersteigen die Spannungen die Festigkeit der Gesteine im Untergrund, so In den vergangenen 200 Jahren wurden in Baden- Württemberg Erdbeben mit einer Magnitude bis zur Stärke M = 5,7 kommt es zum Bruch der Gesteine. Ein Teil der aufgestauten und mit einer Schadensintensität nach der Makroseismi- Energie wird in Form von seismischen Wellen freigesetzt und bei entsprechender Stärke an der Oberfläche als Erdbeben schen Skala von bis zu I = 7 registriert. In Basel hat sich 1356 ein verheerendes Erdbeben mit der Magnitude M = 6,5 wahrgenommen. Als Hauptmotor für diese Vorgänge wird die - 7 und der Schadensintensität I = 9 ereignet. Entlang des Bewegung der afrikanischen Platte nach Norden gegen die Oberrheingrabens kommt es häufiger zu mittelstarken Erd- Europäische Platte vermutet. Diese seit über 60 Mio. Jahren andauernde Bewegung hat auch zur Auffaltung der Alpen stößen. Beim bisher stärksten Beben auf der Schwäbischen Alb im Jahr 1911 mit einer Magnitude von M = 5,6 sind im geführt (siehe Abb. 9 oben). Raum Ludwigsburg Schäden der Intensität I = 6 aufgetreten. Die Fachleute gehen davon aus, daß in Südwestdeutschland Die Energie eines Erdbebens im Erdbebenherd wurde früher nach der logarithmischen "Richter-Skala ML" berechnet. maximale Erdbebenstärken der Magnitude M = 6 auftreten können. Dann wäre mit Schäden der Intensität um I = 7 zu Heute wird überwiegend die logarithmische "Moment- rechnen. In Baden-Württemberg ist etwa alle 10 Jahre mit Magnituden-Skala MO“ verwendet, welche die Erdbebenstärke im Erdbebenherd mathematisch-physikalisch besser be- einem mittelstarken Erdbeben mit Gebäudeschäden und Betriebsstörungen in größerem Umfang zu rechnen (EMS 6 - schreibt und über große Entfernungen anwendbar ist. Beide 7). Skalen sind mathematisch-theoretisch nach oben offen, wobei aus physikalischen Gründen eine Erdbebenstärke über MO = 10,5 nicht möglich ist und die Richter-Scala ab ML = 7 Im April 2005 ist die neuen DIN 4149, "Bauten in deutschen Erdbebengebieten" erschienen: Im Vergleich zur alten Norm ungenau wird. Die Erdbebenskalen sind logarithmisch. Ein wurde der Inhalt vollständig überarbeitet und umstrukturiert. Magnitudensprung, z.B. von 4 nach 5 bedeutet eine 10-fach stärkere Bodenbewegung und die 33-fache Energie. Die Die erdbebengefährdeten Gebiete in Deutschland (Bayern, Baden- Württemberg, Thüringen, Sachsen und entlang des Schäden an der Oberfläche (Schadensintensität = IO) sind Rheins) werden in 4 Erdbebenzonen (Zone 0 bis 3) mit von der Entfernung zum Erdbebenherd, aber auch vom geo- unterschiedlichen Intensitätsintervallen und Bemessungswer- logischen Aufbau des Untergrundes abhängig. Sie werden nach der 12-teiligen "Europäischen Makroseismischen Skala - ten für die Boden-beschleunigung (ag) unterteilt. Innerhalb der Zonen werden 3 geologische Untergrundklassen unter- EMS-" bewertet, die aus der Mercalli-Scala entwickelt wurde. schieden: R = Gebiete mit felsartigem Gesteinsuntergrund, T Bei Erdbeben im Meeresbereich kommt es gelegentlich zu = Übergangsbereich zwischen R und S und S = Gebiete mit verheerenden Flutwellen (Tsunami), die viele Todesopfer fordern können. tiefer Beckenstruktur und mächtiger Sedimentfüllung. Nach der Festigkeit des Untergrundes werden 3 Baugrundklassen unterschieden: A = unverwitterte Festgesteine mit hoher Die beiden Hauptzentren der Baden-Württembergischen Erdbebentätigkeit liegen im Dreiländereck im Raum Lör- Festigkeit, B = mäßig verwitterte Festgesteine bzw. Festgesteine mit geringer Festigkeit oder grob- und gemischtkörni- rach/Basel und seit Anfang des 20. Jahrhunderts auch im ge, dicht gelagerte Lockergesteine in fester Konsistenz und Zollernalbkreis bei Albstadt und Balingen. Innerhalb der C = stark bis völlig verwitterte Festgesteine oder grob- und durch Bruchtektonik geprägten südwestdeutschen Großscholle werden zwei in Süd-Nord-Richtung verlaufende gemischtkörnige, mitteldicht gelagerte, sowie feinkörnige Lockergesteine in mindestens steifer Konsistenz. Die Unter- Scherzonen vermutet: Die Kaiserstuhl-Scherzone von Basel grundklassen und die Baugrundklassen werden kombiniert bis Lorsch und die Albstadt-Scherzone. Die Erdbeben führen (z.B. A-R). Für Hochbauten werden 4 Bedeutungskategorien in Südwestdeutschland zu Blattverschiebungen, wobei sich der westliche Teil der Scherfläche nach Süden Die Ludwigsburger Gemarkung liegt innerhalb der Erdbeben- angegeben, denen Bedeutungsbeiwerte (γI) zugeordnet sind. zone 0 (Warnzone) und innerhalb der geologischen Unter- 34 grundklasse R. Für die Erdbebenzone 0 gilt das Intensitätsin- Die weiteren Details zur Einstufung und zu den vielfältigen tervall (I) 6 <= I < 6,5. Für den rechnerischen Erdbeben- Berechnungsmöglichkeiten sind ggf. in der DIN nachzulesen. nachweis ist in Zone 0 kein Bemessungswert der Bodenbeschleunigung (ag) anzusetzen. Die DIN 4149 muss nur in den Erdbebenzonen 1 bis 3 angewendet werden. Schadensintensität IO nach der Europäischen Makroseismischen Skala - 1998 Spitzenbeschleunigung g 2–3 ~ 0,01 3–4 Geothermiebohrung Basel 2006 ~ 4,25 ~5 keine nennenswerte Gefährdung Momentmagnitude MO . Erdbebenzonen A A 0 1 g = 0,98 m/s2 0,015 – 0,02 0,02 -0,03 0,06 – 0,07 1 ~6 2 Beben von Albstadt 1911 3 Erdbebengefährdung (EMS-98 Kurzfassung, abgeleitet von der Mercalli-Scala) Schadens- Charakter- Wahrnehmungen und Schäden (Die Bauschäden beziehen sich auf eine solide mittelintensität isierung europäische Bauweise.) IO nicht 1 fühlbar kaum Nur sehr vereinzelt von ruhenden Personen 2 bemerkbar wahrgenommen. schwach Von wenigen Personen in Gebäuden wahrge3 nommen. Ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern. deutlich Im Freien vereinzelt, in Gebäuden von vielen 4 Personen wahrgenommen. Einige Schlafende erwachen. Geschirr und Fenster klirren, Türen klappern. stark Im Freien von wenigen, in Gebäuden von den 5 meisten Personen wahrgenommen. Viele Schlafende erwachen. Wenige werden verängstigt. Gebäude werden insgesamt erschüttert. Hängende Gegenstände pendeln stark, kleine Objekte werden verschoben. Türen und Fenster schlagen auf und zu. leichte Viele Personen erschrecken und flüchten ins 6 GebäudeFreie. Einige Gegenstände fallen um. An vielen schäden Häusern, vornehmlich in schlechterem Zustand entstehen leichte Schäden, wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z.B. kleinen Verputzteilen. GebäudeDie meisten Personen erschrecken und flüchten 7 schäden ins Freie. Möbel werden verschoben. Gegenstände fallen in großen Mengen aus den Regalen. An vielen Häusern solider Bauart treten mäßige Schäden auf (kleine Mauerrisse, abfallen von Putz, herabfallen von Schornsteinteilen). Vornehmlich Gebäude in schlechtem Zustand zeigen größere Mauerrisse und Einsturz von Zwischenwänden. schwere Viele Personen verlieren das Gleichgewicht. An 8 Gebäudevielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schäden schwere Schäden auf; d.h. Giebelteile und Dachgesimse stürzen ein. Einige Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein. zerstörend Allgemeine Panik unter den Betroffenen. Sogar 9 gut gebaute gewöhnliche Bauten zeigen sehr schwere Schäden und teilweisen Einsturz tragender Bauteile. Viele schwächere Bauten stürzen ein. sehr Viele gut gebaute Häuser werden zerstört oder 10 zerstörend erleiden schwere Beschädigungen. verwüstend Die meisten Bauwerke, selbst einige mit gutem 11 erdbebengerechtem Konstruktionsentwurf und Ausführung werden zerstört. vollständig Nahezu alle Konstruktionen werden zerstört. 12 verwüstend 0,1 - 0,2 6–7 0,2 – 0,3 7 - 7,5 0,3 – 0,5 Beben von Basel 1356 ~8 0,6 – 0,7 ~ 8,5 0,8 – über 1 Beben im Pazific vor Japan 2011 9 – 10 Beben im Ind. Ozean vor Sumatra 2004 1-2 35
