Keine Riesen oder Trolle: Die Entstehung von Blockhalden

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Vor einer Weile schrieb ich über Permafrost in Mitteldeutschland. An Blockhalden mit speziellen Rahmenbedingungen kommt es hierbei zu einem metertiefen Durchfrieren des Schuttes mit ganzjähriger Eisbedeckung im Untergrund.Wie solche Blockhalden oder Steinmeere entstehen, soll dieser Artikel darlegen.



Das Felsenmeer in Lautertal/Odenwald


Frostverwitterung ist eine typische Erosionsform in Hochgebirgen und in Gegenden, die von einem deutlichen Jahreszeitenklima betroffen sind. Der Frostwechsel bewirkt in Spalten und Poren ein wiederholtes Schmelzen und Gefrieren von Wasser. Hierbei kommt es zu verstärktem Druck auf das anstehende Gestein. Bei -5 °C herrschen 50 MPa, in besonders kalten Nächten bei - 22 °C sogar 211,5 MPa. Dies ist für die Wasserkristalle die maximale Stufe der Volumenvergrößerung, sie entspricht 9%. Bei noch niedrigeren Temperaturen kommt es zu einer Phasenänderung und das Eis geht in einen weniger volumenintensiveren amorphen Zustand über.

Angriffspunkt für die Wassertropfen sind immer Klüfte im Gestein. Im Falle der Rhöner Blockhalde handelte es sich um ein Erstarrungsgestein, der Basalt, welches beim tertiären Vulkanismus die Rhönberge entstehen ließ. Dieser Basalt ist zwar dicht und kompakt, aber die einzelnen Lavalagen bieten durch ihre Schichtung eine gute Instabilitätszone, die von senkrechten Kluftflächen unterstützt wird.

In Sedimenten hat man die einzelnen Schichten der Abfolge, die für Angriffsfläche sorgen. In sehr kompakten, kluftlosen Magmatitkörpern dienen mikrokristalline Poren als Ausgangspunkt für Frostsprengung. Hier werden weniger widerstandsfähige Minerale wie Glimmer oder Feldspate zuerst kaolinisiert (durch Wasser zu Ton umgewandelt) und anschließend ausgespült. Zudem können auf molekularer Ebene entlang der Kristallisationsflächen Kleinstmengen Wasser in tiefere Blocklagen gelangen. So entstehen nach und nach krümelige Poren, in denen die restlichen, wasserunlöslichen Minerale wie Quarz übrigbleiben und als monokristalline Sandkörner oder Kiese abgetragen werden. (Das nennt man dann "körnigen Zerfall") Als "Blockzerfall" wird das selbe im großen Maßstab bezeichnet, wenn an Senkrechtklüften ganze Gesteinsblöcke vom Anstehenden abgespalten werden. Ist der zeitliche Faktor so gering, dass eine derartige Sprengung und Zerfall schnell vonstatten gehen kann, zum Beispiel in arktischer Tundra oder während der Eiszeiten, so kommt es zur Bildung ausgeprägter Block- und Schutthalden, auf der die großen Brocken aufgrund der geringeren Kantenkrümmung auf den kleinen Kiesen und Sanden "aufschwimmen" und das darunter liegende Gestein völlig überdecken. Dieser Zustand ist als "Block- oder Felsenmeer" bekannt. Regional haben diese Geotope eine kulturelle Bedeutung. Nicht selten entstammen Geschichten von Riesen oder Trollen diesen scheinbar losgelösten Geländeabschnitten.

Der Unterschied zwischen einer Blockhalde und eines Blockmeeres liegt im Entstehungsprozess. Ein Blockmeer wurde größtenteils zusammengespült, wohingegen eine Blockhalde rein von der Schwerkraft zusammengehalten wird. Als Geröllhalde (oder Felsenmeer) werden ähnliche Gebilde benannt, die aber hinsichtlich der Korngröße des Schutts viel kleiner sind. Auf Geröll, was aus Kies und Sand besteht, kann sich schnell eine Humusschicht mit Pioniervegetation ansiedeln. Auf Blöcken ist dies viel schwieriger, da die Oberfläche kleiner ist und Bodenpartikel sofort weggespült oder heruntergeweht werden.

So spannend die Untersuchung solcher Blockhalden sein kann, wird von einem Betreten dessen deutlich abgeraten. Aufgrund fehlender Bindemittel sind die Brocken instabil gelagert und Unfälle beim Besteigen der Halden sehr wahrscheinlich.

Autor: Anke Bebber· 22.07.11 · 09:21 Uhr· 7 Kommentare

Überall zu finden, doch nie genug beachtet: Die Taluszone an Steilhängen

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Die Muschelkalkklippen von Jena sind ein Beispiel für eine Landschaft, die von widerstandsfähigen Gesteinspaketen geprägt werden. Unterhalb des Steilabfalls dieser Gesteine bilden sich charakteristische Bereiche, nämlich kegelförmige Schutthänge.
Diese Schuttkegel folgen den Massiven, sie überdecken die sanfteren Formen der Buntsandsteinplatten. Nach und nach werden sie, wie in den hiesigen Lagen, von Vegetation überdeckt. Der Bundsandstein hat der Erosion nicht so viel entgegenzusetzen, wie der nur begrenzt lösliche Muschelkalk aus Calciumkarbonat. Letzterer kann vom Regen nur sehr schlecht aufgelöst werden - reines Calciumkarbonat gilt als „praktisch unlöslich in Wasser: 14 mg·l−1 (20 °C)"

Bewaldete Taluszone des Muschelkalks von Jena. Urheber: Stefan Taube

Nun ist der Muschelkalk natürlich nicht rein und die Natur ist kein Chemielabor, so kommt es an den Sedimentationsgrenzen durchaus zur Bildung von Wasseradern, die dann nicht chemisch, sondern über Frostsprengung zu einer Zersetzung des Gesteins führen. Dazu kommt eine Erhöhung des Lösungspotentials im Regenwasser durch Ansäuern. Nicht nur „saurer Regen" ist in der Lage, Veränderungen im karbonatischen Mineralbestand auszulösen. Schon eine geringe Bodenbedeckung mit Flechten und anderen Pflanzen, spätestens aber eine Humusschicht, kann den Untergrund durchlässiger und porös machen. Durch physikalische Verwitterung abgesprengte, chemisch widerstandsfähige Gesteinsbrocken stürzen nach und nach in die Tallagen. Der Geologe spricht hierbei von einer Taluszone, nach Talus, dem Begriff für die Schutthalde.

Definiert wird der Talus als fächerförmiger Körper am Fuß von Steilhängen. Nun kommt Mathematik ins Spiel: Die Art und Weise, wie die Bruchstücke letztlich aufgetürmt werden, ist, wie eigentlich alles in der Natur, nämlich nicht willkürlich. Je nach Korngröße, Platzangebot, Beschaffenheit des Ausgangsmaterials und Reinheitsgrad werden Hangneigungen von 26- 42° gebildet. Jedes Gestein/Mineral hat eine spezifische Hangneigung. So kann man, wenn man das Wissen und eine ausreichende Beobachtungsgabe hat, vielmals von Klippenstruktur, Farbe, Verwitterungsform und Talus auf die grobe Zusammensetzung des landschaftsbildenden Massivs schließen.

Taluskegel an der Nordküste der zu Svalbard („Spitzbergen") gehörenden Insel Ifjorden. Quelle: wikipedia

Man kann das auch ganz leicht selbst ausprobieren. Nimmt man einen feinen, trockenen Sand und lässt ihn gleichmäßig auf den Untergrund rieseln, wird sich ein recht flacher Kegel bilden, der sehr gleichmäßig ansteigt. Aber mit zunehmender Höhe wird auch die Grundfläche größer. Die Hangneigung, also der Winkel zwischen Hypotenuse und Ankathete des Kegelquerschnitts, wird jedoch immer gleich bleiben, egal wie hoch der Sandberg bei gleichbleibender Materialzusammensetzung wird.
Hier zeigt sich, wie genial einfach die Geologie sein kann. Dieses Experiment kann man nämlich hervorragend im Urlaub am Sandstrand nachmachen.

Schüttwinkel von grobem Sand. Quelle: Anton via wikipedia

Wenn man nun dem Sand eine weitere Korngröße beimischt, zum Beispiel Kies oder Ton, dann wird man in der Lage sein, einen steileren Kegel aufzurichten. Der Grund für die unterschiedlichen Böschungswinkel liegt unter anderem in der Gestalt der einzelnen Körner und der Abweichung vom Idealfall der Kugel. Die Hangneigung des Schuttkegels entspricht dem Reibungswinkel, also dem Winkel, bis zu dem eine Ebene gerade noch geneigt werden kann, ohne dass das Material abrutscht. Er lässt Rückschlüsse über die Rauheit der Elemente zu.

Beim Experimentieren mit Sand am Meer wird man eines feststellen: Eine wirkliche Spitze kann man nicht errichten (geht man von trockenem Material aus). Das liegt daran, dass Sand mikroskopisch einer dichtesten Kugelpackung sehr nah kommt. Auch eine Hangneigung von über 40° wird man mit Sand nicht erreichen können.

Um den Bogen zu den Muschelkalkhängen wieder zu schließen: In der Natur hat man natürlich weder gleiche Körnungen noch homogene Substanzen. Je verschiedener die Körnung, die Verdichtung, der Wassergehalt (und die damit verbundenen Kohäsionskräfte) und die mineralische Zusammensetzung, umso steiler sind die Tali und je nach Landschaftsbild natürlich auch die Taluszone. Aber innerhalb einer Landschaft können die Kegel sehr gleichmäßig ausfallen.

Autor: Anke Bebber· 18.07.11 · 14:49 Uhr· 25 Kommentare

Auf den Spuren einer versunkenen Landschaft

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Ich glaube, die Geophysiker um Ross Hartley können ein Wort nicht mehr hören: ATLANTIS!
Um geowissenschaftliche Forschung für alle Welt interessant zu machen reicht es wahrscheinlich nicht, einen wirkllich spannenden Prozess zu entdecken und zu beschreiben, nein, ein hübsches Aushängeschild muss her. Und wie so oft, muss das alte, verlorengegangene Atlantis herhalten.

Doch worum geht es denn eigentlich?

Die Wissenschaftler der University of Cambridge haben 3-D-Analysen seismischer Daten verwendet, um eine känozoische Küstenlandschaft zu rekonstruieren, die im Nordosten Europas im paläozän-eozänen Klimaoptimum vor 55 Mio Jahren existierte.

Der isländische Mantelplume unterströmte eine Region von 10.000 Quadratkilometern und sorgte durch die resultierenden Temperaturschwankungen für ein intermittierendes An- und Abschwellen des Krustenbereiches, der heute Schottland darstellt.

Die Schelfregionen wurden mehrmals auf über Meeresspiegelniveau angehoben. In dem Zuge setzte natürlich sofort eine erosive Zersetzung des Materials und dessen Abtragung ein. Nach Erreichen des Maximalanstiegs kam es aufgrund von fehlendem Magmanachfluss zur Absenkung der Region und der damit verbundenen Überdeckung mit marinen Sedimenten.

Eine solche Paläomorphologie wurde nun vom Team um Ross Hartley untersucht.
Drei Anhebungsperioden konnten definiert werden, bei dem die Hebungsrate jeweils zwischen 200m und 400m lag. Hügel von 800m ü.NN entstanden so in einem Wimpernschlag, denn die Gesamtdauer der "kleinen Orogenese" betrug in etwa eine Million Jahre.
In dieser Zeit entwickelte sich ein ausgeprägtes Netzwerk von Drainagestrukturen. Acht Flüsse transportierten den groben Schutt in die zentrale Senke, entwässert wurde das Tal über einen mäandrierenden Strom hin zu einer prominenten Klippe.

Das Ganze liegt nun unter etwa 2000m Sedimentdecke im Nordatlantik.
Und, mal ganz ehrlich, mit ein bisschen Fantasie wird daraus eine idyllische Halbinsel, viel schöner als irgendein übertriebener antiker Mythos. Lassen wir die Wissenschaft für sich sprechen. Sie ist schön genug.

Quelle: Transient convective uplift of an ancient buried landscape Ross A. Hartleya, Gareth G. Roberts, Nicky White, Chris Richardson, May19, 2011

Autor: Anke Bebber· 12.07.11 · 10:21 Uhr· 38 Kommentare

Leben wir in einem neuen Erdzeitalter?

Kategorie: Geistes- & Sozialwissenschaften·Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 19

Immer wieder einmal geistert es durch die Medien, egal ob wissenschaftlich oder allgemein:

Ein neues Erdzeitalter ist angebrochen!

Der Mensch mit seinen Treibhausgasen, den Flussbegradigungen, Waldrodungen und Trockenlegungen vollzieht eine derartigen Einschnitt in die Oberflächengestalt unseres Planeten, dass es nicht mehr reicht, das Holozän als "neue", aktuelle Epoche anzusehen. Das Anthropozän soll begonnen haben, wahrscheinlich mit Beginn der Industrialisierung um 1800.

Ich nehme mal an, meine Leser werden nicht im Detail damit bewandert sein, wie das (noch) aktuelle Erdzeitalter des Holozäns gegliedert ist, sowie die botanischen und klimatischen Entwicklungen kennen, die sich vollzogen haben. Deswegen gebe ich euch einen kurzen Abriss, damit sich jeder eine eigene Meinung darüber machen kann:

Das Holozän begann mit einem dramatischen Temperaturanstieg, der das Ende der letzten Eiszeit markierte. Im sogenannten Präboreal, dem ältesten Stück Holozän, stieg die globale Temperatur innerhalb weniger Jahrzehnte um 6°C an. Die baumlosen Tundren der Nordhemisphäre wurden von Pflanzen und Tieren erobert, denn die Sommer glichen den heutigen, nur die Winter waren noch sehr kalt. Zusammen mit der Hasel breitete sich auch der Mensch in Mitteleuropa aus. Archäologen sprechen vom Mesolithikum.

Das darauf folgende Boreal war eine Epoche des Wandels. Die skandinavischen Gletscher schmolzen, der Meeresspiegel stieg an, zu Beginn war England noch mit Europa über eine Landbrücke verbunden, wurde allerdings nun zur Insel, genau wie Irland, denn die Irische See füllte sich. Das Klima in Europa war kontinental und trocken. Wärmeliebendere Pflanzen mischten sich von Süden her unter die Haselwälder, mehr und mehr nahmen verschiedene Eichen den vorherrschenden Platz ein. Jäger und Sammler der Mittelsteinzeit nutzten Pfleile, Bögen und Speere zum Jagen, aber auch Paddel und Körbe fand man, die mit Tieren wie Schlangen, aber auch Menschen verziert waren.

Doch die Temperatur stieg weiter an, für die Menschen, Tiere und Pflanzen war das Vermehren einfacher geworden, natürlich sind auch die Belege des Atlantikums reichhaltiger, ist es doch mit 7300-3700J.v.Ch. nicht wirklich lange vergangen.
Man geht von etwa 2,5°C MEHR in Mitteleuropa aus als heute die Durchschnittswerte sind. Aber es war auch deutlich feuchter. Das Abschmelzen der Nordamerikanischen Gletscher und das rasante Ansteigen des Meeresspiegels führte möglicherweise zum Überlaufen des Mittelmeeres und so zur Füllung des Schwarzen Meeres.
Die Sahara war von heftigen Monsunregen gezeichnet und ein Füllhorn an Biodiversität.
Im Allgemeinen wird diese Periode als "Klimaoptimum" bezeichnet.

Gegen Ende dieser Epoche sanken die Temperaturen jedoch wieder. Ab 4700v.Ch. konnte man in den Alpen ein deutlichers Gletscherwachstum feststellen.
Demnach wurde für die darauffolgenden Jahre, bis ca. 450v.Ch. das Subboreal festgelegt. Es war trockener und kühler als im Atlantikum, aber dennoch wärmer als heute. Die Abkühlung wird insbesondere in Skandinavien durch den Rückgang der Ulmen deutlich, in Westeuropa ist dieTrennung nicht ganz so scharf. Heidepflanzen breiteten sich stark aus.

Das heute (noch?) vorherrschende Zeitalter nennt sich Subatlantikum. Temperaturschwankungen sind vorherrschend, wobei man hierbei auch die deutlich feinere Messtechnik und bessere geologische Dokumentation berücksichtigen sollte.
Klimatisch beginnt es mit dem sogenannten "Optimum der Römerzeit", der klassischen Antike. ie darauffolgene Kälteperiode fällt zusammen mit der großen Völkerwanderung, was sicherlich auch einer der treibenden Gründe hierfür war.

Von 800-1200 kam es zu einer erneuten Erwärmung, die fast das Römer-Optimum erreichte. Von der mittelalterlichen Warmzeit hört man ja doch immer wieder einmal. Nicht umsonst konnten die Wikinger ja auch Grönland ("Grünland"!) und Island besiedeln. Das Ende der Warmzeit und die Verschlechterungen des Klimas hatten auch kulturelle Folgen. Die Pestepidemie und Hungersnöte führten zu einem fast 50%igen Bevölkerungsverlust. Den negativen Höhepunkt hatte dieses Pessimum zur "Kleinen Eiszeit" (1550-1860). Bekannte Gemälde von zugefrorenen Seen und Flüssen entstanden, es kam zum Dreisßigjährigen Krieg und zur Französischen Revolution.

Und ziemlich genau dann, ab 1800, zum Beginn der Industriualisierung und dem neuen Wandel zu einem Optimum, wollen Wissenschaftler wie Paul Crutzen eine neue Epoche ansiedeln: Das Anthropozän. Die globale Erwärmung aufgrund von Treibhauseffekt, menschgemachtem Klimawandel, menschlicher Überbevölkerung.

Und jetzt meine Frage:
Doch macht das wirklich Sinn? Ich bin nicht in der Position, dies zu bestimmen, aber man kann ja darüber nachdenken.
Geologie und damit tief verwurzelt, die geologische Zeittafel, beschreibt Vergangenes. Markante Zeiger müssen gefunden werden, und das global, die im Untergrund nachweisbare Spuren der Menschheit für die nächsten Jahrmillionen sichern werden. Hierbei spielen Luftbläschen im Eis eine große Rolle, die Treibhausgase einschließen. Auch möglich sind radioaktive Spuren von atomaren Sprengsätzen.
Nicht immer lassen sich die einzelnen Stufen und Systeme einheitlich voneinander trennen. Bei den weit zurückliegenden, Millionen Jahre umfassenden Ären ist das einfacher. So ist zum Beispiel die KT (Kreide/Tertiär) Grenze mit ihrer Iridium- Anomalie fast überall auf dem Planeten bei guten Aufschlussverhältnissen nachgewiesen werden. Die holozänen (Klima-)Stufen im Gegenzug wurden größtenteils über die Pollenanalyse erschaffen und sind somit mehr oder weniger stark regional beschränkt. Trotzdem sind sie in wissenschaftlichen Publikationen Usus.
Zurückkommend zum Anthropozän wird man mit Sicherheit deutliche Daten erheben können, die einen industriellen Wandel begleiten. Doch ist die Zeitspanne von 200, 300 Jahren ist in meinen Augen zu gering, eine historische Marke legen zu können. Sich auf Zukunftsprsopektion zu verlassen, ist beruhigend, aber ist es auch geologisch?

Nun, für mich ist das Zeitalter der Industrialisierung durchaus ein Wendepunkt der Menschheitsgeschichte- aber nicht geologisch. Kulturell? Ja. Wirtschaftlich? Ja. Ethisch? Noch viel mehr. Aber geologisch? Ich sehe mich dann doch eher subatlantisch als anthropozän. Erdgeschichte wird nicht von uns gemacht!

Autor: Anke Bebber· 06.07.11 · 17:44 Uhr· 19 Kommentare