English - Universität Koblenz · Landau
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Geomorphologie Wintersemester 2015 / 2016 Hermann Jungkunst Geomorphologie Herleiten aus dem Altgriechischen: gé morphé logos die Erde die Form der Geist, das Wort, die Wissenschaft 2 Hermann Jungkunst Geomorphologie Wissenschaft zur Entstehung der Oberflächenformen (Landschaften) Welche Kräfte müssen wirken damit Oberflächenformen entstehen? Relief 3 Hermann Jungkunst Geomorphologie Endogene Prozesse (z.B. Bildung des Ausgangsgesteins und vor allem Tektonik) Relief 4 Hermann Jungkunst Deformation der Gesteine durch Faltung und Bruchtektonik Geomorphologie verschiedene Gesteine Deckgebirge (Sedimente) Grundgebirge (Granit/Gneis -Sockel) Press & Siever 1995 5 Hermann Jungkunst Geomorphologie Exogene Prozesse (z.B. Klima) Zeit Relief Endogene Prozesse (z.B. Bildung des Ausgangsgesteins) 6 Hermann Jungkunst Geomorphologie Initial- und Folgeformen (endogene vs. exogene Dynamik) Strahler & Strahler 1999 7 Hermann Jungkunst Geomorphologie Plattentektonik Reliefkarte der Lithosphärenplatten Press & Siever 1995 8 Hermann Jungkunst Geomorphologie Hot spot-Vulkanismus Hawaii-Rücken, Imperator-Tiefseeberge Frisch & Meschede 2004 Seibold & Berger 1993 9 Hermann Jungkunst Geomorphologie Plattentektonik – Von der umstrittenen Hypothese zur fundierten Theorie Es sollte immer mindestens einen zweiten unabhängigen Hinweis geben für den Übergang von Hypothese zur Theorie. Was könnte es hier sein? Press & Siever 1995 Das puzzleartige Zusammenpassen der Kontinente 10 Hermann Jungkunst Geomorphologie 11 Hermann Jungkunst Geomorphologie Das Alter des Meeresbodens (in Mio. J.) Wem sagen die Erdzeitalter was? Press & Siever 1995 12 Hermann Jungkunst Erdbeben und Vulkanismus (Ring of Fire) Geomorphologie Diercke Weltatlas 13 Hermann Jungkunst Geomorphologie Endogene Dynamik Tektonische Bewegungen, Lagerungsformen und Strukturen Tektonische Landformen Hermann Jungkunst Geomorphologie Sättel (Antiklinalen) sind nach oben gewölbt, Mulden (Synklinalen) nach unten gebogen Press & Siever 1995 Hermann Jungkunst Geomorphologie 16 Hermann Jungkunst Geomorphologie Magmatite Ergussgesteine/Vulkanite (z.B. Basalt, Rhyolith/Porphyr, Bims) Tiefengesteine/Plutonite (z.B. Granit, Gabbro) Sedimentgesteine/Sedimentite klastische Sedimentite (z.B. Sand-, Tonstein, Konglomerat, Brekzie) biogene Sedimentite (z.B. Kalkstein) chemische Sedimentite (z.B. Steinsalz, Gips) Metamorphite Quarzit aus Sandstein Tonschiefer aus Tonstein Marmor aus Kalkstein Gneis aus Granit 17 Hermann Jungkunst Geomorphologie Verwitterung Physikalische und chemische Verwitterung 18 Hermann Jungkunst Geomorphologie Klimaabhängige Zonierung Aus: Gebhardt et al. 2007 19 Hermann Jungkunst Geomorphologie Aus: Gebhardt et al. 2012 20 Hermann Jungkunst Geomorphologie Die Ausprägung des Regoliths (Verwitterungsdecke) sowie die Massentransporte (Erosion) bestimmen im Wesentlichen die Ausprägung des Landschaftsbilds 21 Hermann Jungkunst Geomorphologie Typisierung 22 Hermann Jungkunst Geomorphologie Typisierung 23 Hermann Jungkunst Geomorphologie Abflussregime Perennierend, z.B. Tropen oder Mittelbreiten Perennierender, periodischer und episodischer Abfluss (meist klimaabhängig – wann nicht?) Periodisch, z.B. mediterrane Subtropen Episodisch, z.B. subtropisch- randtropische Trockengürtel 24 Hermann Jungkunst Geomorphologie Erosion, Transport und Akkumulation durch fließendes Wasser Korngrößenabhängigkeit Die Grenzfließgeschwindigkeiten für Erosion und Ablagerung sind korngrößenabhängig. a) Für die Erosion gröberer Partikel ist eine steigende Schleppkraft notwendig, aber b) auch bei sehr kleinen Korngrößen sind steigende Fließgeschwindigkeiten erforderlich (Kohäsionskräfte!). Dafür aber Bleiben Tone auch bei sehr geringen Fließgeschwindigkeiten in Suspension (Transport), während Kiese dann schon längst zur Ablagerung kommen. Kurve nach Hjulström Quelle: ZEPP, 2004: 142 25 Hermann Jungkunst Geomorphologie Erosion, Transport und Akkumulation durch fließendes Wasser Sedimentstrukturen Dammuferfluss, Uferwallbildung z.B. Po, Italien, Quelle: Press & Siever 1995 26 Hermann Jungkunst Geomorphologie Flussterrassen Leser 1994 27 Hermann Jungkunst Sonderformen tektonisch ausgelöster Talentwicklung Geomorphologie Antezendentes Durchbruchstal antecedere (lat. vorausgehen) bedeutet, dass der Flusslauf schon existierte bevor sich das Gebirge hob. Täler von Flüssen, deren Laufrichtung schon festgelegt war, bevor das heute durchgebrochene Gebirge aufstieg. Mit der tektonischen Hebung Schritt haltend schnitt sich der Fluss in den aufsteigenden Gebirgskörper ein. Beispiel: Mittelrheintal im Rheinischen Schiefergebirge. Antezendentes Durchbruchstal. Quelle: Leser 2003, S.91 28 Hermann Jungkunst Geomorphologie Epigenetisches Durchbruchstal epi (gr. darauf) und genesis (gr. Schöpfung, Entstehung) bedeutet, dass das Tal in Strukturen eingetieft wird, die älter sind als der Fluss. Täler, die in ihrer ersten Anlage auf Lockersedimenten entstanden, die einen verschütteten Gebirgs- oder Härtlingsrücken bedeckten. Mit der allgemeinen Tieferlegung der Oberfläche werden diese Rücken wieder freigelegt und durch die Tiefenerosion des Flusses eingeschnitten. Beispiel: Durchbruchstäler im Appalachengebirge. Epignetisches Durchbruchstal, Quelle: Leser 2003, S.94 29 Hermann Jungkunst Geomorphologie Glaziale Serie Hermann Jungkunst • • Geomorphologie Die Glaziale Serie, Penck 1902 (in Penck & Brückner 1901-09). Gleichzeitig entstandene Formengemeinschaft an einem Gletschereisrand, deren Glieder räumlich aufeinander folgen. Vom Zentrum der Inlandvereisung reihen sich: 1. Grundmoräne 2. Endmoräne 3. Sander 4. Urstromtal Im Alpenvorland finden sich: 1. Grundmoräne/Zungenbecken 2. Endmoräne 3. Schotterfeld 31 Hermann Jungkunst Geomorphologie 32 Hermann Jungkunst Geomorphologie Äolische Sedimente Löss (führt zu fruchtbaren Böden) 33 Hermann Jungkunst Periglazialgebiet Geomorphologie Periglazialgebiet 34 Hermann Jungkunst Geomorphologie Südwestdeutsches Schichtstufenland 35 Hermann Jungkunst Geomorphologie Rumpfflächen Erklärungsansätze zur Flächenbildung: 1. marine Abrasion (Ramsay) 2. Zyklentheorie (Davis) 3. Pedimentation (Penck, Ahnert, King, Rohdenburg) 4. „Doppelte Einebnung“ (Büdel) 5. Polygenetisch (Brückner) 36 Hermann Jungkunst Karstformen Geomorphologie Überblick (Lösung und Fällung) Hermann Jungkunst Geomorphologie Polje seitliche Korrosion durch Wasser Semmel 1991 38 Hermann Jungkunst Geomorphologie Reliefsequenz arid-morphologische Catena Erg Hermann Jungkunst Geomorphologie Schichtstufen Entstehung An unterschiedlich widerständige Gesteinsschichten gebundene Geländestufe im Bereich leicht einfallend lagernder (Sediment-)gesteine Schichtgrenze zwischen Stufenbildner und Sockelbildner muss an der Landoberfläche anstehen Stufenbildner: widerständiges, „morphologisch hartes“ Gestein: mechanische Härte, hohe Porosität, Klüftigkeit, z.B. Kalkstein, Sandstein Sockelbildner: wenig widerständiges, „morphologisch weiches“ Gestein: mechanisch weich, geringe Wasserdurchlässigkeit, z.B. Tonsteine, Mergel und Granit („vergrußt“) Intensität der Erosions- und Denudationsprozesse müssen stark abhängig von der Verschiedenartigkeit der Gesteine sein (gemäßigtes und oder trockenes Klima) 40 Hermann Jungkunst Geomorphologie Grundzüge des Aufbaus von (a) Schichtstufen (b) (a) und (b) Entwicklung der Stufen aus einem tektonischen Sattel (Antiklinale) (c) (c) und (d) aus einer tektonischen (d) Mulde (Synklinale) Semmel 1991 Semmel 1991 1 = weiches kristallines Grundgebirge (z.B. Granit) 2 = hartes Sedimentgestein (z.B. Sand) 3 = weiches Sedimentgestein (z.B. Mergel) 4 = hartes Sedimentgestein (z.B. Kalk) 41 Hermann Jungkunst Geomorphologie Schichtstufen: Begriffe Unterschied zu Inselberg? Schichtstufenrelief Blume (1994) Semmel (1991) 42 Hermann Jungkunst Geomorphologie Schichtquellen (Grundwasserleiter Stufenbildner) Ahnert 1999 (Quellhorizont zwischen Sockel- und Stufenbildner) (Grundwasserstauer Sockelbildner) 43 Hermann Jungkunst Geomorphologie Abtrag und Zurückverlegung humid arid 44 Hermann Jungkunst Geomorphologie Rumpfflächen Entstehung Brückner unabhängig von Gestein, Faltenstrukturen, Bruchlinien oder Verwerfungen, entstandene „Fastebene“. d.h. keine Beziehung zum inneren Bau, der feste Gesteinsuntergrund ist gekappt und bis auf sein ‚Inneres' (= Rumpf) freilegen nur noch der Rumpf einer ehemals stärker gegliederten Landschaft erhalten Erosions- und Denudations - Intensität undabhängig von der Verschiedenartigkeit der Gesteine (v.a. in humiden Tropen- und Subtropenklima) Aus der Rumpffläche (Peneplain) können vereinzelt und in Gruppen Inselberge herausragen 45 Hermann Jungkunst Geomorphologie Doppelte Einebnung 1957 von Julius Büdel Verschieden widerständige Gesteine werden “gekappt”, da das widerständigere unter einer dünnen Regolithdecke mit der gleichen Geschwindigkeit verwittert wie das schwächere Gestein unter einer entsprechend mächtigeren Decke. Enstehung von Rumpfflächen & Inselbergen durch doppelte Einebnung (Wirthmann 1994,S.21) 46 Hermann Jungkunst Geomorphologie Entstehung durch Abtragung des Regoliths (1) Das Ausgangsrelief, ein Bergland, ist in gefalteten Gesteinen wechselnder Härte (Bildmitte) angelegt. (2) Durch tropisch-feuchten oder tropisch-wechselfeuchten Bedingungen erfolgt gleichmäßig tiefgründige Verwitterung unabhängig von der geomorphologischen Widerstandsfähigkeit Die Schritte (2) und (3) verlaufen „normalerweise miteinander, d. h. bei sukzessivem Verwittern erfolgt zugleich sukzessive das Abtragen und Fortführen des verwitterten Materials. (3) Das Verwitterungsmaterial wird flächenhaft abgetragen (gleiches und anderes Klima. Es entsteht eine „Schnitt – oder Kappungsfläche“ 47 Hermann Jungkunst Geomorphologie Rumpfflächen Erklärungsansätze zur Flächenbildung: 1. marine Abrasion (Ramsay) 2. Zyklentheorie (Davis) 3. Pedimentation (Penck, Ahnert, King, Rohdenburg) 4. „Doppelte Einebnung“ (Büdel) 5. Polygenetisch (Brückner) 48 Hermann Jungkunst Geomorphologie Doppelte Einebnung Mächtige Regolithdecke durch tiefgreifende chemische Verwitterung Downwearing (Spüloberfläche UND Verwitterungsbasisfläche werden tiefer gelegt) Backwearing (Subkutane Rückwärtsdenudation) Büdel 1981 49 Hermann Jungkunst Geomorphologie Inselberge Wenn die Spüldenudationsrate die Verwitterungsrate überschreitet wird dieses an der Oberfläche entblößt. Die chem. Verwitterungsrate des nackten Gesteins ist wesentlich geringer als unter der Regolithbedeckung Schildinselberg kuppelförmiger Inselberg: Dom-, Glocken-, Helmberg, Bornhardt Denudationsreste, die aus der Fläche herausragen, während der Rest des Landes abgetragen wurde (oft von Petrovarianz begleitet) Strahler & Strahler 1999 50 Hermann Jungkunst Geomorphologie Bekannte Inselberge Zuckerhut in Rio de Janeiro, Brasilien Quelle: www.wallpapers.diq.ru, www.reisebilder.ch 51 Hermann Jungkunst Geomorphologie Bekannte Inselberge Uluru, Australien, Quelle: www.travelplaces.co.uk Uluru, Australien, Quelle: www.terebess.hu 52 Hermann Jungkunst Geomorphologie Rumpftreppen 53 Hermann Jungkunst Geomorphologie Rumpftreppen Aus: Semmel 1990 54 Hermann Jungkunst Geomorphologie Karstlandschaften Gehören zu den spektakulärsten Landschaften Ursprung der Griechischen Mythologie Reine Gesteinsabhängigkeit da Lösungsverwitterung? 55 Hermann Jungkunst Geomorphologie Karst (slowen. Kras, ital. Carso) ist die Landschaftsbezeichnung für die Kalksteinhochflächen im westlichen Slowenien. In der Geomorphologie versteht man unter diesem Namen Landformen, die durch vorherrschende Lösungsverwitterung und – abfuhr entstanden sind. Vatos-Polje, Griechenland Hermann Jungkunst Geomorphologie Petrographische und hydrologische Voraussetzungen Vorkommen löslicher Gesteine, v.a. Calcit (CaCO3), Dolomit (CaMg(CO3)2), Gips (CaSO4 . nH2O) in möglichst hoher mineralogischer Reinheit. – Ausreichendes Wasservorkommen (keine langen Trockenzeiten oder Frostperioden). – Hohe Wasserdurchlässigkeit des Gesteins (Poren, Klüfte). Karstlandschaften verfügen nur ausnahmsweise über Oberflächengewässer, während sich im Untergrund komplizierte Karstwassersysteme herausbilden. 57 Hermann Jungkunst Geomorphologie Kohlensäureverwitterung Karstverwitterung Kohlensäure ist durch Lösung von Kohlendioxid CO2 in natürlichem Wasser vorhanden Calcit CaCO3 (Kalk) reagiert mit Kohlensäure zu Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2 Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2 ist in Wasser leicht löslich Dies ist Voraussetzung für die „Löslichkeit“ des Kalks und für die Entstehung von Lösungsformen (Karstformen) Prozess der Korrosion 58 Hermann Jungkunst Geomorphologie Löslichkeit von Gesteinen im Wasser bei 18°C Gestein Chem. Formel Löslichkeit Steinsalz (Halit), Kalisalz (Sylvinit) NaCl, KCl 356 g/l Gips CaSO4 x 2H2O 2,6 g/l Kalk, Dolomit CaCO3, CaMg(CO3)2 1,5-13 mg/l 59 Hermann Jungkunst Geomorphologie Mischungskorrosion Aus: Louis & Fischer 1979:400 60 Hermann Jungkunst Karstformen Geomorphologie Überblick (Lösung und Fällung) Hermann Jungkunst Karstformen Geomorphologie Karren Leser 2003 62 Hermann Jungkunst Lochkarren entstehen durch Wasserstau auf flachen Gesteinspartien, Rinnen- u. Rillenkarren durch den Abfluss auf geneigten Gesteinspartien, Nischenkarren unter Schneebedeckung und bei Kluftkarren orientiert sich die Korrosion am Kluftmuster des Gesteins. Geomorphologie Rinnen- und Kluftkarren Nischenkarren Lochkarren Hermann Jungkunst Geomorphologie Kluftkarren Gottesacker-Plateau (Hoher Ifen) 64 Hermann Jungkunst Geomorphologie Dolinen und Erdfälle Lösungsdoline Einsturzdoline Erdfall Kugler 1987 65 Hermann Jungkunst Geomorphologie Dolinen und Erdfälle Lösungsdolinen Skizze einer Lösungsdoline Einsturzdolinen Skizze einer Einsturzdoline 66 Hermann Jungkunst Geomorphologie Dolinen und Erdfälle Erdfall Skizze eines Erdfalls 67 Hermann Jungkunst Geomorphologie Dolinen und Erdfälle 68 Hermann Jungkunst Polje Geomorphologie Poljen (serbisch: Feld, Ebene) sind die größten geschlossenen Hohlformen des Karstes mit Ausnahme des Ponors (Schluckloch) nur seitliche (laterale) Entwässerung möglich (da Boden durch Residuallehm der KalksteinVerwitterung verstopft ist!) seitliche Korrosion der umgebenden Hänge bedingt Erweiterung des Polje 69 Hermann Jungkunst Geomorphologie Polje seitliche Korrosion durch Wasser Semmel 1991 70 Hermann Jungkunst Geomorphologie Polje Parga-Polje, NW-Griechenland 71 Hermann Jungkunst Geomorphologie Trockentäler Lineare Hohlformen in Folge von Tiefenerosion von Fließgewässern, die heute jedoch kein Gerinnebett mehr vorweisen Trockentäler im Karstrelief sind Vorzeitformen, sie zeigen eine geringere Durchlässigkeit des Untergrundes in vergangenen Phasen der Formenentwicklung an 72 Hermann Jungkunst Geomorphologie Trockentäler Drei mögliche Entstehungsursachen 1. Geformt durch das Fortschreiten der Karstformenbildung selbst (Schaffung und Vergrößerung von Klüften, in denen das Wasser versiegt, durch Lösungsverwitterung) 2. Wasserläufe fließen direkt auf den Grundwasserkissen und schürfen ein Tal aus (fallen bei Absenkung des Grundwasserspiegels trocken) 3. Pleistozäne Eiszeiten mit Dauerfrostböden, die den Untergrund plombierten 73 Hermann Jungkunst Geomorphologie Trockentäler Wagner & Koch 1961 74 Hermann Jungkunst Geomorphologie Außertropen dinarischer (ektropischer) Karst Zepp 2002, S. 241 75 Hermann Jungkunst Geomorphologie intensivere Verkarstungsprozesse Niederschlag, Temperatur (?), Vegetation (org. Säuren...) ZEIT (!) Tropen Betrachtung von Vollformen als Überbleibsel einer ehemals höheren Landoberfläche (gemäßigte Breiten: Betrachtung von Hohlformen innerhalb der Landoberfläche) (Karstschlot) Machatscheck 1973 Hermann Jungkunst Geomorphologie Tropen: Kegel- und Turmkarst Bei den Vollformen handelt es sich um Reste der größtenteils bereits weggelösten carbonatischen Gesteine. Die Basis der steilwandigen Vollformen liegt entweder auf dem Niveau der Karstwasserfläche oder über unlöslichem Gestein. Zepp 2002, S. 245 77 Hermann Jungkunst Geomorphologie Tropen: Kegelkarst Karstkuppen, Bohol, Philippinen Die perfekte Symmetrie der Karstkuppen von Bohol wird durch übereinstimmenden Gesteinsaufbau hervorgerufen. Zuoberst lagen widerständigere, darunter weniger widerständige Kalksteine Dadurch erklärt sich auch die gleiche Höhe der Kuppen. 78 Hermann Jungkunst Geomorphologie Tropen: Turmkarst China Ahnert 1996, S. 320 Turmkarst Thailand Zepp 2002, S. 244 79 Hermann Jungkunst Geomorphologie Tropen: Turmkarst Yangshuo region, Southern China www.imagesbyjillian.com/misty%20karsts Karsttürme (Mogotes) sind Abtragungsreste eines ehemals zusammenhängenden Kalksteinkomplexes von Kegelkarstcharakter und kennzeichnen ein fortgeschrittenes Stadium der Karstkorrosion. Die Karsttürme ragen bis zu >200m über ihre Umgebung auf. 80 Hermann Jungkunst Geomorphologie Genese Als Voraussetzung zur Genese des tropischen Vollformenkarstes werden u.a. diskutiert: - rezente Bildung durch extreme klimatische Gegebenheiten in den feuchten Tropen - lange Zeitdauer der Verkarstung, da während der Kaltzeiten – im Gegensatz zu vielen außertropischen Karstgebieten – keine Unterbrechung der Korrosion infolge langer Frostphasen stattfand - es wird kontrovers diskutiert, ob die Entwicklung von Karstlandschaften dem sog. Karstzyklus folgt, oder ob sie stärker von den klimatischen Gegebenheiten abhängig ist als vom Faktor Zeit – es fehlen „echte Übergangsformen von Hohl zu Vollformen“ (Pfeffer KH) Gebhardt et al. 2007 81 Hermann Jungkunst Geomorphologie Theoretische Entwicklungsstadien der Karstverwitterung 82 Hermann Jungkunst Geomorphologie Sinterbildung Plitvicer Seen, Kroatien http://de.wikipedia.org/wiki/Nationalpark_Plitvicer_Seen
