ANTRITTSVORLESUNG. Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB. Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN

Transkript

1 ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE?

3 ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? ca. 1995

4 ANTRITTSVORLESUNG Univ.-Prof. Dr. phil. THOMAS RAAB Lehrstuhl für Geopedologie und Landschaftsentwicklung RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? 2004

6 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Atmosphäre Biosphäre Pedosphäre Hydrosphäre Lithosphäre

7 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? GEOLOGIE Forschungsgegenstand ERDE / ERDSYSTEM Entwicklungsgeschichte Aufbau, Zusammensetzung & Struktur Physikalische Eigenschaften GEOPEDOLOGIE GEMORPHOLOGIE Forschungsgegenstand FORMEN der ERDOBERFLÄCHE PEDOLOGIE Forschungsgegenstand BODEN Genese & Prozesse Klassifikation & Verbreitung Funktion Entstehung & Verbreitung Klassifikation & Funktionen Nutzung & Schutz

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 8

10 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DAS RELIEF 10

11 Georelief Atmosphäre Feste Erdkruste Als Georelief wird die Grenzfläche der festen Erdkruste gegen die Hydro- bzw. Atmosphäre bezeichnet (Leser 1997).

12 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).

13 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DAS GESTEIN 13

14 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

15 Der Kreislauf der Gesteine MAGMA Primäres Material

16 Der Kreislauf der Gesteine MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

17 Der Kreislauf der Gesteine BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

18 Der Kreislauf der Gesteine SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

19 Der Kreislauf der Gesteine BIOGENES MATERIAL SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

20 Der Kreislauf der Gesteine BIOGENES MATERIAL SEDIMENTÄRE GESTEINE Diagenese SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

21 Der Kreislauf der Gesteine BIOGENES MATERIAL SEDIMENTÄRE GESTEINE Metamorphose METAMORPHE GESTEINE Diagenese Metamorphose SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE MAGMA Kristallisation Primäres Material

22 Der Kreislauf der Gesteine BIOGENES MATERIAL SEDIMENTÄRE GESTEINE Metamorphose METAMORPHE GESTEINE Diagenese Metamorphose SEDIMENTE Ablagerung Transport BÖDEN Verwitterung (Pedogenese) MAGMATISCHE GESTEINE Anatexis MAGMA Kristallisation Primäres Material

23 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? DER BODEN Podsol, Schleswig-Holstein 23

24 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).

25 Martinelli Snowfield, Colorado Front Range, CO, USA 25

27 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Abgrenzung Relief Boden Gestein? Oberflächennaher Untergrund Georelief Boden Gestein pleistozäne Lagen

28 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

29 Earth s Critical Zone

30 Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Glazigene Sedimente über Festgestein, Pyrenäen, Spanien

31 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)

32 Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Periglaziale Deckschichten in den Pyrenäen

33 Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Beispiel: Granitvergrusung / Saprolith, Harz

34 Oberflächennaher Untergrund / Critical Zone Mineralspektrum periglazialer Deckschichten, Bsp. Bayerischer Wald Raab et al. (2007)

36 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Welchen Einfluss hat die Dynamik der (festen) Erde? Plattentektonik Isostasie

37 Dynamik der Erdkruste Beispiel Subduktion: Indonesien Frisch & Loeschke (1993: 110)

38 Dynamik der Erdkruste Beispiel Subduktion: Indonesien USGS (12/2004)

39 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

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Kontinentale Kruste Ozeanische Kruste 1,0 g/cm 3 2,8 g/cm 3 3,0 g/cm 3 Erdmantel 3,3 g/cm 3

70 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Auflast (z.b. Eis) Kontinentale Kruste Ozeanische Kruste 1,0 g/cm 3 2,8 g/cm 3 3,0 g/cm 3 Erdmantel 3,3 g/cm 3

71 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie: Beispiel Antarktis Hambrey (1994: 38) 71

72 Aufbau und Bewegungsbild der Erde Isostasie Entfernung der Auflast (z.b. Abschmelzen) Kontinentale Kruste Ozeanische Kruste 1,0 g/cm 3 2,8 g/cm 3 3,0 g/cm 3 Erdmantel 3,3 g/cm 3

73 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)

74 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Beispiel: Küstenterrassen und Bodenentwicklung in Kalifornien 74

75 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Lage der Plattengrenzen und Küstenterrassen im nördlichen Kalifornien Muhs et al. (2003: 14)

76 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung San-Andreas Störung Plattenbewegung während des Erdbebens von 1906 Muhs et al. (2003: 11)

77 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)

78 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Kalifornische Küste nördlich von San Francisco Die Küstenterrassen sind ehemalige Brandungsplattformen

79 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Küstenterrasse nördlich von San Francisco Die Küstenterrassen liegen heute z.t. über 100 m NN

80 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Gehobene marine Sedimente an der kalifornischen Küste Als Relikte der ehemaligen marinen Dynamik finden sich auch Strandsedimente

81 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

82 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 200 ka BP Meer Küste Festland

85 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung Bodenentwicklung auf Küstenterrassen 100 ka 10 ka 200 ka

86 Plattentektonik, marine Dynamik und Bodenentwicklung m Bodenentwicklung an der Kalifornische Küste (Mendocino Westport) m m Muhs et al. (2003: 15) 83-89m

88 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Glaziallandschaften der Gebirge Bayerischer Wald Pyrenäen 89

89 Glaziale Prozesse und Formen Glaziologische Grundlagen Massenbilanz: Nährgebiet Zehrgebiet Gleichgewichts- oder Firnlinie (equilibrium line altitude ELA) Akkumulation Ablation

90 Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Talgletscher Beispiel: Großer Aletschgletscher, Schweiz -ELA-

91 Glaziale Prozesse und Formen Glaziologische Grundlagen Fließbewegung: Hambrey (1994: 54) A Basales und randliches Gleiten B Interne Deformation

92 Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Plateaugletscher Beispiel: Glacier National Park, Rocky Mts., BC, Canada

93 Glaziale Prozesse und Formen Gletschertypen Kargletscher Beispiel: Rocky Mts. National Park, CO, USA

94 Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Prozesse der glazialen Erosion Detersion und Detraktion Illecillewaet Glacier, Rocky Mts., BC, Canada

95 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

96 Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Formen der glazialen Erosion Trogtal Wallis, Schweiz

97 Glaziale Prozesse und Formen Prozesse und Formen der glazialen Erosion Formen der glazialen Erosion Kar Kleiner Arbersee, Bayerischer Wald

98 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...

99 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 Sediment Moräne Form

100 Glaziale Dynamik, Formen und Sedimente Glaziale Ablagerung Tillfazies lodgement till melt-out till Frazer-Tal, Rocky Mts., BC, Canada

101 Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Endmoränen Tal des Rio Aragon, Spanische Pyrenäen 102

102 Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Seitenmoränen (Ufermoränen) Großer Aletschgletscher, Schweiz

103 Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Mittelmoränen Großer Aletschgletscher, Schweiz

104 Glaziale Prozesse und Formen Glaziale Ablagerung Moränen Obermoränen Unterer Grindelwaldgletscher, Schweiz

105 Raab & Völkel (2003) Glaziallandschaft Bayerischer Wald

106 Kleiner Arbersee

107 Raab (1999) Glaziale Formen S N

108 Kennzeichen der Sedimente Lodgment Till Lower Head Raab et al. (2007)

109 Sedimente und Bodenentwicklung

110 Raab et al. (2007) Sedimente und Abflussverhalten

111 Geomorphologie, Stratigraphie und Bodenverbreitung Raab et al. (2007)

112 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? Parabraunerde aus Löss über Regensburger Grünsandstein, se von Regensburg, Bayern 113

113 RELIEF, GESTEIN, BODEN WAS VERBINDET GEOMORPHOLOGIE, GEOLOGIE UND PEDOLOGIE? 114

114 Literatur Ahnert, F. ( ): Einführung in die Geomorphologie. Ulmer. Stuttgart. Frisch, W. & J. Loeschke ( ): 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: Raab et al. (2007): Character, age and ecological significance of Pleistocene Periglacial Slope Deposits in Germany. - Physical Geography 28: Rehfuess, K. E. (1981): Waldböden. Entwicklung, Eigenschaften und Nutzen. Parey. Hamburg. Scheffer, F. & P. Schachtschabel ( ): 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):