Der Bergfuß

Universität Erlangen
Geographisches Institut
SS 1994

Proseminar: Trockengebiete

Referat:

Was passiert am Bergfuß in Trockengebieten?

Dozent: Prof. Dr. W. -D. Hütteroth

Verfasser: Andreas Nagl

© Copyright 1994: Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil der Arbeit darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder in einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3
2. Termini und Definitionen 4
3. Entstehungsbedingungen 5
4. Pedimentgenese 6
4.1. Aktiver Flächenformungsprozeß 6
4.2. Passiver Flächenformungsprozeß 6
5. Neue Aspekte zur Pedimentgenese 7
5.1. Hangentwicklung 7
5.1.1. Backwearing 7
5.1.2. Downwearing 7
5.2. Flächenentwicklung 8
6. Phasen der Gebirgsverkleinerung 9
7. Schlußbetrachtungen 9
8. Literatur 10

1. Einleitung

Abb. 1: (Büdel 1970 S. 52)

Betrachtet man Gebirgslandschaften in Trockengebieten, so sind einzelne Berginseln mit dazwischenliegenden flachen, leicht geneigten Bereichen kennzeichnend. Beide Formen sind oft von einem steilen Fußknick des Gebirges voneinander abgesetzt. Es könnte der bildhafte Eindruck entstehen, Ebene und Berg liefern sich einen gegenseitigen Kampf, wobei die Ebenen die Gebirge regelrecht aufzufressen scheinen. Weltweit, auch wenn regional stark differenziert werden muß, stellt sich uns in ariden und semiariden Gebieten ein vergleichbares Landschaftsbild.
Wichtigstes Aktionsfeld bei der Entstehung solcher Flächen ist der Bergfuß. Was hier passiert und wie die Genese eines solchen Reliefs erklärt werden kann, soll Thema dieses Referats sein.
Hierbei stellt man fest, daß sich eine einheitliche Erklärung dieses Phänomens noch gar nicht durchgesetzt hat. Dies liegt wohl daran, daß sich die Forschungsergebnisse einzelner Gebiete nicht unbedingt auf andere Gebiete übertragen lassen. Im Laufe der Zeit haben sich zwei Auffassungen zur Gebirgsfußflächengenese herauskristallisiert. Ist für JOHNSEN (1932), v. WISSMANN (1951) und MENSCHING (1958, 1964 u. 1978) die laterale Erosion periodischer oder episodischer Wasserläufe ein entscheidendes Kriterium, so ist es für LAWSON (1915) und BÜDEL (1970 u. 1971) das Rückwandern der Gebirgsfront. Durch die Vielzahl der Publikationen über dieses Problem haben sich eine Menge neuer Fachbegriffe entwickelt. Erst seit einigen Jahren versucht man diese zu vereinheitlichen und gemeinsame Definitionen zu verwenden.

2. Termini und Definitionen

Um mögliche Unklarheiten zu vermeiden, seien die verwendeten Begriffe, die im französischen, anglo-amerikanischen und deutschen Sprachgebrauch jeweils anders definiert sein können, kurz erwähnt:

Gebirgsfußflächen sind Ebenen, die sich scharfkantig oder durch eine schmale Übergangszone vom Gebirge absetzen. Sie bestehen aus dem oberen schuttfreien Pediment und aus dem unterem mit allochthonen Schottern aufgebauten Glacis, das meistens in eine Beckenebene ("Kewir") ausläuft.
Pediment : Echte Kappungsfläche über anstehendem, festem Gestein. Der Begriff "Pediment" wurde von W. J. MCGEE erstmals verwendet. Meist beginnen sie mit einem steilen, konvexen Oberhang (10 - 15°), dann schließt ein gerader Mittelhang an und letztlich folgt ein sehr flacher, konkaver Unterhang, der häufig nur noch ein Gefälle von 0,5 - 2° besitzt. In der amerikanischen Literatur gibt es keine Differenzierung zwischen Pediment und Glacis. Hier werden alle Gebirgsfußflächen als Pediment bezeichnet.
Glacis sind schuttbedeckte Pedimente. Sie überziehen morphologisch weiche, jüngere Gesteine oder Akkumulationsdecken aus Lockergesteinen, unter welchen in der Regel die Felsfußflächen eintauchen.
Bahada: Anderer Ausdruck für Glacis
Pedimentation: Prozeß der Pediment-Entstehung (Morphodynamik und Morphogenese); ist gleichzusetzen mit Pedimentierung oder Pediplanation
Desert Dome: extrem flacher, konkav ausgebildeter Restberg; Endstadium der Pediplanation
Pediplain: Ehemalige Gebirgslandschaft, die in einzelne Restberge aufgelöst ist.
Backwearing: Parallele Zurückverlegung von Hängen durch Versteilung und Steilhangrückzug
Downwearing: Abflachung von Hängen und das Tieferschalten von Ebenen
Kewir: Ausdruck für Endbecken der Ebenenlandschaft

Abb. 2: Pediment und Glacis (Modell). Klima: semiarid-arid, period.-episod. Abflußsysteme (Mensching 1973 S. 138)
Abb. 3: Summarisches, idealisiertes, nicht maßstabsähnliches Profil vom Gebirge zum Endbecken (Weise 1974 S. 31)

3. Entstehungsbedingungen

Nach heutigen Kenntnissen ist die Pedimentierung an folgende Bedingungen geknüpft. In welchem Maße diese Voraussetzungen vorhanden sein müssen, ist noch relativ unklar.
* Primär ist für den Beginn der Pedimentierung ein Reliefkontrast (Höhenunterschied) erforderlich. Dies kann der Gebirgsrand oder auch das Gebirgsinnere sein, wobei im Gebirgsinneren der Höhenunterschied durch Hebungen und Senkungen oder Kerbtalzerschneidungen entstanden sein kann. Von diesen Initialflächen geht das Pedimentwachstum aus.
* Die Tektonik sollte dabei relativ stabil sein.
* Die Fußflächenbildung ist an semiaride bis aride Klimagebiete gebunden, wobei sich Sedimente und Glacis in Gebieten mit Jahresniederschlägen von 100 - 1000 mm ausbilden. Dabei ist nicht die absolute Niederschlagsmenge wichtig, sondern die kurzen Regenperioden, die dann sehr heftig und intensiv ausfallen und dies in großen zeitlichen Abständen. Auch die Schneeschmelze in Gebirgen von Trockengebieten kann bei starker Sonneneinstrahlung einen starken Abfluß auf kurze Zeitabschnitte bewirken.
* Fehlen einer dichten Vegetationsdecke
* Die Gesteinsbeschaffenheit spielt eine geringere Rolle bei der Anlage von Pedimente, da diese unterschiedslos in alle Gesteinsarten ausgebildet werden. Jedoch ist die Geschwindigkeit des Pedimentwachstums stark von harten und weichen Gesteinspartien beeinflußt.
* Durch die rasche Verwitterung in der regen- und abflußfreien Zeiten und dem Abtransport der grusigen Zerfallsprodukte wird die Pedimentbildung beschleunigt. Dabei existieren Pedimente auf Intrusivgesteinen (Granit) häufiger als auf sedimentären, metamorphen oder vulkanischen Gesteinen.

4. Pedimentgenese

4.1. Aktiver Flächenformungsprozeß

Abb. 4: Pedimentation durch seilt. Erosion. A=alt, D=jung, nach Johnsen 1932 (Weise 1974 S. 43)

Mitbegründer dieser These ist D. JOHNSEN. Für ihn ist der passive Hangrückzug eine Konsequenz der aktiven Flächenbildung. Die Ursache hierfür ist die Seitenerosion hin- und herpendelnder Flüsse im Gebirgsvorland. Also eine Zone, die zwischen einem Gebiet mit vorherrschender Tiefenerosion im Gebirge und einem Gebiet, das durch Aufschüttung gekennzeichnet ist, liegt. In den niederschlagslosen Zeiten ist die mechanische Verwitterung sehr groß (oft starke Temperaturkontraste). Da die Vegetation fehlt, kann sich Lockerschutt anhäufen, der dann in Abflußzeiten aufgenommen wird. Dabei ist das Transportvermögen der Gerinne relativ rasch ausgelastet. Das Wasser wird durch größere Gesteinsbrocken gebremst und eine weitere Materialaufnahme unmöglich. Folglich kann das Wasser nicht in die Tiefe erodieren. Da nun aber auch der Rand des Flusses ausgelastet ist, muß eine Pendelbewegung vorliegen, um die Seitenerosion zu ermöglichen. So kann das Material vom Gebirgsrand abtransportiert werden.
WISSMANN definiert die daraus entstehenden Pedimente als aktive Felsplattformen, von denen aus das anstehende Gestein durch die seitliche Erosion unterschnitten wird.
Für diese fluviatile Lateralerosion spricht die Verschachtelung der Glacisflächen. Beiderseits der Flußläufe sind oftmals bis zu vier Glacisterrassen ausgebildet. Diese werden auf die unterschiedliche Morphodynamik in Pluvial- und Interpluvialzeiten zurückgeführt. In der niederschlagsreichen Pluvialzeit (entspricht Kaltzeit im Gebirge) haben sich Terrassen herausgebildet, in den Interpluvialzeiten (* Warmzeit) wurden diese linear zerschnitten.
Gegen diese Theorie spricht, daß die seitliche Erosion allein keine Flächen ausbilden kann, da sie Material nur verlagert, aber nicht abträgt. Das am Prallhang aufgenommene Material würde also am Gleithang wieder abgelagert werden.

4.2. Passiver Flächenformungsprozeß

Abb. 5: Pedimentation nach Lawson (Weise 1974 S. 41)

Für LAWSON sind Pedimente eine sekundäre Folge des Rückwanderns der Gebirgsfront. Fußflächen entstehen also passiv. Auf Grund der physikalischen Verwitterung und dem Materialtransport (durch die Schwerkraft) am Hang wird dieser zurückversetzt. Wasser hat dabei nur eine geringe Bedeutung. Das Pediment bildet sich also nach dem Prinzip der Steinschlagwand, wobei sich der Schutt im Senkungsfeld schwemmfächerartig ablagert und die sich vergrößernde Fußfläche unter den Lockermaterialien begraben wird. Der für eine Steinschlagwand typische Haldenhang mit seinen steilen Schuttkegeln bildet sich hier nicht aus. Freigelegt werden die Pedimente nur, wenn der Hang weit zurückgewichen ist und kein Material mehr auf die Fläche transportiert wird (alte Pedimente).
Allerdings findet man auch junge freie Pedimente, also Bergfußflächen bei welchen die Akkumulationsfläche nicht unmittelbar nach dem Hang folgt, was gegen diese Theorie spricht.

5. Neue Aspekte zur Pedimentgenese

Da beide Theorien noch nicht ausreichend sind, um das Pedimentphänomen zu erklären, müssen noch weitere Faktoren berücksichtigt werden. Für WEISE sind die Bergfußflächen der Trockengebiete sowohl auf Flächenbildung, als auch auf eine Hangentwicklung zurückzuführen. Auch MENSCHING und L. C. KING erweitern die "alten" Modelle mit Aspekten wie Deflation und Flächenspülung.

5.1. Hangentwicklung

In den Trockengebieten kann man zwei Hangentwicklungen feststellen. Zum einen werden Hänge steil ausgebildet, zum anderen flachen sie ab.

5.1.1. Backwearing

Abb. 6: (Wilhelmy III 1992 S. 57)
Dieser Begriff steht für die Versteilung von Hängen und deren parallelen Zurückverlegung. D.h. ein anfangs flacher (konvex-kongaver) Hang kann sich zum Steilhang entwickeln . Dabei spielt mehr das Wasser als der Transport durch die Schwerkraft eine Rolle.
Die intensive Verwitterung liefert ausreichend Lockermaterial, das bei Niederschlag abgetragen wird. Zuerst nur das etwas Feinmaterial, da die Fließgeschwindigkeit im flachen Oberhang gering ist (Wasser versickert, grobes Material hemmt den Abfluß). Etwas weiter unten beginnen sich die Fließgewässer zu vereinigen und bilden zunächst kleine, sich später vergrößernde Rinnen und Runsen, die sehr eng aneinander liegen und sich nicht wesentlich in die Tiefe einschneiden. Durch die erhöhte Fließgeschwindigkeit wird dann im unteren Hangbereich auch grobes Material mit abtransportiert. So kommt es zur Hangversteilung und nach Erreichen des maximalen Gefälles zur Hangrückverlagerung durch Abtrag vom Anstehendem. Am Fuß des Hanges nimmt die Fließgeschwindigkeit abrupt ab und es müßte eine Aufschüttungsfläche entstehen. Oft reicht die Transportfähigkeit des Wasser jedoch noch eine Weile aus, um erst nach einem gewissen Abstand vom Hang zu akkumulieren (Glacis). Dies liegt z.B. daran, daß die Wassermenge auf der Fläche weiter stark zunimmt.
Wie steil sich ein Hang ausbildet, ist letztlich von der Gesteinbeschaffenheit abhängig. Verwittert ein Gestein gut (viel Feinmaterial), so entsteht eher ein flacher Hang.

5.1.2. Downwearing

Abb. 7: (Wissmann 1951 S. 56)
1. Verwitterung xxxx Verwitterungsmaterial
2. Hangabwaschung bei Regen ::::::: Ablagerungsmaterial
3. Neue Hangverwitterung
4. erneute Hangabwaschung
Es gibt auch Gebiete die durch eine Abflachung der Hänge gekennzeichnet sind. Dies sind vor allem die voll ariden Gebiete. Hier entsteht auf Grund der starken Trockenheit wesentlich mehr Feinmaterial. Der meiste Teil des relativ kurzen Niederschlags versickert in den Untergrund und steht somit kaum für einen Abtrag im zentralen Hangbereich zur Verfügung. Das in geringen Mengen abfließende Wasser nimmt lediglich Feinmaterial vom Oberhang auf und lagert es, nachdem die Fließgeschwindigkeit wieder zu gering ist, ab. Das versickerte Wasser fließt unterirdisch ab und tritt im flachen Pedimentbereich wieder aus. Dort verdunstet es und sorgt für eine verstärkte Verwitterung. Beim nächsten Niederschlag wiederholt sich der Vorgang, so daß dann Material vom Hang abtransportiert werden kann.

5.2. Flächenentwicklung

Durch das Zurückweichen der Hänge wird die Pedimentfläche vergrößert. Das Pediment selbst kann sich nun aber durch aktive Prozesse weiter abflachen und eintiefen. Es dient also nicht nur als Transportfläche um Material zur Glacis zu schaffen, sondern auch als Denutationsfläche.
Die großen Wassermassen der für die Trockengebiete charakteristischen episodischen Niederschläge nehmen Material vom Pediment auf. Zusätzlich kommt es zur Flächenspülung durch die sogenannten Schichtfluten. Dabei wird der Fläche auch das linear abfließende Wasser der Hänge zugeführt, welches am Fuß der Steilhänge durch die Verringerung des Böschungswinkels seine lineare Erosionskraft verliert und dann ebenfalls flächenhaft abläuft und flächenhaft erodiert. Zu Beginn können sich lineare Abflußrinnen auf dem Pediment bilden , die sich dann mit Schutt füllen und bei Erhöhung der Wassermenge durch Flächenspülung wieder eingeebnet werden können.
Auch der Abtrag durch die Flußläufe wird heute nicht mehr nur als Seitenerosion betrachtet, wie es JOHNSEN tat, sondern auch als ein Abtrag der flächenhaft in die Tiefe greift. Ein Fluß nimmt stets die größtmögliche Materialmenge auf und ist dann ausgelastet. Dabei nimmt der Fluß zuerst das Feinmaterial auf, welches in Trockengebieten durch die starke mechanische Zerkleinerung verstärkt vorkommt. Um große Bruchstücke aufzunehmen reicht die Energie der Flüsse dann oft nicht mehr aus. So wird das Feinmaterial vom Pediment aufgenommen und abtransportiert. Durch das zeitweise Austrocknen der Flüsse können die großen Bruchstücke verwittern und beim nächsten Abfluß mit abgeführt werden. Hinzu kommt, daß die periodischen oder episodischen Flüsse unterschiedliche Abflußrinnen benutzen und so zusätzlich den flächenhaften Abtrag begünstigen.
Auch den Einfluß des Windes auf das Pediment hat man erkannt. Das vom Wind mitgeführte Feinmaterial kann wie ein Sandstrahler das Pediment abreiben und so in der regenfreien Phase zusätzlich zur Pedimenteintiefung beitragen.

6. Phasen der Gebirgsverkleinerung

Die genannten Vorgänge in Trockengebieten bewirken nun, daß die Gebirge durch die Einebnung immer weiter zurückgedrängt und verkleinert werden, bis kaum noch etwas von ihnen übrig bleibt. Sind die klimatischen und tektonischen Bedingungen konstant, so kann man die Einebnung in vier Stadien gliedern, wobei in einem Gebiet unterschiedliche Stadien nebeneinander vorkommen können.
1. Das Gebirgs-Glacis-Stadium
Das Gebirgshinterland wird durch Kerbtäler zerschnitten. Dieser Reliefkontrast ist die erste Voraussetzung für Pedimentierung. Am Rand des Gebirges bilden sich anfangs zusammengewachsene Schwemmfächer. Sie stellen die erste Akkumulationsform dar. (Glacis)
2. Pediment-Stadium
Im Gebirge geht die Tiefenerosion langsam in die Seitenerosion über. Auch der parallele Hangrückzug beginnt zu greifen. Downwearing auf dem Pediment und Backwearing am Hang formen das immer weiter abflachende Pediment, das sich zwischen Hang und Glacis schiebt.
3. Das Pediplain-Stadium
Das Gebirge hat sich bis auf einzelne Restberge, die durch Pediment und Glacis voneinander getrennt sind, aufgelöst. An Stelle des parallelen Hangrückzugs flachen die Hänge jetzt immer weiter ab.
4. Das Desert-Dome-Stadium
Ein Desert-Dome ist das Endstadium dieser Entwicklungsreihe. Von seinem Zentrum gehen hydrologische Leitlinien aus. Am konkaven Profil erkennt man den fluvialen Einfluß. Die Desert-Domes werden immer weiter tiefergelegt, bis weite, fast ebene, wellige Flächen entstehen. Auch in dieser Phase wird nicht linear in die Tiefe eingeschnitten, da das geringe Gefälle dazu nicht ausreicht. Hinzu kommt, daß sich durch das langsame Verschwinden der Gebirge auch das Klima der Region verändert und die Niederschlagsmenge der ohnehin schon trockenen Gebiete weiter abnimmt. Die Abriebwirkung des Windes kann nun zur vollkommenen Einebnung führen.

7. Schlußbetrachtungen

Die verschiedenen Ansichten und Entstehungstheorien zum Thema Bergfuß machen deutlich, daß es noch einiger Forschung auf diesem Gebiet bedarf. Denn das, was am Bergfuß in Trockengebieten passiert, ist sehr wahrscheinlich von komplexen Vorgängen abhängig. Die Pedimentbildung muß also als Kombination von vielen Vorgängen, wie z. B. seitlicher Erosion, aktiver Hangrückverlegung, Flächenspülung und Deflation, gesehen werden. Nach H. S. SHARP sind 40 % der Pedimente in Nevada überwiegen durch seitliche Erosion entstanden und etwa 60 % durch Steilhangrückverwitterung. So herrscht die seitliche Erosion in Gebieten mit dauernd fließenden Gewässern und morphologisch "weichem" Gestein vor. Dagegen überwiegt die Rückverwitterung und die Flächenspülung in Gebieten mit nur zeitweilig fließenden Gewässern und härteren Gesteinen. Die Beurteilung von Bergfußflächen allgemein ist dadurch äußerst schwierig, da sich jeder Bergfuß auf Grund der Vielzahl der Faktoren wie Klima, Gesteinsart, Tektonik und anderen unterschiedlich ausbildet.

8. Literatur

Abu-Safat, Mohammet: Verwitterung und Handabtragung im "Nubischen Sandstein" Südjordaniens. Erlanger Geographische Arbeiten. Heft 49. FGG. Erlangen 1988

Büdel, Julius: Pedimente, Rumpfflächen und Rückland-Steilhänge; deren aktive und passive Rückverlegung in verschiedenen Klimaten. Zeitschrift Geomorphologie N.F. Suppl. Bd. 14. Heft 1 Berlin, Stuttgart 1970

Mensching, Horst: Bergfußflächen und das System der Flächenbildung in den ariden Subtropen und Tropen. Geologische Rundschau. Bd. 58 1968 Seite 62-82

Mensching, Horst: Glacis - Fußfläche - Pediment. Zeitschrift Geomorphologie N.F. Suppl. Bd. 2 Berlin 1958. Seite 165-186

Mensching, Horst: Pediment und Glacis, ihre Morphogenese und Einordnung in das System der klimatischen Geomorphologie auf Grund von Beobachtungen im Trockengebiet Nordamerikas (USA und Nordmexiko). Zeitschrift Geomorphologie N.F. Suppl. Bd. 17 Berlin, Stuttgart 1973. Seite 133-155

Thome, Klaus: MEYERS GROSSES TASCHENBUCHLEXIKON in 24 Bänden. B.I.-Taschenbuchverlag. Mannheim / Wien / Zürich 21987

Weise, Otfried R.: Zur Hangentwicklung und Flächenbildung im Trockengebiet des iranischen Hochlandes. Würzburg 1974

Wilhelmy, H.: Geomorphologie in Stichworten. III. Exogene Morphodynamik. Hirts. Stuttgart 51992

Wissmann, H. v.: Über seitliche Erosion. Beiträge zu ihrer Beobachtung, Theorie und Systematik im Gesamthaushalt fluviatiler Formenbildung. ( = Colloquium Geogr. 1. ) Bonn 1951

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