relief, gestein, boden
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ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? ca. 1995 ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung 1997 RELIEF, GESTEIN, BODEN 1998 WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? 2004 ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? 1997 2002 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Biosphäre Atmosphäre Pedosphäre Hydrosphäre Lithosphäre RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GEOLOGIE Forschungsgegenstand ERDE / ERDSYSTEM • Entwicklungsgeschichte • Aufbau, Zusammensetzung & Struktur • Physikalische Eigenschaften GEOPEDOLOGIE GEMORPHOLOGIE PEDOLOGIE Forschungsgegenstand FORMEN der ERDOBERFLÄCHE Forschungsgegenstand BODEN • Genese & Prozesse • Klassifikation & Verbreitung • Funktion • Entstehung & Verbreitung • Klassifikation & Funktionen • Nutzung & Schutz RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GLIEDERUNG Klassische Definitionen • Relief • Gestein • Boden Fragen der Abgrenzung • Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiele des integrativen Ansatzes • Isostasie und Tektonik • Glaziallandschaften 8 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GLIEDERUNG Klassische Definitionen • Relief • Gestein • Boden Fragen der Abgrenzung • Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiele des integrativen Ansatzes • Isostasie und Tektonik • Glaziallandschaften 9 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DAS RELIEF 10 Georelief Atmosphäre Feste Erdkruste Als Georelief wird die Grenzfläche der festen Erdkruste gegen die Hydro- bzw. Atmosphäre bezeichnet (Leser 1997). Georelief Atmosphäre Feste Erdkruste Das Georelief ist die zusammenfassende Bezeichnung für die Oberflächenformen der Erde, die von der () Geomorphologie untersucht werden. Das Georelief repräsentiert die Reliefformen an sich, die verschiedene räumliche, habituelle, substantielle und genetische Merkmale aufweisen und durch verschiedene geomorphodynamischen Prozesse (Prozesse der Reliefentwicklung) gebildet wurden bzw. werden (Leser 1997). RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DAS GESTEIN 13 Gestein Def. Gestein & Mineral (Scheffer & Schachtschabel 2002): Gesteine sind natürliche Mineralanhäufungen als Ergebnis eines definierbaren geologischen Vorganges von meist erheblicher Ausdehnung. Die Mineralanhäufungen können locker oder fest gefügt sein. Minerale sind natürliche, überwiegend anorganische und chemischeinheitliche Verbindungen, deren elementare Bausteine in definierter, regelmäßiger-periodischer Weise angeordnet sind: sie sind kristallisiert. Granit, Flossenbürg, Bayern Der Kreislauf der Gesteine MAGMA Primäres Material Der Kreislauf der Gesteine MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Primäres Material Kristallisation Der Kreislauf der Gesteine BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Primäres Material Kristallisation Der Kreislauf der Gesteine SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Primäres Material Kristallisation BIOGENES MATERIAL Der Kreislauf der Gesteine SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Primäres Material Kristallisation BIOGENES MATERIAL Der Kreislauf der Gesteine Diagenese SEDIMENTE SEDIMENTÄRE GESTEINE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Primäres Material Kristallisation BIOGENES MATERIAL Der Kreislauf der Gesteine Diagenese SEDIMENTE SEDIMENTÄRE GESTEINE Ablagerung Transport Metamorphose BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) METAMORPHE GESTEINE Metamorphose MAGMA Primäres Material MAGMATISCHE GESTEINE Kristallisation BIOGENES MATERIAL Der Kreislauf der Gesteine Diagenese SEDIMENTE SEDIMENTÄRE GESTEINE Ablagerung Transport Metamorphose BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) METAMORPHE GESTEINE Metamorphose Anatexis MAGMA Primäres Material MAGMATISCHE GESTEINE Kristallisation RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DER BODEN Podsol, Schleswig-Holstein 23 Boden Def. Boden (Scheffer & Schachtschabel 2002): Böden sind Teil der belebten obersten Erdkruste des Festlandes. Sie sind nach unten hin durch festes oder lockeres Gestein, nach oben durch eine Vegetationsdecke und die Atmosphäre begrenzt, während sie zur Seite gleitend in benachbarte Böden übergehen. Böden sind Naturkörper unterschiedlichen Alters. Sie sind entstanden durch bodenbildende Prozesse und zwar je nach Art des Ausgangssubstrates und Reliefs unter einem bestimmten Klima und damit einer bestimmten streuliefernden Vegetation mit charakteristischen Lebensgemeinschaften (Biozönosen) ( Faktoren der Bodenbildung). Martinelli Snowfield, Colorado Front Range, CO, USA 25 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GLIEDERUNG Klassische Definitionen • Relief • Gestein • Boden Fragen der Abgrenzung • Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiele des integrativen Ansatzes • Isostasie und Tektonik • Glaziallandschaften 26 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Abgrenzung Relief – Boden – Gestein? Oberflächennaher Untergrund Georelief Boden Gestein pleistozäne Lagen Oberflächennaher Untergrund Def. Oberflächennaher Untergrund: Der oberflächennahe Untergrund ist die äußerste Erdrinde von im Maximum einigen Metern bis u.U. wenigen Dekametern Mächtigkeit, in der sich Prozesse der Verwitterung, Bodenbildung, Formbildung und Sedimentbildung abspielen und deren Zusammensetzung und Aufbau ökologisch bedeutsam ist (Leser 1997). Oberflächennaher Untergrund Georelief Boden Gestein pleistozäne Lagen Earth‘s Critical Zone Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Glazigene Sedimente über Festgestein, Pyrenäen, Spanien Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Periglaziale Deckschichten in deutschen Mittelgebirgen Aufbau und Gliederung Völkel et al. (2002: 56) Rehfuess (1981: 28) vgl. auch Semmel (1983: 53) Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Periglaziale Deckschichten in den Pyrenäen Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Granitvergrusung / Saprolith, Harz Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Mineralspektrum periglazialer Deckschichten, Bsp. Bayerischer Wald Raab et al. (2007) RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GLIEDERUNG Klassische Definitionen • Relief • Gestein • Boden Fragen der Abgrenzung • Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiele des integrativen Ansatzes • Isostasie und Tektonik • Glaziallandschaften 35 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Welchen Einfluss hat die Dynamik der (festen) Erde? Plattentektonik Isostasie Dynamik der Erdkruste Beispiel Subduktion: Indonesien Frisch & Loeschke (1993: 110) Dynamik der Erdkruste Beispiel Subduktion: Indonesien USGS (12/2004) http://staff.aist.go.jp/kenji.satake/animation.gif PLATES 2002 Atlas of Plate Reconstructions (750 Ma to Present Day) By L.A. Lawver, I.W.D. Dalziel, L.M. Gahagan, K.M. Martin, and D. Campbell 2002, University of Texas Institute for Geophysics August 19, 2002 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Kontinentale Kruste Ozeanische Kruste 1,0 g/cm3 2,8 g/cm3 3,0 g/cm3 Erdmantel 3,3 g/cm3 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Kontinentale Kruste Auflast (z.B. Eis) Ozeanische Kruste 1,0 g/cm3 2,8 g/cm3 3,0 g/cm3 Erdmantel 3,3 g/cm3 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie: Beispiel Antarktis Hambrey (1994: 38) 71 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Kontinentale Kruste Entfernung der Auflast (z.B. Abschmelzen) Ozeanische Kruste 1,0 g/cm3 2,8 g/cm3 3,0 g/cm3 Erdmantel 3,3 g/cm3 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie: Beispiel Skandinavien Nach dem Abschmelzen des skandinavischen Inlandeises wurde die Landmasse im Postglazial isostatisch um bis zu 300 m (!) gehoben. raised beaches Ahnert (1996: 47) RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Beispiel: Küstenterrassen und Bodenentwicklung in Kalifornien 74 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Lage der Plattengrenzen und Küstenterrassen im nördlichen Kalifornien Muhs et al. (2003: 14) Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung San-Andreas Störung Plattenbewegung während des Erdbebens von 1906 Muhs et al. (2003: 11) Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Zusammenhang Küstenterrassen / Meeresspiegelhochstände*, abgeleitet aus der Sauerstoffisotopenkurve *durchschnittliche tektonische Hebungsrate 0,3 m / 1000 a An tektonisch gehobenen Küsten haben interglaziale Hochstände des Meeresspiegels Terrassentreppen hinterlassen Muhs et al. (2003: 14) Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Kalifornische Küste nördlich von San Francisco Die Küstenterrassen sind ehemalige Brandungsplattformen Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Küstenterrasse nördlich von San Francisco Die Küstenterrassen liegen heute z.T. über 100 m NN Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Gehobene marine Sedimente an der kalifornischen Küste Als Relikte der ehemaligen marinen Dynamik finden sich auch Strandsedimente Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Boden auf einer Küstenterrasse an der kalifornischen Küste Auf den unterschiedlich alten Terrassen haben sich Böden mit unterschiedlicher Mächtigkeit entwickelt Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 200 ka BP Meer Küste Festland Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 100 ka BP Meer Küste Festland Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 10 ka BP Meer Küste Festland Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 200 ka 100 ka 10 ka Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung 20-24 m Bodenentwicklung an der Kalifornische Küste (Mendocino – Westport) 38-42 m 58-63 m 83-89m Muhs et al. (2003: 15) RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GLIEDERUNG Klassische Definitionen • Relief • Gestein • Boden Fragen der Abgrenzung • Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiele des integrativen Ansatzes • Isostasie und Tektonik • Glaziallandschaften 88 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Glaziallandschaften der Gebirge Bayerischer Wald Pyrenäen 89 Glaziale Prozesse und Formen Glaziologische Grundlagen Massenbilanz: Nährgebiet Zehrgebiet Gleichgewichts- oder Firnlinie (equilibrium line altitude ELA) Akkumulation Ablation Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Talgletscher Beispiel: Großer Aletschgletscher, Schweiz -ELA- Glaziale Prozesse und Formen Glaziologische Grundlagen Fließbewegung: A Basales und randliches Gleiten Hambrey (1994: 54) B Interne Deformation Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Plateaugletscher Beispiel: Glacier National Park, Rocky Mts., BC, Canada Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Kargletscher Beispiel: Rocky Mts. National Park, CO, USA Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Prozesse der glazialen Erosion Detersion und Detraktion Illecillewaet Glacier, Rocky Mts., BC, Canada Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Formen der glazialen Erosion Gletscherschrammen, Rundhöcker und roche moutonnées Gletschervorfeld Illecillewaet Glacier, Rocky Mts., BC, Canada Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Formen der glazialen Erosion Trogtal Wallis, Schweiz Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Formen der glazialen Erosion Kar Kleiner Arbersee, Bayerischer Wald Glaziale Prozesse und Formen Glazialer Transport Transportpfade subglazial: an der Basis des Gletschers englazial: im Gletscher supraglazial: auf dem Gletscher Mit verantwortlich für die Beschaffenheit der glazigenen Sedimente: Abrundung der Kanten Lagerungsdichte Korngrößenverteilung ... Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Der Begriff ‚Moräne‘ Mehrfache Verwendung: 1. Material, das von einem aktiven Gletscher transportiert wird. 2. Material, das von einem Gletscher abgelagert wurde. 3. Form, die das abgelagerte Material bildet. Besser: Differenzierung in ‚Till‘ und ‚Moräne‘ Till Moräne Sediment Form Glaziale Dynamik, Formen und Sedimente Glaziale Ablagerung Tillfazies lodgement till Frazer-Tal, Rocky Mts., BC, Canada melt-out till Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Endmoränen Tal des Rio Aragon, Spanische Pyrenäen 102 Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Seitenmoränen (Ufermoränen) Großer Aletschgletscher, Schweiz Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Mittelmoränen Großer Aletschgletscher, Schweiz Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Obermoränen Unterer Grindelwaldgletscher, Schweiz Glaziallandschaft Bayerischer Wald Raab & Völkel (2003) Kleiner Arbersee Glaziale Formen S N Raab (1999) Kennzeichen der Sedimente Lodgment Till Lower Head Raab et al. (2007) Sedimente und Bodenentwicklung Sedimente und Abflussverhalten Raab et al. (2007) Geomorphologie, Stratigraphie und Bodenverbreitung Raab et al. (2007) RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Parabraunerde aus Löss über Regensburger Grünsandstein, se von Regensburg, Bayern 113 RELIEF, GESTEIN, BODEN – WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? 114 Literatur Ahnert, F. (20033): Einführung in die Geomorphologie. Ulmer. Stuttgart. Frisch, W. & J. Loeschke (19933): Plattentektonik. WBG. Darmstadt. Hambrey, M.J. (1994): Glacial Environments. UCL Press. London. Leser, H. (1997): Wörterbuch der Geographie. Muhs et al. (2003): Marine terraces, sea level history and Quaternary tectonics of the San Andreas fault on the coast of California. – Easterbrook, D.J. (ed): INQUA 2003 Field Guide Volume. Quaternary Geology of the United States: 1-18 Raab, T. (1999): Würmzeitliche Vergletscherung des Bayerischen Waldes im Arbergebiet. Regensburger Geographische Schriften 32, 327 S. Raab, T. & J. Völkel (2003): Late Pleistocene glaciation of the Kleiner Arbersee area in the Bavarian Forest, south Germany. - Quaternary Science Reviews 22: 581-593. Raab et al. (2007): Character, age and ecological significance of Pleistocene Periglacial Slope Deposits in Germany. - Physical Geography 28: 451-473. Rehfuess, K. E. (1981): Waldböden. Entwicklung, Eigenschaften und Nutzen. Parey. Hamburg. Scheffer, F. & P. Schachtschabel (200215): Lehrbuch der Bodenkunde. Spektrum. Heidelberg Semmel, A. (1983): Grundzüge der Bodengeographie. Teubner. Stuttgart. Völkel, J. et al. (2002): Zur Bedeutung kaltzeitlicher Hangsedimente in zentraleuropäischen Mittelgebirgslandschaften und zu Fragen ihrer Terminologie. - Petermanns Geographische Mitteilungen 146 (2): 50-59. ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE?
