4 Geomorphologie

Wissenschaft von den Oberflächenformen der Erde

"Geomorphologie ist die Lehre von den Formen der Erdoberfläche und den Kräften und Vorgängen, die sie geschaffen haben" (Wilhelmy, 1971).

Beschreibung: Morphographie

Entwicklung: Morphogenese

Quantitative Beschreibung von Formen: Morphometrie

Quantifizierung von Prozessen: Morphodynamik, Prozessgeomorphologie

Abhängigkeit der Form vom Klima: Klimageomorphologie

4.1. Geomorphologie - Einführung

(AHNERT, nach ZEPP S. 21)

Räumliche und zeitliche Dimensionen

(Zepp, S. 17)

Energieflüsse im geomorphodynamischen System

Exogene Prozesse ( 4.3)

Endogene Prozesse ( 4.2)

Der

Davis

-Zyklu

s

Modelle der Reliefentwicklung

d = 0,2 * h (m / Mio. a)

a) Einmalige Hebung, konstante Denudation

(AHNERT, S. 41)

b) Konstante Hebung, konstante Denudation

Die Hypsometrische Kurve der Erde

4.2 Endogene Prozesse 4.2.1 Der Schalenbau der Erde

Glawion et al. (2009)

Schalenförmiger Aufbau durch Differentiation

Der Schalenbau der Erde

Bezeichnung Material Konsistenz Temp. [°C] ρ [g/m²] Anteil am

Radius

Obere Kruste

(kontinentale Kruste) Granit (SiAl) fest

0 –

einige 100

2,7 0,55%

Untere Kruste (ozeanische

Kruste)

Basalt, Gabbro

(SiMa) fest 2,9 0,15%

Astenosphäre

schwere Silikate

(Peridotit, Olivin)

zähflüssig

einige 100 –

2500

3,3

45% Erdmantel zähplastisch 3,3 – 5

Äußerer Kern Eisen flüssig ca. 2900 >10 35%

Innerer Kern Eisen/Nickel fest 4-5000°C >10 19%

Mohorovicic-Diskontinuität

Der Schalenbau der Erde

2,8

3,3

3,25

3,1 2,2

1,0

Spezifisch leichtere Lithosphärenplatten schwimmen auf dem spezifisch schwereren, zähplastischen Erdmantel

Eintauchtiefe hängt von der Krustendicke ab (dickere Krustenteile tauchen tiefer ein)

4.2.2 Das Prinzip der Isostasie (=Archimedisches Prinzip)

West-Ost-Schnitt durch die Erdkruste entlang 45° nördlicher Breite (RICHTER S. 26)

TK = DK * SK / SM

TK: Eintauchtiefe der Kruste DK: Dicke der Kruste SK: spezifische Dichte der Kruste SM: spezifische Dichte des Mantels

Das Prinzip der Isostasie

Eisauflast und Isostasie

Eisbedeckung von Skandinavien im Weichsel-Glazial

Isostatische Hebung von Skandinavien seit dem Weichsel-Glazial

Erosion und Isostasie

4.2.3 Die Plattentektonik

Verblüffende Übereinstimmung der Kontinentgrenzen, insb. von Südamerika und Afrika

Paläontologische Hinweise (übereinstimmende Fossilien von Landpflanzen und -tieren)

Klimazeugen (z.B. Vereisungsspuren in Afrika) lassen sich nur durch eine völlig andere Lage der Kontinente erklären

Alfred Wegener (1880-1930): Theorie der Kontinentaldrift (ca. 1910, damals von der Fachwelt weitgehend abgelehnt)

Wegeners Kontinentaldrift-Theorie

„Wenn ich auch nur durch die übereinstimmenden Küstenkonturen darauf gekommen bin, so muß die Beweisführung natürlich von den Beobachtungsergebnissen der Geologie ausgehen. Hier werden wir gezwungen, eine Landverbindung zum Beispiel zwischen Südamerika und Afrika anzunehmen, welche zu einer bestimmten Zeit abbrach. Den Vorgang kann man sich auf zweierlei Weise vorstellen: 1) Durch Versinken eines verbindenden Kontinents ‚Archhelenis‘ oder 2) durch das Auseinanderziehen von einer großen Bruchspalte. Bisher hat man, von der unveränderlichen Lage jedes Landes ausgehend, immer nur 1) berücksichtigt und 2) ignoriert. Dabei widerstreitet 1) aber der modernen Lehre von der Isostasie und überhaupt unseren physikalischen Vorstellungen. Ein Kontinent kann nicht versinken, denn er ist leichter als das, worauf er schwimmt. [...] Warum sollten wir zögern, die alte Anschauung über Bord zu werfen?“

Wegeners Kontinentaldrift-Theorie

Antrieb der Kontinantaldrift blieb Wegener verborgen

Schwierige Vorstellung vom "Durchpflügen" der Kontinente durch die ozeanische Kruste

Durchbruch durch topographische Erkundungen des Meeresgrundes, Entdeckung der Mittelozeanischen Rücken

Revolutionärer Paradigmen- wechsel der Plattentektonik in den 1960er Jahren

Die moderne Erkenntnis der Plattentektonik

4.2.3.1 Mittelozeanische Rücken

Frisch & Meschede 2009

Spreizungszonen unter den Ozeanen "Motor" der Spreizung: Konvektionsströme im Erdmantel Magma dringt auf und drängt die Platten auseinander "sea-floor spreading"

Mittelatlantischer Rücken: >15.000 km lang (längster zusammenhängender Gebirgszug der Erde!)

Nur in wenigen Fällen als Inseln über der Meeresoberfläche (z.B. Azoren, Island)

Verlauf entlang von Transformstörungen versetzt

Parallel zum Rücken Streifen von Basaltlava, nach außen älter werdend

Mittelozeanische Rücken

Grabenbruchsysteme ("rift valleys")

Frisch & Meschede 2009

Initialphase der Separierung von Platten

Aufwölbung und Spreizung bewirken grabenartigen Einbruch in der Mitte

Grabenbruchsysteme ("rift valleys")

Beispiele rift valleys: Ostafrikanischer Grabenbruch / Rotes Meer; Oberrheingraben

Auch initial vorhanden auf Mars und Venus

4.2.3.2 Subduktionszonen

Frisch & Meschede 2009

"Rückenschub"

"Plattenzug"

Subduktionszonen

Frisch & Meschede 2009

Übereinanderschieben, Krustenverdickung isostatischer Auftrieb Ozeanische Kruste und Sedimente werden in die Tiefe gezogen und aufgeschmolzen Erdbeben, Vulkanismus

Ozean-Ozean-Kollision Tiefseegraben und Inselbogen

Kontinent-Ozean-Kollision Tiefseegraben und Gebirgskette

Kontinent-Kontinent-Kollision Gebirgsbildung

Typen von Subduktionszonen

Faltungsperioden in Europa (Wilhelmy, S. I,49)

Gebirgsbildung (Orogenese)

Plattenkollision Faltung,

Krustenverdickung, "Eintauchen"

Hebung durch isostatischen Ausgleich

4.2.3.3 Transformstörungen

z.B. San-Andreas-Verwerfung:

Bewegen der Platten aneinander vorbei (ca. 10 cm/a);

Reibung und "verhaken" führen zu häufigen Erdbeben

Lithosphärenplatten und Bewegungsgeschwindigkeit

4.2.3.4 Plattentektonik und

Paläogeographie

http://www.webgeo.de/g_007/

Wiederholte Zyklen von Superkontinenten und Aufspaltung in der

Erdgeschichte (ca. alle 600 Mio. Jahre)

Ehemalige Kontinentlagen von großer Bedeutung für Paläoklima,

Verbreitung von Gesteinen, Ausbreitung von Arten

4.2.3.5 Plattentektonik und Erdbeben

4.2.3.5 Plattentektonik und Erdbeben

4.2.4 Formenschatz der Bruchtektonik

(Flexur)

Bewegung an Störungen

"einfache Störung" Verschiebung

4.2.4 Formenschatz der Bruchtektonik

Oberrheingraben als Typlokalität eines Grabenbruchs

Frisch & Meschede 2009

Skizzieren Sie die hypsometrische Kurve der Erde!

Skizzieren Sie einen ungefähren Schnitt durch die Erdkruste vom Atlantik über die Alpen bis ans Schwarze Meer. Stellen Sie dar: Oberer Mantel / Untere Kruste / Obere Kruste sowie Conrad- und Moho-Diskontinuität!

Seit Ende des Weichsel-Glazials (10-15 ka b.p.) hat sich Skandinavien um mehr als 200 m aus dem Meer gehoben. Worauf ist dies zurückzuführen?

Skizzieren Sie einen Querschnitt durch die Lithosphäre vom Atlantik über Südamerika in den Pazifik und Erläutern Sie daran stichpunktartig (!) den Mechanismus der Plattentektonik!

Datierungen haben ergeben, dass der Meeresboden des Atlantiks aus Streifen von Basaltlava besteht, die nach außen hin immer älter werden. Erklären Sie dieses Phänomen!

Welche drei Typen von Plattenkollisionen kann man unterscheiden, und was für Oberflächenformen bilden sich dabei?

Benennen Sie die folgenden tektonischen Strukturen!

Prüfungsfragen

Skandinavien wurde durch das Gewicht des etwa 3.000 m mächtigen Eisschilds in der letzten Eiszeit in den zähplastischen Erdmantel gedrückt. Seit dem Abschmelzen ist bereits eine isostatische Hebung von rund 250 m erfolgt.

o Wieviel weitere Meter Hebung sind theoretisch noch zu erwarten? Rechnen Sie mit einer Dichte der starren kontinentalen Kruste von 2,8 t/m³ und der des zähplastischen Mantels von 3,3 t/m³. Notieren Sie die erste Ziffer dieser Zahl!

o (Überlegen Sie, warum dieser Wert möglicherweise nicht mit der Realität übereinstimmt.)

Der PhyGeo-Quiz

Verlängerte Semesterferien, 21.3., mittags. Sie sitzen an einen Felsen gelehnt in der Sonne. Sie stecken einen Stab senkrecht in den Boden und beobachten träge den Schatten. 30 cm ist der Stab lang, 14,2 cm misst der Schatten am Boden, kürzer wird er nicht mehr. Sie schauen auf die Uhr und erschrecken: Viertel nach vier Uhr morgens?? Da fällt Ihnen ein, dass die Uhr noch auf Grazer Ortszeit steht. Die Sonne, die Ihnen vorher ins Gesicht schien, wandert langsam nach links. Ein dunkelhäutiger Mann schlendert vorbei, und Sie fragen ihn: Wie heißt das Ding da drüben eigentlich?

Was antwortet der Mann? Notieren Sie den Anfangsbuchstaben der Antwort - es handelt sich um eine bekannte Sehenswürdigkeit.

Der PhyGeo-Quiz

4.2.5.1 Verbreitung von Vulkanen

Entlang von Mittelozeanischen Rücken (MOR) Entlang von Subduktionszonen Intraplattenvulkanismus (z.B. Hawaii, Kanaren, Eifel) Hot Spots

Vulkane - Bezug zur Plattentektonik

MOR: Direktes Aufdringen von Mantelmaterial ( basischer Vulkanismus, effusiv)

Subduktionszonen: aufgeschmolzene ozeanische und kontinentale Kruste ( saurer / intermediärer Vulkanismus, explosiv)

Manteldiapire und "Hot Spots"

Manteldiapire mit Ursprung an der Kern-Mantel-Grenze an der Oberfläche "Hot Spot" mit verstärktem Vulkanismus

Hot Spots bleiben ortsfest, Platten wandern über den Hotspot Vulkanketten

Frisch & Meschede 2009

http://www.appstate.edu

Island Sequence

(oldest to youngest)

Separatio

n

Distance

Age

Difference Rate of Plate

Movement

From Kauai to Oahu 181 km 1,900,000

years 9.5 cm/yr

From Oahu to

Molakai 123 km

1,250,000

years 9.8 cm/yr

From Molakai to

Maui 81 km

700,000

years 11.6 cm/yr

From Maui to

Hawaii 124 km

1,000,000

years 12.4 cm/yr

Beispiel Hawaii

5

Unterschiede im Chemismus des Magmas:

Sauer (felsisch): viskos, SiO2-reich (70%), gasreich, ca. 700-900 C tendenziell explosiver Vulkanismus, Subduktionszonen

Basisch (mafisch): dünnflüssig, SiO2-arm (50%), wenig Gas, ca. 1100 C tendenziell effusiver Vulkanismus, MOR, Hot Spots

4.2.5.2 Eruptionstypen und Förderprodukte

Förderprodukte

Ausfließendes Magma Lava

Je nach Viskosität:

dünnflüssig: Pahoehoe (Fladenlava), Stricklava

zähflüssig: Aa-Lava, Blocklava

subaquatisch: Kissenlava

Ausgeworfene Partikel:

Bomben (> 64 mm)

Lapilli (2 mm - 64 mm)

Asche (< 2 mm)

( Tuff, Schmelztuff)

Glutwolkenstrom (pyroclastic flow)

http://www.swisseduc.ch/

Dispersion aus Gas und Feststoffen

Hohe Temperatur (300-800°C)

extreme Geschwindigkeit (bis 400 km/h), hohe Zerstörungskraft

http://www.youtube.com/watch?v=bgRnVhbfIKQ&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=Bz7WCttwXQk&feature=related

Voraussetzung: saure oder intermediäre Laven mit hohem Gasanteil

Aufwölbung (Staukuppe), Entgasung durch Druckentlastung

Beispiele: Mont Pelée (Martinique), ca. 30.000 Tote, Mount St. Helens (18. Mai 1980), Trotz Evakuierung 57 Tote

9

Lahare

Mischung aus Asche, Lockersedimenten und Wasser

Schlamm- und Schuttströme (≈Murgänge) mit 20 - 90 % Sedimentanteil

Auslöser:

Vulkanausbruch oberhalb der Schneegrenze, mit Aufschmelzen von Schnee und Eis

Starkregen, die auf vulkanisches Lockersediment treffen (können beim Ausbruch entstehen, "Eruptionsgewitter")

Seeausbrüche

Kollaps von porenwasserhaltigen Lockermassen

vor allem entlang der MOR (größte Fördermengen weltweit)

aber auch an Land (z.B. Columbia-River-Plateau, Dekkan-Plateau, Island)

4.2.5.3 Vulkantypen

a) Basaltdecken (Spalteneruption)

http://www.youtube.com/watch?v=WlD-0fDcb4E&feature=fvsr

Bei dünnflüssiger Lava und punktförmigem Austritt

sehr flache Hänge

z.B. Hawaii, Island

b) Schildvulkane

"Klassische" Kegelform

Zähflüssigere, intermediäre oder saure Lava, abwechselnd mit Aschelagen ( Schichtung)

z.B. Ätna, Vesuv, Fuji, Mayon

c) Stratovulkane

13

d) Calderen

Einsturzformen in Folge großer Vulkanausbrüche (infolge Entleerung der Magmakammer)

Durchmesser einige km bis 10er-km

Oft mit neuem Krater im Inneren

Beispiele: Vesuv, Santorin, La Palma, Toba

e) Kryptovulkanismus

Unterirdisch erkaltende Magmamasse: Pluton Je nach Form: Batholith, Lakkolith, Sill, Gang Können als Härtlingsbuckel freigelegt werden

Vulkanschlot ist meist aus relativ erosionsresistentem Gestein aufgebaut Freilegung als Schlotstiel, Vulkanruine

Beispiele: Devil's Tower, Südsteiermark, Hegau

f) Erosionsformen

g) Maare (Phreatovulkanismus)

Aufsteigendes Wasser trifft auf Grundwasserhorizont

Plötzliche Aufheizung "Phreatomagmatische Explosion" (Dampfexplosion)

Zertrümmertes Nebengestein (und Lavabrocken) werden ausgeworfen und bilden Ringwall

Füllung mit See Maar; sonst Trockenmaar

Bekannte Maarlandschaft der Eifel; Laacher-See-Eruption 12,9 ka BP

Schmincke (2010): Vulkanismus

4.2.6 Der Kreislauf der Gesteine

4.2.6.1 Plutonite und Vulkanite

Gemeinsam als Erstarrungsgesteine bezeichnet Auskristallisieren verschiedener Minerale aus erkaltender

Schmelze: z.B. Feldspat, Hellglimmer (Muskovit), Dunkelglimmer (Biotit), Hornblende, Pyroxene, Quarz

Auskristallisieren bei verschiedenen Temperaturen Langsameres Abkühlen größere Kristalle

Abkühlungszeit Pluton: ca. 1 Mio. Jahre Abkühlungszeit Lava: Wochen

Vulkanite haben bei ähnlichem Mineralbestand deutlich

kleinere Kristalle als Plutonite!

Erstarrungsgesteine

sauer ----> basisch

Färbung hell ----> dunkel

SiO2-Gehalt > 70% ca. 60% ca. 55% < 50%

Spez. Gewicht 2,6-2,75 2,6-2,8 2,8-2,9 2,9-3,3

Plutonite Granit Syenit Diabas Gabbro

Vulkanite Rhyolit(Quarzporphyr)

Trachyt Andesit Basalt

4.2.6.1 Plutonite und Vulkanite

4.2.6.2 Sedimente und Sedimentgesteine

Lockersedimente: Von exogenen Prozessen (4.3.) zerkleinertes, transportiertes und schließlich abgelagertes Material

Konglomerat (rund) Brekzie (kantig) Sandstein Schluffstein Tonstein

Verfestigung durch Diagenese (moderate Wärme und Druck, ca. bis 300C / 1 kbar) Bei höherem Druck / höherer T. Metamorphose

Nichtklastische Sedimentgesteine

Chemisch ausgefällt:

Calcit, Dolomit, Gips, Salz

(v.a. aus flachen Meeresbecken) Tiefere Becken: kalkfrei (CCD, ca. 3500 m)

Organisch gebildet:

Calcit (Korallen, Muschelschalen...)

Silikate

Kohlenwasserstoffe

Kalkstein, Steinsalz

Kalkstein (z.B. Riffkalk, Muschelkalk)

Hornstein

Kohle, Erdöl, Erdgas

4.2.6.3 Metamorphe Gesteine

Bei höheren Temperaturen (> ca. 300 C) und höherem Druck (> 1 kbar)

Metamorphose

Umkristallisierung

Einregelung

ab ca. 600 C: Aufschmelzen (Anatexis)

( Erstarrungsgesteine)

Kemo

Notiz

nemoramo znati ovo samo anatexis i to

Granit, saure

Vulkanite

Tonstein

toniger Sandstein,

Grauwacke, Arkose

Gabbro, Basalt

Dolomit

Quarz-

sandstein

Kalkstein

Phyllit

Grünschiefer

Quarzit

Marmor

Glimmerschiefer

Hornblendeschiefer

(Para-) Gneis

(Ortho-) Gneis

Amphibolit

(Eklogit)

Die wichtigsten metamorphen Gesteine und ihre Ausgangsgesteine (nach RICHTER, S. 306, vereinfacht)

4.2.6.3 Metamorphe Gesteine

In welchen geologischen Bereichen der Erde finden Sie (a) basischen Vulkanismus, (b) sauren Vulkanismus?

Ordnen Sie die folgenden Begriffe dem sauren (S) und dem basischen (B) Vulkanismus zu: Schildvulkan / pyroklastischer Strom / Hot Spot / Aa-Lava / Lavafontäne / Subduktionszone / SiO2-reich / Rhyolith / Kissenlava / effusiv / plinianisch

Die Midway-Inseln, 2430 km nordwestlich von Hawaii, weisen ein Gesteinsalter von 27,7 Mio. Jahren auf. Auf was für eine Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung der Pazifischen Platte lässt das schließen?

Welche vulkanischen Erscheinungen fordern die meisten Todesopfer? (Wenn Sie es nicht wissen, machen Sie eine fundierte Schätzung!)

Prüfungsfragen

Skizzieren Sie den Kreislauf der Gesteine mit den drei wichtigsten Haupttypen von Gesteinen!

Nennen Sie zwei Vulkanite und zwei Plutonite – jeweils ein saures und ein basisches Gestein. Wodurch kann man den sauren Vulkanit vom sauren Plutonit unterscheiden?

Nennen Sie die wichtigsten klastischen Sedimentgesteine, jeweils mit Korngrößen!

Welche metamorphen Gesteine entstehen bei der Metamorphose (a) von Tonstein, (b) von Kalkstein?

Prüfungsfragen

Aufbereitung, Zerkleinerung und chemische Veränderung des Gesteins an der Erdoberfläche durch veränderte Druckverhältnisse und den Kontakt zu Atmosphärilien.

Zu unterscheiden:

Physikalische Verwitterung

Chemische Verwitterung

Biogene Verwitterung

In der Praxis fast immer komplexes Wechsel- und Zusammenspiel!

4.3.1 Verwitterung

(Zerkleinerung ohne stoffliche Veränderung)

(Zersetzung mit stofflicher Veränderung)

4.3.1.1 Verwitterungsprozesse

Druckentlastung:

Abplatzen oberflächenparalleler Schichten durch Druckentlastung an der Erdoberfläche

Auch z.B. in Tälern parallel zu den Talflanken

Klüfte als Leitlinien fast aller Verwitterungsprozesse!

4.3.1.1 Physikalische Verwitterungsprozesse

a) Temperaturverwitterung

Bei Sonnenbestrahlung oft extreme Temperaturschwankungen an Gesteinsoberflächen (bis 90 K)

Wirkung: Auflösung des Mineralverbands bei grobkörnigen Gesteinen ( Abgrusen); Abplatzen oberflächenparalleler Schichten ( Desquamation)

Co

oke

et

al. 1

99

3

Temperaturverwitterung

Achtung: Laborversuche zeigen, dass Temperatur-schwankungen ohne Wasserzutritt praktisch unwirksam sind!

Berichte über "Kernsprünge" sind unzuverlässig und nicht belegt!

Felsgravur im Wadi Mathendous, Libyen

Geschätztes Alter: 6.000 - 8.000 a

4.3.1.1 Physikalische Verwitterungsprozesse

b) Hydration

Anlagerung von H2O-Dipolen an Grenzflächenionen in Klüften und Haarrissen

bis > 20.000 N / cm²

Kann sich mit Feuchte- schwankungen täglich wiederholen

Bereits geringe Wassermengen sind ausreichend

"verwandt": Quellen und Schrumpfen von Tonmineralen Hydratation und Hydrolyse eines Silikates,

schematisch (Louis & Fischer, 1979)

4.3.1.1 Physikalische Verwitterungsprozesse

c) Frostverwitterung:

Sprengdruck des Wassers beim Gefrieren (Volumenvergrößerung um 9%)

Maximaler Sprengdruck ca. 20.000 N/cm² bei -22°C

Modellvorstellung: Porenfüllung von über 90% (diese Bedingungen sind in der Natur häufig nicht gegeben!)

Weitere Mechanismen:

Segregation (langsame Wanderung von Wasser in der flüssigen- und Dampfphase zu Eisbildungen)

Bildung von hydrostatischem Druck unter Eisbildungen

Frostverwitterung

Anzahl von Frostwechseln ist nicht unbedingt entscheidend - nordseitig oft stärkere Verwitterung als südseitig ( Rolle der Durchfeuchtung)

Förderung durch Permafrost im Untergrund

Produkt: meist kantiger Frostschutt in alpinen und arktischen Gebieten

d) Salzverwitterung

Steigerung der Effektivität zahlreicher Verwitterungsprozesse bei Anwesenheit von Salzen

Maximaler Sprengdruck ca. 10.000 N/cm²

Häufiges Auftreten in Küstennähe (aber auch Prozess der Bauwerksverwitterung!)

Mechanismen:

Salzkristallwachstum

Hydration von Salzen

Thermale Expansion von Salzen

e) Sprengdruck von Wurzeln

Physikalisch-biogener Prozess

100 - 150 N / cm²

4.3.1.2 Chemische Verwitterungsprozesse

a) Hydrolyse

Kationen des Kristallgitters werden durch H+-Ionen ersetzt Aufweitung der Struktur, Zerfall

Große Bedeutung bei Silikaten (z.B. Orthoklas: 60% Massenanteil in der Erdkruste!)

Beispiel: Umsetzung von Orthoklas mit Wasser und Kohlensäure zu Kaolinit:

2 KAlSi3O8 + 2 H2CO3 + H2O Al2Si2O5(OH)4 + 4 SiO2 + 2 K+ + 2 HCO3

-

Mittelbreiten: Al-Oktaeder und Si-Tetraeder werden zu neuen Tonmineralen umgebaut

Tropen: Abfuhr von Si, Anreicherung von Al

4.3.1.2 Chemische Verwitterungsprozesse

b) Oxidationsverwitterung

Hauptsächlich Fe- und Mn-Verbindungen

z.B. Bildung von Eisenoxiden (Auflockerung der Kristallstruktur, Braunfärbung von Böden)

c) Lösungsverwitterung

Lösung (und Abfuhr) von bereits zersetzten Bestandteilen (Na+, K+, NO3

-, Cl-, SO42-)

Sonderfall: Carbonatverwitterung CO32- ( Karst)

d) Biogene Verwitterung

Beschleunigung fast aller chemischen Prozesse durch organische Säuren (z.B. abgesondert von Wurzeln oder Flechten)

Rangfolge der Verwitterungsanfälligkeit

Eisenoxide widerständig

Aluminiumoxide

Quarz

Tonminerale

Muskovit (weißer Glimmer)

Orthoklas (Kalifeldspat)

Biotit (schwarzer Glimmer)

Albit (Natronfeldspat)

Amphibole

Pyroxene

Plagioklase (Kalknatronfeldspat)

Anorthit (Kalkfeldspat)

Olivin anfällig

Residuum

Tropische Tiefen- verwitterung und

nachfolgende Exhumierung zu

Felsburgen (Wilhelmy 1958,

S. 58)

4.3.1.3 Verwitterungsformen

Kantiger Schutt:

Frostverwitterung

Hydratation

In ariden Gebieten: Temperatur- oder Salzverwitterung

auch Mitwirkung von Lösungsprozessen

Abgrusung

Zerfall entlang der Grenzen der Mineralkörner

Vorkommen in allen grobkörnigen Gesteinen (z.B. Granit, Sandstein

Abplatzen dünner, oberflächenparalleler Schichten

kann zu allmählicher Zurundung führen

zahlreiche mögliche beteiligte Prozesse: Temperaturverwitterung, Hydratation, Salzverwitterung, Frost, chemische Verwitterung

Desquamation (Abschuppung)

Tafonierung (Schattenverwitterung)

Verbreitung von Tafoni hpts. in semiariden Gebieten (Typuslokalität Sardinien / Korsika)

Stärkere physikochemische Verwitterung in feuchteren Schattenlagen

Selbstverstärkung

Hartrindenbildung

Verdunstungssog an die Oberfläche Bildung von "Kruste" aus transportierten Mineralen

Darunter "Magerhorizont"

4.3.2 Gravitative Massenbewegungen

Bruchlose oder bruchhafte, hangabwärts gerichtete Verlagerungen von Fest- und/oder Lockergesteinen unter der Wirkung der Schwerkraft (Dikau & Glade 2002) Massenbewegungen sind eine der weltweit wichtigsten Naturgefahren mit oftmals katastrophalen Folgen: Vajont-Felsgleitung, Italien (1963): 2.000 Tote Huascarán-Felslawine, Peru (1970): 20.000 Tote u.v.m.

Gliederung nach Bewegungstyp

Boden

Fels Lockermaterial

www.smate.wwu.edu

www. qub.ac.uk

gletschersee.ch

Gliederung nach Materialtyp

Qu

elle

n: D

ikau

u. a

. 19

96

, C

rud

en/V

arn

es 1

99

6,

Dik

au/G

lad

e 2

00

2

Material

Prozess Festgestein Lockergestein Boden

Fallen Steinschlag, Fels-

sturz, (Bergsturz)

Kippen Felskippung Kippung im

Lockersubstrat

Gleiten/Rutschen

Rotationsbew.

Rotationsrutschung Rotationsrutschung Rotationsrutschung

Gleiten/Rutschen

Translationsbew.

Translationsrutschg

Fels-, Blockgleitung

Schuttrutschung,

-strom

Blattanbruch, Gras-

narbenrutschung

Driften Bergzerreißung,

Felsdrift

Schuttdriften Bodendriften

Fließen Sackung (Felsfließen;

Talzuschub)

Mure, Murgang Schlammstrom,

Sandfließen

Komplex Sturzstrom,

Bergsturz

Gravitative Prozesstypen (klassifiziert nach Material und Prozess)

rockfall

landslide

landslide

debris flow mudflow

Gra

vita

tive

Pro

zess

typ

en

4.3.2.1 Sturzprozesse

a) Steinschlag

Größe < 10 m³

Verbreiteter, ±kontinuierlicher Prozess an Felswänden

Bildung von Schuttkegeln, Schutthalden

b) Felssturz

Größe 10 - 106 m³

Wiederkehrintervall von Jahren bis Jahrzehnten

Gesteigerte Häufigkeit durch Permafrostschmelze

c) Bergsturz

"Bergstürze sind Fels- und Schuttbewegungen, die mit hoher Geschwindigkeit aus Bergflanken niedergehen und im Ablagerungsgebiet ein Volumen von über eine Million m³ besitzen oder eine Fläche von über 0,1 km² bedecken" (Abele, 1974).

Bergsturz von Goldau, 1806

Bergsturz von Randa, 1991 Wiederkehrintervall von Jahrhunderten bis Jahrtausenden

z.T. langsame Druckentlastung nach glazialer Übersteilung und Abschmelzen der Gletscher

Chaotischer Ablagerungsraum, oft aufbrandend auf die andere Talseite "Tomalandschaft", kleinhügeliges Relief

Zepp, 2002

Bergsturzlandschaft

Tomalandschaft des

Fernpass-Bergsturzes

(ca. 4150 bp)

Große Bergstürze in den Alpen

Flimser Bergsturz (Graubünden): 12 bis 15 km³, ca. 8.300 b.p.

Köfels (Tirol): 3 km³, 8.800 b.p.

Fernpass (Nordtirol): frühere Annahme: 10.000 b.p., heute datiert auf 4.150 b.p.

Tschirgant (Tirol): frühere Annahme: ca. 14.000 b.p., heute datiert auf ca. 2.900 b.p.

Eibsee (Bayern / Nordtirol): frühere Annahme: 10.000 b.p., heute datiert auf ca. 3.000 b.p.

1348: Dobratsch bei Villach; ca. 150 Mio m³, 2000 Tote + 5000 durch Flutwelle der Gail

4. September 1618: Bergsturz von Plurs / Tessin: Eine Stadt und das Dorf Chilano verschüttet, ca. 2.400 Tote

9. Oktober 1963: Katastrophe von Vajont (Friaul); 260 Mio m³, über 2000 Tote durch Flutwelle

1991 Randa/Schweiz: 30 Mio m³ (keine Tote, Evakuierung)

4.3.2.2 Hangrutschungen

Abgleiten einer Gesteins-, Schutt- oder Bodenmasse entlang einer Gleitfläche

Materialverbund bleibt weitgehend erhalten

Sehr unterschiedliche Geschwindigkeit (dm/a bis m/d)

Auslöser fast immer starke, langdauernde Niederschläge

Gleitfläche oft in verformbaren Tonsteinen oder Mergeln

La Conchita landslide

(c) USGS

a) Translationsrutschung

Rutschung entlang ± oberflächenparalleler Gleitfläche

Voraussetzung: oberflächenparallele Schichtung, oder z.B. Verwitterungsmaterial auf Festgestein

Geringe Tiefe im Verhältnis zu Länge

Auflösung, aber auch weitgehende Erhaltung der Materialstruktur möglich (Blockrutschung)

meist homogenes Material, Gleitfläche nicht an Schichtgrenzen

z.B. toniges Gestein, Lockersedimente, Auffüllungen

Rotierende Bewegung entlang muschel-förmiger Gleitfläche

Oft "Ausquetschen" des Materials am Fuß

Auslöser: Hoher Porenwasserdruck; Materialentnahme am Fuß des Hangs

b) Rotationsrutschung

Rotationsrutschung, Walton-on-Naze, UK

Abrissnische

antithetisch rotierte Rutschmasse

Nackensee

Rotationsrutschung

oft komplexer Aufbau: - Abrissgebiet

-Transportbereich - Akkumulationsgebiet z.T. mit Fließcharakter

Zimmermann

(1990)

http://www.youtube.com/watch?v=51C7vEA

Vbxk&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=fIhTpxmR

afQ&NR=1

4.3.2.3 Muren (Murgänge)

Schnell talwärts fließender Strom aus Wasser, Feinmaterial und Grobschutt

Voraussetzung: Verfügbarkeit von erodierbarem Material

Starkregen als Auslöser

Große Zerstörungskraft durch hohe Dichte Bedeutende Naturgefahr in alpinen Gebieten

Hangmure / Talmure

Hangmure:

Anrißzone in steilem Schutthang oder im Kontaktbereich Felswand/Schutthalde

Gerinnebettmure:

Zwischendeponien von Bachschutt werden bei Hochwasser mobilisiert

Meist größere Naturgefahr

Erosionsbereich (meist trichterartiger Anriss)

Transportbereich (mit Murenwällen, "levées")

Akkumulationsbereich (zungenartig oder fächerförmig)

Magnitude: Intensität oder Stärke eines Ereignisses, häufig objektiv messbar, z.B.: Pegelhöhe, Volumen, betroffene Fläche, Richter-Skala

Frequenz: Häufigkeit eines Ereignisses in einem bestimmten Zeitraum Rekurrenzintervall: Mittl. Länge des Zeitraums zwischen zwei Ereignissen einer Magnitude

Exkurs: Frequenz und Magnitude

Größere Ereignisse sind seltener

(meist logarithmische Beziehung)