Post on 24-Jun-2022
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)
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
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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)