Zepp und Ahnert Geomorphologie Einführung PDF

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Zusammenfassung der allgemeinen Geomorphologie...

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GEOMORPHOLOGIE 1. Gegenstand, Aufgabe und Gliederung der Gemorphologie 1.1 Gegenstand und Stellung 

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Griechisch gé = Erde, morphé = Form, logos = Wort  also die Lehre von der Form der Erde  Oberflächenformen und Relief beschreiben, ordnen und Erklärung (Entstehung sowie Weiterbildung) Definition nach LOIS, FISCHER 1979 Theoretisch gehören auch submarine Oberflächenformen dazu, diese werden aber mehr oder weniger vernachlässigt In der Reliefsphäre überlagern sich Lithosphäre, Hydrosphäre, Pedosphäre, Biosphäre und Atmosphäre zu einem komplexen Wirkungsgefüge  enge Beziehungen zur Bodenkunde, Geologie, Klimatologie, Hydrologie und teilweise sogar zur Biologie (schützende Pflanzendecken) Beziehung zwischen Größe und Existenzdauer von Landformen: Regentropfen-Einschlagkrater, der bereits nach 2 Sekunden wieder zerstört sein kann  Kontinentalschilde, wie der Baltische Schild (Skandinavien) oder der Kanadische/Laurentische Schild (Kanada) Die Schilde sind älter als die Kontinente selbst, da sie die Bausteine der Kontinente bilden Formgrößen-Existenz-Regel  Formen bleiben umso länger erhalten, je größer sie sind, was mit der für Änderungen nötigen Arbeit verständlich wird 3 Forschungsstufen der Geomorphologie  Morphometrie (Identifikation und Klassifikation von Landformen)  funktionale Geomorphologie (quantitative Beziehungen wie Massenbilanzen und je-desto-Kausal-Beziehungen)  Morphogenese (historische Entwicklung unter Berücksichtigung von Klima und Tektonik)

1.2 Gliederung der Geomorphologie: reliefbildende und formbildende Prozesse 

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In globaler Sicht greifen Massen- und Energiehaushalt: die Masse der Erde ist über lange geologische Zeiträume konstant geblieben, während derer sich vor allem durch endogene Kräfte das Relief beständig verändert hat  Endogene Kräfte verursachen maßgeblich den differenzierten Aufbau und die Beschaffenheit der Erdkruste und sind für die Herausbildung von Höhenunterschieden zuständig An der Erdoberfläche stattfindende Prozesse (z.B. gravitative Prozesse durch Höhenunterschiede) sind exogene Prozesse, die grundsätzlich auf einen Höhenausgleich hin wirken (im Gegensatz zu endogenen Kräften)  exogene Prozesse sind stets mit Materialumlagerungen auf der Erdoberfläche verbunden  somit resultieren Abtragungs- und Ablagerungsformen Abgesehen von gravitativen Prozessen werden exogene Prozesse durch die Sonneneinstrahlung (Energie) in Gang gehalten, die zu atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationssystemen führt. Diese sind neben dem Wasserkreislauf zentrale Energielieferanten für exogene Prozesse  äolische, litorale, fluviale und glaziale Formen entstehen

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 hinzu kommt die Verwitterung als physikalische und chemische Veränderung anstehender Gesteine Exogen entstandene Formen werden als Skulpturformen, endogen entstandene heißen Strukturformen (aus ihnen kann man häufig auf Prozesse innerhalb der Erdkruste schließen)  im Grunde sind erkennbare Formen vor erd-geschichtlichem Hintergrund aber häufig Ergebnis endogen-exogener Wechselwirkungen Energieflüsse für die Erdoberflächenformung

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Systematik einer genetisch orientierten Geomorphologie

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 Von der Regel, dass endogene Prozesse reliefbildend und exogene Prozesse reliefmindernd wirken, gibt es nur wenige Ausnahmen, wie z.B. die Verwandlung eines Vulkanbergs in eine Caldera durch endogene Prozesse oder der Reliefanstieg durch die Meeresspiegelabsenkung durch das pleistozäne Klima Endogene und Exogene Prozesse beeinflussen das Relief, genauso wirkt das aber andersherum. So bewirkt ein angehobenes Relief eine stärkere Abtragung durch Flüsse etc.

1.3 Vielfalt geomorphologischer Formen  

Forschungsansätze und Arbeitsrichtungen siehe S. 24 Makro- und Megaformen können am besten durch endogene Prozesse erklärt werden – je kleiner die betrachteten Formen (Pico, Nano, Mikro, Meso), desto eher spielen exogene Prozesse die entscheidende Rolle

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Die Geomorphologie befasst sich vorwiegend mit Mikro- und Makro-Reliefeinheiten

1.4 Bedeutung des Reliefs und Geomorphologie 

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Aus der Existenz und der Verschiedenartigkeit des Reliefs resultiert die Charakterisierung und Abgrenzung von Landschaftsräumen  reliefgebundene Orientierung im Raum  auch die Muster von Siedlungen, Industrie oder landwirtschaftlicher Nutzungsformen häufig mit dem Relief verknüpft Gesetzmäßigkeiten der Formung und der Materialumlagerung auf der Erde sind eine wichtige Grundlage zur rationalen Kartierung von Böden und Sedimenten und wichtig für die Landschaftsbewertung, ökologische Planung oder Landschaftsnutzung Die aus geomorphologischen Befunden rekonstruierbaren vergangenen Landschaftsveränderungen liefern Beiträge zur Abschätzung der Auswirkungen zukünftiger Klimaänderungen Aktuelle und kurzfristige Prozesse besitzen eine hohe Bedeutung für den menschlichen Lebensraum  Beitrag zur Erforschung von Naturgefahren Das Relief besitzt viele Regelfunktionen für Prozesse des Landschaftshaushalts o thermisches Verhalten von Hängen

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oberflächennahe Windmuster Wasserkreislauf (Steigungsregen, Flussoasen, Wasserkraftnutzung, Oberflächenabfluss

2. Die Entstehung von Kontinenten, Gebirgen und Ozeanen (Megaund Makrorelief) 2.1 Hypsometrische Kurve 

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Die Erde als Rotationsellipsoid o Abgeflachte Kugel, deren Polardurchmesser 42km kürzer ist als der Äquatordurchmesser  Grund ist die Zentrifugalkraft der Erdrotation o Tatsächlich weicht die Erde von dieser Form ab und wird als Geoid bezeichnet, der eine erdumspannende Äquipotentialfläche (für Schweremessungen) beschreibt Knapp 30% der Erdoberfläche liegen über Wasser Mittlere Landhöhe 870m, mittlere Meerestiefe 3700m

Den eigentlichen Rand der Kontinente bilden die Kontinentalabhänge, da die Kontinentalschelfe bis -200m Teil der Kontinentplattform und damit auch noch Teil der Kontinente sind. Grund sind vergangene Meeresspiegelschwankungen Vorstellung der Erde als Abfolge von o Erdkern  Fester innerer Erdkern (1250km Radius, hauptsächlich Eisen und Nickel)  Flüssiger äußerer Erdkern (3500km Radius vom Mittelpunkt, hauptsächlich Eisen) o Erdmantel  2900km, Silizium-, Magnesium, Aluminium- und Eisenhaltige Minerale o Erdkruste  5 bis 80km dick (unter Ozeanen viel dünner), Material variiert stark  Kontinentale Kruste weniger dicht (2,7 g/cm³) und mit etwa 30km dicker als die ozeanische Kruste (3,2 g/cm³ Dichte und 6km Dicke), diese würde also absinken bei Konvergenz Zwischen Mantel und Erdkruste finden isostatische Ausgleichsbewegungen statt, die aus den unterschiedlichen Dichten der Platten mit dem Erdmantel entstehen. Gemäß dem archimedischen Prinzip tauchen die Krustenschollen so tief in den Erdmantel ein, dass sie eine ihrer eigenen Masse gleiche Masse von Mantelmaterial verdrängen  die dichte ozeanische Kruste hat daher eine Auftauchhöhe von nur 0,36km, die kontinentale Kruste dagegen etwa 5,5km. Der tatsächliche Unterschied zwischen der durchschnittlichen Landund Meeresbodenoberfläche stimmt hier in etwa überein (870+3800=4600 entspricht etwa 5500-360) Durch Faltungen und Schiebungen ist die kontinentale Kruste unter Hochgebirgen dicker als im Bereich von Tiefländern. Diese Krustenverdickung führt zu isostatischer Hebung der Kruste. Isostatische Hebung kann auch durch Erosion oder Eisschmelze, isostatische Senkung durch Sedimentationseintrag induziert werden Besonders vielgestaltig die erst relativ kurz erforschte Ozeantopographie o Mittelatlantische Rücken 2000m hoch unter Wasser, teilweise bis über die Wasseroberfläche, wie in Island o Tiefseeberge, wie die Hawaii-Inseln sogar bis zu 4200m hoch o Auf der anderen Seite bis zu 10000m tiefe Tiefseerinnen

2.2 Plattentektonik 

Die Erklärung der größten Formen auf den Kontinenten und Ozeanböden wird mit der Theorie der Plattentektonik möglich, nach der Mantel- und Krustenmaterial in Austauschprozesse eingebunden ist

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Ältere Vorstellungen, wie die Geosynklinaltheorie (Ablagerungsraum für Sedimente, aus denen später Gebirge entstehen) werden nicht mehr diskutiert

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In der Plattentektonik wird die Lithosphäre von der Asthenosphäre unterschieden o Lithosphäre umfasst die Erdkruste und den obersten Bereich des Erdmantels, der noch relativ fest ist  die Lithosphäre ist damit 70-150 km mächtig o Asthenosphäre ist eine Schicht innerhalb des oberen Mantels mit relativ hoher Beweglichkeit (Schmelzanteil von wenigen Prozent) Die Lithosphäre ist in mehrere Platten aufgeteilt, die sich durch Antriebskräfte im Erdmantel (Wärmeausgleich zwischen warmem Mantel und kalter Erdoberfläche) bewegen o Konvergenz  bei gemischter Konvergenz wird die dichtere ozeanische Platte subduziert und es entstehen Tiefseegräben und durch eine mögliche Hebung der kontinentalen Platte Gebirge (andinen Typs, also Anden)  bei Konvergenz zweier ozeanischer Platten können ebenfalls Tiefseegräben entstehen. Ebenfalls kann vulkanisches Material austreten und ein Inselbogen entstehen  bei Konvergenz zweier kontinentaler Platen bilden sich komplizierte Strukturen und häufig Gebirge (Himalaya) o Divergenz  durch Ausbildung neuer ozeanischer Kruste an der Öffnung kommt es zu seafloor spreading, das Alter der Erdkruste steigt mit der Entfernung von der Divergenzzone o Horizontalverschiebungen = Transformstörung an konservativen Plattengrenzen o Es kann zu einer Umkehr der Polarität kommen (also die Platte, unter die bisher subduziert wurde, sinkt selbst ab): das passiert beispielsweise, wenn ein Inselbogen (auf einer ozeanischen Platte) einem passiven Kontinentalrand angegliedert wird, die ozeanische Platte dann abreißt und absinkt, siehe Grafik: o

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Bei näherer Betrachtung der gegebenen Gebirge auf der Erde zeigt sich, dass diese nicht durch einfache Kollisionen entstanden sein können. Gerade bei Gebirgen des alpinen Typs treten häufig Terranes auf  das sind Teile ozeanischer oder kontinentaler Kruste, die meist von den umgebenden Gebirgsteilen scharf abgegrenzt sind und andere Gesteins- und Lagerungsformen

aufweisen  häufig sind die mehrere 1000 Kilometer horizontal verdriftet worden

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o WEGENERs (1915) Kontinentalverschiebungstheorie o Lange Zeit umstritten, mit dem Entdecken des sea floor spreadings (zuerst in Island) aber neue Bestätigung gefunden. Je weiter Material vom mittelozeanischen Rücken entfernt ist, desto älter ist es. Ausbreitungsrate etwa 1-5cm/a, im Atlantik teilweise bis 30cm o Die Horizontalbewegungen geschehen durch Konvektionsströme in der Asthenosphäre. Aufgrund des Massenerhalts muss an Subduktionszonen Krustenmaterial wieder absinken o Die Konvektionsströme sind variabel, weshalb auch die Plattenbewegungen in der Erdgeschichte veränderlich waren und sind. Platten sind hierbei Lithosphärenbereiche einheitlicher Bewegungstendenz. Heute unterscheidet man 8 Großplatten. o Am Ende des Paläozoikums, im Perm vor 250 Millionen Jahren hingen alle Platten zusammen als Pangäa, in das von Osten das Thetys-Meer eindrang. Die Nordkontinente wurden als Laurasien bezeichnet (nach dem Laurentischen Schild). Die Südkontinente heißen Gondwana. o Die vorderen Ränder der Kontinente heißen aktive Kontinentalränder. Dort finden Faltungen statt

Morphostrukturelle Großeinheiten der Kontinente o Schilde (älteste Teile die aus präkambrischen kristallinen Gesteinen bestehen, Großteile der Schilde sind durch jüngere Sedimente bedeckt) o Sedimentäre Plateaus, Tafel- und Schichtstufenländer (auf horizontalen Sedimenten aufgebaut, sehr mächtige Sedimentdecken, die nur an wenigen Bereichen bis zum Sockel durchschnitten sind, wie der Grand Canyon des Colorado River in Arizona. Sind die Schichten leicht verbogen kommt es zu Schichtstufen, bei steilerer Schichtneigung zu Schichtkämmen) o Vulkanische Plateaus (aus Flutbasalten wie das Deccan Plateau in Indien) o Alte Faltengebirge (kaledonische und variskische Gebirge, die meist bereits abgetragen wurden. In vielen Gebieten wurde dieses alte Grundgebirge von jüngeren Deckgebirgen aus Sedimentgesteinen überdeckt. Die Grenze zwischen Grund- und Deckgebirge heißt Diskordanz)

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In Mitteleuropa wurden diese alten Gebirge im Tertiär und Quartär entlang von Bruchlinien als Bruchschollen gehoben, weshalb man sie AUCH als Bruchschollengebirge einordnen kann. Dies geschah gleichzeitig mit der Alpengenese aufgrund des dabei entstandenen tektonischen Drucks Deutlich charakterisierbare alte Faltengebirge sind bspw. Das Hochland Norwegens und Schottlands (kaledonisch gebildet) Junge Faltengebirge (alpidische Gebirge, Hebung heute noch nicht abgeschlossen. Die jungen Faltengebirge werden in den Alpinen Gebirgsgürtel (Atlas, Pyrenäen, Alpen,

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Balkan, Kaukasus, Hindukusch, Pamir, Himalaya bis SO-Asien) und anschließenden Zirkumpazifischen Gebirgsgürfel in Form von Inselketten unterteilt o Bruchschollengebirge (Paradebeispiel Great Basin im Westen der USA. Nach der Faltung zerbrach dieses Gebiet in zahlreiche Schollen und Gräben) o Sedimentäre Ebenen (sehr heterogene Genese, Beispiel sind die das Kalahari-Becken Südafrikas, das Alpenvorland, die Ganges-Ebene. Allen gemeinsam ist das geringe Relief aus fluvialen und teilweise glazialen, äolischen, marinen oder lakustrinen Sedimenten und ihr geringes Alter) o Große Grabenzonen/Rift (afrikanisches Grabensystem als größtes Grabensystem der Welt mit verschiedenen Seen und zwei großen Grabenästen. Das Oberrheingraben ist ebenfalls Teil eines großen Grabensystems o Junge Vulkane und Vulkangebiete (vor allem im Zirkumpazifischen Gebirgsgürtel = Ring Of Fire, aber auch um den afrikanischen Grabenbruch herum Die Hebung der jungen Faltengebirge ist heute meist noch nicht abgeschlossen. Wo die alten Faltengebirge nach ihrer Abtragung heute wieder Relief besitzen, ist das auf Bruchschollenhebungen oder verstärkte selektive Abtragung zurückzuführen

2.3 Auflistung exogener Faktoren und Prozesse (aus Ahnert, S. 40)  

Eustatische Veränderungen des Meeresspiegels (siehe Kapitel 13) Morphoklima, also die Einflüsse o Des Niederschlags Infiltration, Verdunstung, Bodenfeuchtigkeit  chemische Verwitterung; Wassermenge, Abfluss  Erosion (Erfassung mittels Rang-Häufigkeits-Analysen) o Der Temperatur zur Unterscheidung klimamorphologischer Zonen nur bedingt nützlich, da sie nur grobe Unterscheidungen, wie Permafrostgebiete ermöglichen. Wichtiger sind Spannweiten oder Schwellenwerte, was mittels Größenfrequenzanalyse (Rang-Häufigkeits-Analysen, Kapitel 14 knapp) o Des Windregimes

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Exogene Prozesssysteme o Verwitterung o Denudation (flächenhafte Abtragung  Hangentwicklung) o Besteht aus fluvialen, glazialen, litoralen und äolischen Teilprozessen

3. Material, Prozesse und Strukturen der kontinentalen Kruste 3.1 Tektonik 

Die Tektonik ist die Lehre vom Bau der Erdkruste, in der es auch abseits großer Plattengrenzen Strukturen und Prozesse (wie etwa Krustenverstellungen) gibt o Teilweise können diese als Anpassungen an die Prozesse an den aktiven Kontinentalrändern aufgefasst werden o Anderseits sind sie das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre auch innerhalb scheinbar stabiler Kontinente o Und drittens spielen regionale Gegebenheiten, wie Schweregleitung oder Isostasie eine Rolle

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Durch tektonische (horizontale und vertikale) Bewegungen gelangen Gesteine unterschiedlicher Abtragungsresistenz an die Oberfläche, was sich wieder auf die exogene Formung auswirkt ( Zusammenhang!) Durch die mit der Tiefe steigenden Temperaturen (1K/33m), Drücke und endogenen Kräfte kommt es zur Gesteinsmetamorphose und sogar bis zum Aufschmelzen Epirogenese = Hebung und Senkung von Krustenbereichen o Kann passieren wenn Magma aus der Asthenosphäre in die Kruste aufsteigt o Oder wenn aufquellendes Mantelmaterial die Unterkruste erhitzt, diese schließlich schmilzt und es zu isostatischem Auftrieb kommt o Auch denkbar ist ein isostatischer Ausgleich durch Mineralumwandlung und damit Volumenänderung im oberen Mantelbereich o Nicht zuletzt sei das Beispiel der Eisschmelze in Skandinavien genannt, während der es durch die Druckentlastung zu isostatischer Hebung kam o Häufig sind vulkanische Aktivitäten mit solchen Prozessen verbunden o In sehr großen Zeitskalen kann auch die Abtragung von Gebirgen zu isostatischen Ausgleichsprozessen führen o Abgesunkene Krustenbereiche heißen Becken, Beispiele sind Tiefseerinnen, Vorlandbecken oder Rifsysteme wie der Oberrheingraben  Absenkungsprozess wird als Subsidenz bezeichnet  Endogen eingeleitete tektonsich-thermische Subsidenz  Durch zusätzliche Auflast durch Sedimente kann zusätzlich zu einer SedimentAuflast-Subsidenz kommen  Die während der Subsidenz stattfindende Auffüllung des Beckens verhindert häufig die Wahrnehmung als Höhenunterscheid Orogenese = bedeutende, abgeschlossene Phasen mit Plattenkollisionen und Krustendeformationen

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Sedimente, die sich in einem Becken ablagern, breiten sich meist flächenhaft in Schichten aus. Die normale Lagerung (söhlige Lagerungen) ist demnach meist horizontal. Durch tektonische Bewegungen werden sie verstellt o Geneigt o Senkrecht (saigere Stellung)  Altersabfolge nicht mehr erkennbar o Invers, wenn die Schichten überkippt sind, dann ruhen ältere Schichten auf jüngeren

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Neben der Verkippung kommt es auch zu Dehnungen, die dann in Grabenstrukturen enden können Bei vollständigem Aufbrechen kontinentaler Kruste kann neue ozeanische Kruste entstehen, wie es an mittelozeanischen Rücken der Fall ist  ??? und auch für das ost-afrikansiche Riftsystem vermutet wird Grenzflächen von Krustenschollen heißen Störungen, Brüche oder Verwerfungen, der Vertikalbeitrag heißt Sprunghöhe  meist verlaufen Verwerfungen nicht vertikal, sondern geneigt und es kommt zu Abschiebung oder Aufschiebung Eine Tiefschollen umgeben von zwei Hochscholle = Graben Eine Hochschollen umgeben von zwei Tiefschollen = Horst  beide Strukturen sind meist Ergebnis einer Pressung Gesteinsschichten können auch zu Sätteln (Antiklinale) und Mulden (Synklinale) verbogen werden o Meist durch seitliche Einengung o Voraussetzung sind gewisse Temperaturen, Drücke und Gesteinszusammensetzungen ( diese Voraussetzungen gelten nicht für Falten, die durch die schwerkraftbedingtes Gleiten in Lockersedimenten entstehen) o im Kern der Falte wird Material zusammengedrückt, außen verteilt es sich auf einen größeren Raum  es entstehen Risse = Klüfte (Spalten bezeichnen mit dem Auge gut erkennbare Klüfte) o Klüfte stehen im Normalfall senkrecht zur Schichtung, da dort die Kräfte angreifen Klüfte können aber auch durch Schrumpfung bei Abkühlung oder Flüssigkeitsverlust während der Diagenese entstehen Bei einer Schichtfalte wechseln also die Winkel und Richtungen der Schichtflächen, das Streichen allerdings bleibt bestehen

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3.2 Geologische Zeitrechnung 

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Die Geologie hat eine Gliederung der Erdgeschichte in Phasen verstärkter Gebirgsbildung erarbeitet. In Europa sahen die Phasen folgendermaßen aus o Cadomisch (570 Mio. Jahre) im Jungpräkambrium  o Kaledonisch (400 Mio. Jahre) zwischen Silur und Devon  Skandinavien o Variskisch (290 Mio. Jahre) zwischen Karbon und Perm  Rhenisches Schiefergebirge und Harz o Alpidisch (25 Mio. Jahre) im Tertiär  Alpen und Himalaya o Geologische Karte hierzu! Stratigraphische Tabelle Die 3 Ären des Phanerozoikums (welches durch Fossilien belegbar ist) heißen auch Erdaltertum, Erdmittelalter und Erdneuzeit

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Diese Grobgliederung muss für geomorphologische Fragestellungen stark differenziert werden, besonders im Kanäozoikum (Erdneuzeit), da die Informationsfülle ansteigt, je jünger die Formen ...