4.3.3 fluviale formung -...
TRANSCRIPT
4.3.3 Fluviale Formung
Quantitativ wichtigster geomorphologischer Abtragsprozess auf der Erdoberfläche
Hohe Energiemenge (Potenzialenergie) im Wasserkreislauf Umsetzung in Reibungsarbeit, Erosions- und Transportvorgänge
Erosion: Linearer Abtrag durch fließendes Wasser
Denudation: flächige Tieferlegung des Reliefs
Transport: Bewegung von Material mit dem Wasser
Lösungsfracht Schwebfracht Sohlfracht Schwimmfracht
Akkumulation: Ablagerung der Fracht bei nachlassender Transportkraft
Begriffe
dominant z.B. bei Tieflandsflüssen dominant z.B. bei Gebirgsbächen
Splash- oder Planschwirkung beim Auftreffen von Regentropfen
(Zepp 2003, S. 126)
4.3.3.1 Fluvialer Hangabtrag
Kinetische Energie ausgewählter Niederschlagsarten
Intensität mittlerer Fallge- kinetische
Art Durchmesser schwindigkeit Energie
[mm/h] [mm] [m/s] [kJ/m²•h]
Sprühregen 0,2 0,10 0,20 10-3
Nieselregen 0,5 1,00 4,20 100
Leichter Regen 1,0 1,20 4,90 101
Starker Regen 15,0 2,10 6,90 103
Gewitterregen 100,0 3,00 8,40 104
(Auerswald 1998)
Oberflächenabfluss und Rillenerosion
Oberflächenabfluss führt zu flächiger Denudation
Konzentration des Abflusses:
Rillenerosion
Rinnenerosion
Rinnenerosion durch Abfluss-konzentration hpts. auf unbewachsenen Flächen
z.B. Rodung, unangepasste Landnutzung, Überweidung
Badlandbildung innerhalb weniger Jahre bis Jahrzehnte
Bodenerosion als anthropogenes
Phänomen
Intakte Vegetation verhindert Abfluss und Hangabtrag fast vollständig
auf bewirtschaften Flächen und Brachland Steigerung um Zehnerpotenzen
Bedeutung von Erosionsschutz (Mulchen, Konturpflügen etc.)
4.3.3.2 Erosion, Transport, Akkumulation
Laminares Fließen am schnellsten entlang des Stromstriches und nahe der Oberfläche (Reibung an Ufern und Grund)
Größere Erosionsleistung bei turbulentem Fließen
Tiefenerosion
Seitenerosion
Rückschreitende Erosion
Arten der Erosion
Belastungsverhältnis (BV) = Last (L) / Schleppkraft (S)
< 1: Freie Energie zur Erosion
≈ 1: Transport, evtl. Mäandrieren
> 1: Akkumulation
Das Hjulström-Diagramm
Deutlich schwieriger und langsamer
Bedeutung von Erosionswaffen
Bildung von Kolken
Erosion in Festgestein
Absetzen der Schwebfracht und Sohlfracht bei Nachlassen der Transportkraft (=Gefällsverminderung)
Schottersohlen von Tälern im Unterlauf
Endgültige Ablagerung in Seen oder an der Küste
Flussdeltas ( s. Küsten)
Verlanden von Seen
Nur feinste Korngrößen werden bis ins Meer transportiert ( Tiefseeton)
Fluviale Akkumulation
Fluviale Akkumulation
Schwemmfächer an der Ausmündung von Gebirgstälern ins Haupttal (Siedlungslagen, z.B. Hall i.T.)
Terrassen entstehen durch Wechsel von Einschneidung und Aufschüttung
Klimatische Gründe:
z.B. Kalt- und Warmzeiten (= wechselnde Sediment- und Wasserführung)
Warmzeiten: weniger Sediment, konstantere Wasserführung Einschneidung
Kaltzeiten: Höhere Sedimentfracht, stoßweise Wasserführung Aufschotterung
Veränderungen der Erosionsbasis
Tektonische Hebung oder Senkung
Meeresspiegelschwankungen
Bildung von Flussterrassen
4.3.3.3 Gerinnebettmuster
Stab
ilitä
t d
es G
run
dri
sses
Bo
den
frac
ht
Ko
rngr
öß
e
Gefälle
Hohes Gefälle gestreckt (evtl. Riffle-Pool)
Geringeres Gefälle, hpts. Suspensionsfracht mäandrierend
Hohe Bodenfracht braided river
Braided River
"braided river", Thorsmörk (Island)
Hohe Sedimentfracht, geringes Gefälle
Fluss schottert sein eigenes Bett auf
Verzweigungen, häufige Laufverlagerung
Vorkommen: Gebirgsflüsse, Gletschervorfelder...
Oft bei stoßweiser Wasserführung
Mäanderbildung
Voraussetzungen:
gemischte Frachtbedingungen
geringes Gefälle
leicht erodierbares Gestein
Stromstrich beginnt zu pendeln (Ursachen nicht völlig geklärt), Bildung von Prall- und Gleithängen
Prallhänge: Unterschneidung
Gleithänge: Akkumulation
Selbstverstärkungseffekt
Mäanderbildung
Mäanderschlingen wandern flussabwärts
Seitenerosion bewirkt immer weiteres Ausbiegen
Schließlich durchtrennen des Mäanderhalses
Verkürzung der Lauflänge
Bildung von Altwasserarm und evtl. Umlaufberg
Flussmäander:
"freie" Mäander in der Talsohle (können sich noch verlagern)
Talmäander:
mäandrierender Fluss schneidet sich ein (deutlich langsamere Verlagerung!); sehr häufig (Neckar, Mosel, Mur)
Ahnert (2009)
4.3.3.4 Längsprofil von Flüssen
Jeder Fluss strebt ein "ideales Längsprofil" an:
Oberlauf (Erosion)
Mittellauf (gemischt)
Unterlauf (Akkumulation)
Exponentialkurve
Erosionsbasis:
z.B. Felsriegel, Meer
Veränderung der Erosionsbasis Erosionsimpuls
Antezendentes Durchbruchstal:
sehr häufig in Gebirgsgebieten
Fluss kann mit Hebung schritthalten
Epigenetisches Durchbruchstal:
Felsuntergrund wird verschüttet
Fluss schneidet sich neu ein und trifft im Untergrund auf Felsriegel
Durchbruchstäler
1. Überlaufdurchbruch 2. Rückschreitende Erosion 3. Antezendenz 4. Epigenese
Flussanzapfung
A: angezapfter Fluss B: anzapfender Fluss <: Fließrichtung RE: rückschreitende Erosion K: Anzapfungsknie T: Trockental
"Kampf um die Wasserscheide": Fluss mit höherem Gefälle (niedrigere Erosionsbasis) ist i.d.R. im Vorteil
Beispiele: Wutachschlucht, Engadin/Malojapass
Talform (im Querprofil) ist abhängig vom Verhältnis zwischen Tiefenerosion, Seitenerosion und Hangabtrag
Starke Tiefenerosion, geringer Hangabtrag steilwandige Talform
Geringe Tiefenerosion, starker Hangabtrag flachere Talform
Bei starker Tiefenerosion werden Talflanken steiler Steigerung der Hangprozesse, bis (dynamisches) Gleichgewicht erreicht ist
Achtung: Gleichgewicht wird in der Natur selten erreicht!
4.3.3.5 Talformen
Klamm: Ausgebildet in standfestem
Gestein (praktisch keine Seitenerosion)
Schnelle, starke Tiefenerosion (z.B. Hängetäler, hohes Gefälle)
senkrechte bis überhängende Wände
Schlucht: Tiefenerosion >> Seitenerosion Hänge sehr steil, aber nicht
senkrecht
Klamm und Schlucht
Sonderform der Schlucht bei horizontal lagernden, wechselnd widerständigen Gesteinsschichten Widerständige Gesteine
bilden steilere, weichere Gesteine flachere Hangteile
Bsp. Grand Canyon, Fish River, Ordesa
Canyon
Verbreitete Talform bei hoher Tiefenerosion und wenig widerständigem Gestein
Kerbtal
Steile Talhänge, flache Talsohle
Bei nachlassender Tiefenerosion und steigender Seitenerosion
oft im Unterlauf
Bei nachträglicher Aufschotterung eines anderen Taltyps (z.B. Kerbsohlental, Trogsohlental)
Sohlental
Allg. bei sehr starker Hangdenudation, (z.B. periglaziales Bodenfließen)
Oder: Flüsse mit geringer Erosionskraft (z.B. geringes Gefälle, fehlende Erosionswaffen)
Muldental
Welche Transportarten in Fließgewässern kann man unterscheiden?
Skizzieren Sie das Hjulström-Diagramm und erläutern Sie in Stichworten am Beispiel einer ausgewählten Korngröße, was es aussagt!
Ein Schluffteilchen wird laut H D ab einer Fließgeschwindigkeit über ca. 0,5 m/s erodiert. Was passiert, wenn die Geschwindigkeit wieder unter 0,5 m/s absinkt?
Was versteht man unter dem Belastungsverhältnis eines Gewässers, und was passiert, wenn es > 1 ist?
Tropische Flüsse werden trotz großer Wasserführung oft als "unfähig zur Tiefenerosion" beschrieben. Worauf ist dies zurückzuführen?
Wodurch kommt es zu dem Wechsel von Aufschotterung und Zerschneidung, der zur Bildung von Flussterrassen führt?
Was für ein Gerinnebettmuster entsteht bei geringem Gefälle und hoher Sedimentfracht?
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Flussmäander und Talmäander!
Erläutern Sie die Entstehung eines antezendenten Durchbruchstals!
Wie ist das Verhältnis von Tiefenerosion- zu Seitenerosion a) bei einem Kerbtal, b) bei einem Muldental?
Prüfungsfragen
4.3.4.1 Aufbau und Dynamik von Gletschern
Gletscher: "Große, hauptsächlich aus Schnee, Firn und Eis bestehende Massen, welche einer aktiven Bewegung unterliegen." (Winkler, 2009)
Nährgebiet: Schneeakkumulation überwiegt im Jahresmittel die Ablation
Zehrgebiet: Ablation > Akkumulation
Beide Bereiche getrennt von der Gleichgewichtslinie
Gleichgewichtslinie ≈ Klimatische Schneegrenze
Flächenverhältnis Nährgebiet/Zehrgebiet meist 2:1
Methode Hofer: GGL auf halber Höhe zwischen Gletscherzunge und mittl. Kammumrahmung
Durch steigenden Überlagerungsdruck wird der Schnee im Nährgebiet verdichtet und umgeformt: Schnee Firn Gletschereis
Unter Druck plastisches Fließen
4.3.4.1 Aufbau und Dynamik von Gletschern
(Winkler, 2009)
Hintereisferner, Ötztaler Alpen
Akkumulationsgebiet: Massenüberschuss
Gleichgewichtslinie: Akkumulation = Ablation
Ablationsgebiet: Massendefizit
(Bennett & Glasser 1996)
4.3.4.2 Glaziale Erosion
Detersion: abschleifende Tätigkeit - hauptsächlich durch mitgeführtes Schuttmaterial (Moräne)
Detraktion ("plucking"): Herausreißen von Gesteinsbruchstücken durch Festfrieren des Gletschers
Exaration: Ausschürfen von Lockermaterial im Bereich der Gletscherstirn
Gletscher können... - kaltbasal (= kälter als Druckschmelzpunkt) oder - warmbasal (= wärmer als Druckschmelzpunkt) sein
Warme Gletscher haben höhere Erosionsleistung! (Gleiten auf der Unterlage, Schmelzwasser)
Steuerfaktoren: Eisdicke, geothermischer Wärmestrom, Oberflächentemperatur
Detersion
Abschleifende Wirkung:
Gletscherschrammen (striation)
Sichelbrüche
Typische "Kritzung" von glazialen Geschieben
Rundhöcker
(Winkler, 2009)
Detersion und Detraktion: Rundhöcker
Bildung von Rundhöckern (roches moutonnées):
Abschleifen auf der Luvseite
Gefrieren von Schmelzwasser durch Druckentlastung und "Festfrieren" von Gesteinsbruchstücken an der Leeseite
Unterstützung durch Kluftnetz
Stromlinienförmige Erosionsformen
a
b
Kare
Großformen der Glazialerosion: Kare
"Lehnsesselartige Hohlform" am Ursprung der Gletscher
Karbecken (oft mit See)
Karschwelle
Abhängig von Vorform (Verflachung), Geologie, Temperatur, Fließdynamik
Wandrückverwitterung (?Schwarz-Weiß-Grenze?)
Trogtäler (U-Täler)
Enorme Erosionsleistung insb. von warmbasalen Gletschern
Bei größerer Mächtigkeit größere Erosion Tiefe Ausschürfung, steile Wände
Schliffbord
Hängetäler und Konfluenz-stufe beim Zusammen-fließen verschieden mächtiger Gletscher
Oft selektive Ausschürfung, weiches Material stärker
Akzentuierung des Reliefs
Schwellen, geschlossene Hohlformen
4.3.4.3 Glaziale Akkumulation
Transportiertes Material:
Landform aus abgelagertem glazialem Lockermaterial:
Moräne
Moräne
engl. till
engl. moraine
Je nach Ablagerungsraum:
Grundmoräne (Ausschmelzen unter dem Gletscher)
Seitenmoräne
Endmoräne
Stauchendmoräne
Satzendmoräne
Deformierte Stauchendmoräne (thrust moraine) an einem polythermalen Gletscherrand
Stauchendmoränen
Material wird ausgeschmolzen und zu gestaffelten Wällen zusammengeschoben
Drumlins, Oser und Kames
Unter oder am Gletscher gebildete Formen aus Lockermaterial
Drumlins: Gletscher überfährt nochmals seine Sedimente und formt sie um
Stromlinienförmige Hügel ("Walfischrücken"), steilere Seite zum Eis hin
meist als Drumlinfelder mit gegeneinander versetzten, ovalen Hügeln
Oser: Ablagerung subglazialer Schmelzwasserbäche, in der Landschaft oft bahndammförmig
Kames: Glazifluviale Ablagerungen in Spalten oder am Eisrand Terrassen, steilwandige Hügel
Die Glaziale Serie
Außensaumformen Innensaumformen
Zungenbecken
Grundmoräne
Drumlins
Endmoräne
Toteislöcher
Übergangs- kegel
Schotter-/Sanderflächen
4.3.4.4 Verbreitung und zeitliche Stellung von Gletscherständen
Günz (Menap) (1200-820 ka)
Mindel (Elster) (420-260 ka)
... frühere Glaziale
Riss (Saale) (180-120 ka)
Würm (Weichsel) (70-15 ka)
Eem
Holstein
Cromer
Ple
isto
zän
e K
altz
eit
en
(G
lazi
ale
, In
terg
lazi
ale
)
Holozän (10-0 ka) Holozäne Gletscherstände (nächste Folie)
Spätglazial (15-10 ka) Spätglaziale Gletscherstände (nächste Folie)
jeweils mit Stadialen und Interstadialen
Moränen im Alpenvorland
Moränen in Alpentälern/Karen
Moränen in rel. Gletschernähe
(Maisch 1992)
Schematische Gletscherausdehnung im Spätglazial
Gletscherzungen in den tiroler Tälern (Gschnitz, Daun) bzw. in den Hochtälern und Karen (Egesen)
"Schneegrenzdepression" angegeben vom Bezugsniveau 1850
Neuzeitlicher Gletschervorstoss um 1850 ist im ganzen Alpenraum nachweisbar ( Bezugsniveau)
Bis auf geringfügige, lokale Ausnahmen bewegten sich die holozänen Schwankungen offenbar im Rahmen dieser 1850er-Grenze
Zeitweise (holozänes Optimum) nachweislich kleinere Gletscher als heute
Zwischenhalte beim Gletscherrückgang seit 1850 (nicht überall nachweisbar): 1890, 1920, 1950
Holozäne Gletscherstände
Erläutern Sie die Begriffe Nährgebiet, Zehrgebiet und Gleichgewichtslinie!
Wovon wird es gesteuert, ob ein Gletscher kaltbasal oder warmbasal ist? Welcher Temperaturtyp erodiert den Untergrund stärker?
Erläutern Sie den Prozess der Detraktion!
Nennen Sie je eine Mikroform, Mesoform und Großform der glazialen Erosion!
Benennen Sie in der Grafik die gekennzeichneten Landformen!
Bringen Sie folgende Begriffe in eine sinnvolle Reihenfolge im Sinne der glazialen Serie: Urstromtal / Endmoräne / Drumlin / Zungenbecken / Grundmoräne / Trompetental / Sanderfläche!
oder: Skizzieren Sie eine (einfache) glaziale Serie und benennen Sie die wichtigsten Komponenten!
Wie könnten Sie in einer Kiesgrube die Ablagerungen eines Flusses von einer Moräne unterscheiden?
Bringen Sie folgende Gletscherstände in die richtige Reihenfolge und benennen Sie Gruppen davon mit Pleistozän, Spätglazial, Holozän! Gschnitz / Riss / Kleine Eiszeit / Egesen / Würm / Günz
Prüfungsfragen
4.3.5 Periglaziale Prozesse und Formen
Periglazial:
Klimabedingungen und Landformen, die durch die Vorherrschaft frostdynamischer Prozesse gekennzeichnet sind
Bereich "um das Eis herum"
Gebiete, die zwar unvergletschert sind, aber in denen der Unterboden das ganze Jahr über gefroren bleibt ( Permafrost)
4.3.5 Periglaziale Prozesse und Formen
Charakteristika:
Fehlender Sickerwasserstrom ins Grundwasser
Winterniederschläge als Schnee
Abflussspitze zur Schneeschmelze
spärliche Vegetation
Typisches Spektrum geomorphologischer Formen und Prozesse
4.3.5.1. Permafrost und seine Verbreitung
überall gefroren Flächenanteil 50-100%
Flächenanteil < 50%
Au
fbau
de
s P
erm
afro
sts
"active layer"
Thermoaktiver Permafrost
keine Jahres- schwankung mehr
begrenzt durch geothermische
Tiefenstufe
Verbreitung des Permafrosts
eher trockene/kontinentale Gebiete (entsprechende Lagen werden sonst von Gletschern eingenommen!)
Sibirien, Nordkanada, Alaska
Alpen ab ca. 2500 m Höhe
In den Hochglazialen: gesamter unvergletscherter Bereich Mitteleuropas!
Solifluktion
Auftauschicht fließt ab minimaler Hangneigung (ca. 2°) auf der Permafrosttafel
Sehr effektiver Hangabtragsprozess in Periglazialgebieten: Glättung von Hängen, Verfüllung von Tälern
Freie und gebundene Solifluktion (bei Vegetationsbedeckung)
Solifluktionsloben
http://www.geographie.uni-stuttgart.de
Pingos
Isolierte Hügel in Permafrost-gebieten (bis mehrere Zehnermeter hoch)
Bestehend aus Eiskern,darüber lagerndes Erdreich wird durch die Eislinse angehoben
Bei stark wasserhaltigem Boden (z.B. verlandender See)
Wasser wandert zu zentralem Eiskern (Dampfdruckdifferenz!)
Strukturböden (Frostmusterböden)
Bildung von Eiskeilen durch wiederholtes Gefrieren ( Eiskeilnetze)
Materialsortierung zwischen Fein- und Grobmaterial durch Wechsel von Gefrieren und Auftauen
Horizontale Materialbewegung durch Aufwölbung
Selbstorganisation zu ± sechseckigen Strukturen
Typische Periglazialform des Hochgebirges
Entstehung gebunden an große Schuttansammlungen (Moränen, Schutthalden)
Niederschlagswasser gefriert in den Hohlräumen, Bildung von Eiskern (i.d.R. kein schuttbedeckter Gletscher!)
aktive, inaktive und fossile Blockgletscher
Klimaindikatoren bzw. Indikatoren für alpinen Permafrost
Blockgletscher
Exkurs: Das paraglaziale Prozesssystem
Prozesse und Erscheinungen ohne direkte Einwirkung von Gletschereis, aber beeinflusst durch vorangegangene Vereisung
z.B. eisfrei gewordene Gletschervorfelder
Im Vergleich zur "geologischen Norm" stark erhöhte Prozessrate
Gründe: Übertiefung von Tälern, umfangreiche Bereitstellung von erodierbarem Lockermaterial
Periglazial: um den Gletscher (räumlich)
Paraglazial: nach der Vergletscherung (zeitlich)
Ballantyne (2005)
Skizzieren Sie Temperaturverteilung in einem Permafrostboden und benennen Sie die wichtigsten Schichten!
Warum findet man in Norwegen deutlich weniger Periglazialgebiete als im Ural (bei gleicher Breitenlage und Höhe)?
Nennen Sie drei typische Landformen des Periglazials!
Prüfungsfragen
4.3.6 Äolische Prozesse und Formen
Transport durch strömendes Medium
ähnlich Wasser, jedoch viel geringere Dichte
relativ hohe Windgeschwindigkeit erforderlich
Feinere Korngrößen (Sand, Schluff)
Vegetation bremst die Windgeschwindigkeit und schützt den Boden äolische Prozesse hpts. in vegetationsarmen /-freien Landschaften
Wüsten, Halbwüsten, Steppen, Savannen
Küstengebiete
subpolare/polare Gebiete, Gletschervorfelder
Landwirtschaftliche Flächen!
4.3.6.1 Äolischer Transport
Schwebfracht (Suspension)
längerfristig: ca. < 0,02 mm (Schluff)
kurzfristig: ca. < 0,1 mm
Saltation – Springen (Feinsand, Mittelsand)
Reptation – Rollen, Anstoßen von Körnern (Grobsand)
Saltation und Reptation (Leser 2003)
2
5
10
20
40
u2
m (
m/s
) b
ei z
0=0
,00
01
modifiziert nach Glawion et al. 2009
Äolischer Transport
4.3.6.2 Äolische Erosionsformen
Deflation
Ausblasen, Abheben
Typische Formen: Deflationswannen, Steinpflaster
Korrasion
Abschleifen durch mit der Luft bewegten Sand ("Sandstrahlgebläse")
Typische Formen: Windkanter, Pilzfelsen, Yardangs
Steinpflaster Press & Siever (2003)
Achtung: Verarmung des Unterbodens an Grobsteinen
Mitwirkung von Quellungs- und Schrumpfungsprozessen (ähnlich Frosthub!)
Windkanter Abschleifen von an der Oberfläche liegenden Seiten des Steins durch Korrasion
Nach Umwenden durch fluviale Prozesse Bearbeitung anderer Seite Entstehung von "Facetten" und Kanten
Korrasion in der Höhe maximaler Transportenergie (Geschwindigkeit x Sandgehalt)
Mitwirken der geologischen Schichtung
Pilzfelsen
Freie Dünen
Initiale Bildung an kleinen Hindernissen und Unregelmäßigkeiten Wachstum durch Selbstverstärkung (Akkumulation im Windschatten) Wanderung durch Abtrag an der Luv- und Akkumulation an der
Leeseite je kleiner, je schneller (bis Zehnermeter / Jahr) typische Schichtung
(AHNERT, S. 159)
Barchan
Parabeldüne
unimodal unimodal
Sterndüne
Längsdüne
bimodal
multimodal
Transversaldüne
unimodal
Dü
ne
nfo
rme
n u
nd
W
ind
rich
tun
g
www.earthobservatory.nasa.gov Großformen: Draadünen (Östl. Erg, Algerien)
Größte Dünenformen: Draa
Cooke et al.
(1993)
Spiralförmige Luftbewegung im
Bereich von Draa-Dünen
In Mitteleuropa: Starke Auswehung aus Gletschervorfeldern und Sanderflächen im Pleistozän!
4.3.6.4 Äolischer Ferntransport
• feinkörniges, homogenes, meist ungeschichtetes Lockergestein
• zwar unverfestigt, aber standfest
• gelblich-braun
• Korngröße 0,01 – 0,05 - Schluff
• in Mitteleuropa: 60-70% Quarz, 10-30% CaCO3, 10-20% Glimmer, Feldspat
• wichtiges Ausgangssubstrat für die Bodenbildung (z.B. Schwarzerden in der Ukraine)
Deposition von Löss
Prüfungsfragen
In welchen Gebieten der Erde entfalten äolische Prozesse hauptsächlich ihre Wirkung?
Welche Arten des äolischen Transports lassen sich unterscheiden, und welche Korngrößen sind davon betroffen?
Was für Dünenformen entstehen bei a) unimodaler Windrichtung und wenig Sandangebot; b) unimodaler Windrichtung und hohem Sandangebot; c) bimodaler Windrichtung und wenig Sandangebot; d) multimodaler Windrichtung und hohem Sandangebot?
In welchem ungefähren Zeitraum (keine Jahresangabe) wurden die verbreiteten Lösse in Mitteleuropa abgelagert? (Tertiär / Hochglazial / Frühholozän / Bronzezeit / Kleine Eiszeit)