Geografie-PHZH | 4: Geomorphologie, Gletscher und Eiszeiten

Im Eis abgesunkenes und am Gletschergrund abgeschürftes Gesteinsmaterial wird an der Sohle transportiert und unter dem Eis zu einer Grundmoräne abgelagert.

Grössere Felsblöcke, die der Gletscher oft Hunderte von Kilometern vom Ursprungsort wegtransportiert hat, bezeichnet man als erratischen Block oder Findling.

Überfährt der Gletscher bei einem Vorstoss seine eigene Moräne, so formt er dieses lockere Moränenmaterial zu länglichen, in Richtung der Eisbewegung ausgerichteten Hügeln, den Drumlins.

Ein Drumlin kann bis zu 50 m hoch und einige Hundert Meter lang sein. Die steile Seite zeigt normalerweise die Richtung an, aus der das Eis gekommen ist.

Im Bereich der Gletscherzunge bildet sich durch die Erosion des Eises ein Zungenbecken, welches oft durch End- und Seitenmoränen wallartig umgeben ist. Nach dem Rückzug der Gletscherzunge bildet sich ein Zungenbeckensee aus Schmelzwasser, der später auch durch Zuflüsse und Niederschlagswasser gespiesen wird.

Die meisten grösseren Alpenvorlandseen (z.B. Genfer-, Zürcher-, Boden-, Sempacher-, Hallwilersee u.a.l sind typische Zungenbeckenseen.

Beim Gletscherrückzug können sich grössere Eisblöcke vom fliessenden Gletscher trennen und in der Moräne einlagern. Schmilzt dieses Toteis, so sackt das darüber befindliche Moränenmaterial ein und bildet eine Vertiefung, die sich durch Niederschlags- und Grundwasser zu einem Toteissee füllt.

Toteisseen sind meist zu- und abflusslos.

Der Wind kann Material bis zur Grösse von grobkörnigem Sand abtragen, über weite Strecken transportieren und schliesslich wieder ablagern.

In ariden und polaren Gebieten, die kaum oder gar nicht mit Vegetation bedeckt sind, ist die formende Kraft des Windes besonders wirksam. So transportieren südliche Höhenwinde den Saharastaub mehrmals jährlich bis in den Alpenraum, wo er als rötliche Verfärbung auf dem Schnee sichtbar wird.

Äolisch (nach Aiolos, dem griechischen Gott des Windes, benannt) bedeutet «vom Wind geschaffen», vom Wind bewirkt, abgetragen, transportiert und abgelagert.

Wind kann Sand aufwirbeln und abtransportieren, was als Deflation (Ausblasung) bezeichnet wird.

Dadurch kann in Trockengebieten eine Hammada (Felswüste, Felsschuttwüste) oder eine Serir (Kies- oder Geröllwüste) entstehen, die wegen der starken Deflation keinen Sand mehr an der Oberfläche aufweisen.

Wind allein kann einen Felsen nicht abtragen. Mit Flugsand erreicht er aber eine abschleifende Wirkung, die der eines Sandstrahlgebläses entspricht.

Da die meisten Sandkörner unmittelbar über dem Boden transportiert werden, führt die Winderosion hauptsächlich hier zur Rundung und Abtragung der anstehenden Felsen und der losen Steine.

Weisen Steine rundherum Schliffflächen auf, bezeichnet man sie als Windkanter.

Aufragende Einzelfelsen werden unterschliffen und zu Pilzfelsen mit einem schmalen Sockel umgeformt.

Ausgeblasener Sand aus einer Hammada oder einer Serir werden oft bei nachlassender Windströmung oder auf der Leeseite eines Hindernisses zu einzelnen Dünen oder sogar zu Dünenfeldern, einem Erg (Sandwüste), abgelagert.

Der Sandtransport auf der Luvseite einer Düne erfolgt oberflächennah durch Saltation und Schieben der Sandkörner. Beim Überschreiten des Dünenkamms bildet sich auf der Leeseite eine instabile Sandanhäufung, die von Zeit zu Zeit abrutscht und abgelagert wird. Infolge ständiger Abtragung auf der Luvseite und Ablagerung auf der Leeseite können Dünen als Ganzes in Windrichtung wandern und Höhen von einigen Dutzend Metern erreichen.

Die Oberfläche einer Düne ist durch wellenartige, wenige Zentimeter grosse Windrippel gegliedert, die quer zur Windrichtung angeordnet sind und sich in gleicher Art und Weise wie die Dünen vorwärtsbewegen können.

Im Unterlauf eines Flusses ist die Fliessgeschwindigkeit klein, die Transportkapazität und die Erosion nehmen ab, sodass die Ablagerung (Sedimentation, Akkumulation) dominiert:

Zuerst wird das gröbere Material, bei abnehmender Geschwindigkeit das feinere Material akkumuliert. Die gerundeten und meist sortierten Ablagerungen von Flüssen im Ober-, Mittel- und Unterlauf werden als Schotter bezeichnet.

Die Oberfläche der Erde ist hauptsächlich drei geologischen Prozessen ausgesetzt:

Bei der «Verwitterung» wird festes Gestein gelöst und zerkleinert, bei der «Abtragung» wird dieses Gestein transportiert und bei der «Akkumulation» abgelagert.

Mit Verwitterung bezeichnet man sämtliche Prozesse, die durch Kombination von physikalischer Zerstörung, chemischer Lösung oder biologischer Aktivität zum Zerfall und zur Zerstörung von Gesteinen und Mineralien führen. Die Stärke der Verwitterung ist abhängig vom Klima, den Gesteinseigenschaften und der Zeitdauer, während deren ein Gestein den Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt war.

Bei der physikalischen Verwitterung, auch mechanische Verwitterung genannt, werden feste Gesteine und Mineralien durch physikalische Prozesse aufgelockert und zerkleinert, ohne dass eine stoffliche Veränderung auftritt. Dabei entstehen kantige Gesteinsstücke von einigen Millimetern bis zu mehr als einem Meter Durchmesser.

• Temperaturverwitterung

• Frostverwitterung

• Salzsprengung

• Wurzelsprengung

Von einer Temperaturverwitterung spricht man dann, wenn sich Gesteine und Mineralien bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung zusammenziehen. Häufige, starke Temperaturschwankungen in der Aussenschale des Gesteins führen dort zu Spannungen und damit zur Ablösung und hörbaren Absprengung von einzelnen Gesteinsstücken und dünneren Gesteinsplättchen.

Diesem Vorgang sind besonders Gesteine mit unterschiedlichen Mineralien stark ausgesetzt (z. B. Granit), da sich dunkle und helle Mineralien unterschiedlich ausdehnen und damit der Mineralienzusammenhalt stark geschwächt wird.

In Wüstengebieten und Hochgebirgen ist die Temperaturverwitterung besonders stark, da die Oberflächentemperatur von Gesteinen täglich um bis zu 100°C schwanken kann. Bei so extremen Bedingungen können sich im gesamten Gestein Spannungen aufbauen und grosse Blöcke durch «Kernsprünge» auch mittendurch teilen.

Von einer Frostsprengung bzw. einer Frostverwitterung spricht man, wenn sich das Volumen von Wasser beim Gefrieren um bis zu 11% vergrössert. Dringt Wasser durch sehr feine Klüfte und Gesteinsporen in ein Gestein ein und gefriert. entwickelt sich beispielsweise bei -22°C ein extrem starker Druck von 2200 kg/cm2.

Bei häufigem Auftauen und Gefrieren (Frostwechsel) kann das Gestein mit der Zeit gesprengt werden.

Im Hochgebirge und in polaren Breiten ist Frostsprengung durch das häufige Auftauen am Tag und das nächtlic.he Gefrieren besonders wirksam.

Die Salzsprengung tritt vor allem in ariden (trocken, dürr) und semiariden Gebieten mit gelegentlichen Niederschlägen auf. Hier verdunstet das Wasser durch die starke Sonneneinstrahlung an Erd- und Gesteinsoberflächen und scheidet dabei die gelösten Salze in Form von Salzkrusten aus. Fallen Niederschläge, werden die Salze wieder gelöst und dringen in Klüfte und Poren der Gesteine ein. Dort verdunstet das Wasser wieder, wobei die Salze unter einer Volumenvergrösserung von 30 bis 100% auskristallisieren und damit einen erheblichen Druck auf das umgebende Gestein ausüben. Bei erneuter Befeuchtung wandeln sich die Salze unter einer Volumenzunahme von bis zu 300% in Hydrate um und können das Gestein zersprengen.

Die Wurzelsprengung spielt innerhalb der physikalischen Verwitterung nur eine untergeordnete Rolle. Die Wurzeln von Pflanzen können in feine Klüfte und Poren eindringen und durch ihr allmähliches Wachstum einen starken Druck auf das umgebende Gestein ausüben, dieses lockern und schliesslich auseinandersprengen.

Von einer chemischen Verwitterung spricht man, wenn Wasser und die in ihm gelösten Säuren, Basen und Salze die Gesteine und Mineralien auflösen und chemisch verändern.

Da die Wirkung der chemischen Verwitterung an Wasser gebunden ist und mit steigenden Temperaturen zunimmt, ist sie in den feuchten und wechselfeuchten Tropen besonders intensiv. Während die physikalische Verwitterung nur wenige Meter tief in die Erdkruste hineinwirkt, kann die chemische Verwitterung bis mehrere Hundert Meter hinunterreichen.

Chemische und physikalische Verwitterungsarten kommen aber oft in Kombination vor und ergänzen und verstärken sich gegenseitig. Die chemische Verwitterung ist umso wirksamer, je weiter der Zerfall und die Auflösung eines Gesteins fortgeschritten ist und dadurch neue Angriffsoberflächen für die Wasserlösungen geschaffen werden.

• Hydratationsverwitterung

• Lösungsverwitterung

• Oxidationsverwitterung

• chemisch-biologischen Verwitterung

Hydratationsverwitterung bedeutet, dass sich Wassermoleküle in Mineralien einlagern, dadurch den Zusammenhalt der Mineralien schwächen und so zu einem Zerfall des Gesteins führen.

Voraussetzungen für die Hydratationsverwitterung sind Klüfte und Poren im Gestein und genügend Regen- und Grundwasser. Dieser Prozess tritt damit fast überall auf der Erde und in praktisch jedem Gestein auf, wenn auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Bei der Lösungsverwitterung werden leicht lösliche Gesteine und Mineralien (z. B. Salze oder Gips) vom Wasser teilweise oder ganz aufgelöst und weggeführt. Treten zum Wasser Gase hinzu, vermögen diese aggressiveren Lösungen auch wasserunlösliche Gesteine anzugreifen.

Man unterscheidet zwischen der «Kohlensäure-» und der «Rauchgasverwitterung».

Bei der Kohlensäureverwitterung oder Karstverwitterung wird der wasserunlösliche Kalkstein durch Kohlensäure gelöst.

Kalk besteht hauptsächlich aus Calciumcarbonat. Kohlensäure entsteht in der Atmosphäre durch die Anreicherung des Niederschlagswassers (H2O) mit Kohlendioxid (CO2) oder im Boden, wo von Pflanzenresten weiteres Kohlenstoffdioxid gelöst wird. Die Kohlensäure wandelt das wasserunlösliche Calciumcarbonat in das wasserlösliche Calciumhydrogencarbonat um, das vom Wasser nun leicht verwittert werden kann.

Die Kohlensäureverwitterung ist nur in Gebieten, die überwiegend aus Kalk bestehen, wirksam.

Die vom Menschen verursachte Rauchgasverwitterung ist eine weitere besondere Form der Lösungsverwitterung.

Durch intensive Verbrennung von Öl und Kohle reichert sich in der Luft Schwefeldioxid (SO2) an, welches sich in Verbindung mit Niederschlägen in Schwefelsäure (H2SO4) umwandelt und den sogenannten sauren Regen bildet Diese Säure ist zu schwach, um auf der Haut Ätzungen zu verursachen, zerstört aber in beträchtlichem Masse Bauwerke, Farben, Metalle und Gesteine.

Einige historische Städte in der Schweiz (z. B. Bern) sind aus Sandstein aufgebaut, die als Bindemittel Calziumcarbonat enthalten. Schwefelsäure kann dieses Calciumcarbonat in wasserlöslichen Gips verwandeln, der vom Regen ausgewaschen wird oder abbröckelt.

Die Schwefelsäure kann aber auch in die Poren der Sandsteine eindringen und dort unter Volumenzunahme auskristallisieren und das Gestein oberflächlich absprengen.

Bei der Oxidationsverwitterung lagert sich Sauerstoff in Eisen-, Mangan- und Schwefelmineralien an, was zu einer Volumenzunahme dieser Mineralien und somit zur Auflockerung des Gesteins führt.

Das «Rosten» des Gesteins findet weltweit unter Einwirkung von feuchter Luft oder lufthaltigem Wasser statt. Die Oxidation des Eisens ist leicht am Farbwechsel von dunklen zu helleren (gelblich-bräunlich-rötlichen) Farbtönen erkennbar. Alle «verrosteten» Bereiche des Gesteins lösen sich leicht aus ihrem Verband.

Das durch physikalische und chemische Verwitterung zerteilte und gelöste Gesteinsmaterial wird durch Abtragung vom Verwitterungsgebiet entfernt.

Abtragung ist ein Oberbegriff für sämtliche Verlagerungsprozesse durch die Schwerkraft (Bergsturz, Steinschlag, Rutschung, Bodenfliessen und Solifluktion) und durch Wasser (Erosion, Abspülung, Ausspülungl, Wind (Deflation) und Eis (Glazialerosion).

Art und Ausmass der Abtragung sind von klimatischen Faktoren, aber auch von lokalen Voraussetzungen wie Gesteinsstruktur, Relief und Vegetation abhängig.