Geomorphologie â Lehre von den OberflĂ€chenformen der Erde
Was ist Geomorphologie?
Die Geomorphologie ist die Lehre von den OberflÀchenformen der Erde und ihrer Entstehung. Der Begriff leitet sich ab aus dem Griechischen: Ge = Erde, morphe = Gestalt, logos = Lehre.
Neben der systematischen Beschreibung und Ordnung der einzelnen OberflĂ€chenformen, den unterschiedlichen Formentypen, den charakteristischen Formengesellschaften und ihrer rĂ€umlichen Verbreitung sind die Entwicklung der Landformen im Raum und in der Zeit und die Prozesse, die dazu gefĂŒhrt haben, ebenso Forschungsgegenstand der Geomorphologie, wie die Prozesse, die heute beobachtbar sind (Baumhauer et al. 2017, S. 9).
ForschungsgegenstÀnde der Geomorphologie
Die Geomorphologie untersucht:
- OberflĂ€chenformen â Beschreibung und Klassifikation von Landformen
- Prozesse â Mechanismen der Landformung (aktuell und historisch)
- Materialien â Gesteine und Sedimente
- Zeitliche Entwicklung â Landschaftsgenese ĂŒber geologische ZeitrĂ€ume
- RĂ€umliche Verbreitung â Regionale Muster von Landformen
- Mensch-Umwelt-Interaktionen â Anthropogene Geomorphologie
Aktuelle Forschungsthemen:
- Klimawandel und geomorphologische Prozesse
- Naturgefahren (Massenbewegungen, Erosion, KĂŒstendynamik)
- Anthropogene LandschaftsverÀnderungen
- Planetare Geomorphologie (Mars, Mond, etc.)
Teilgebiete der Geomorphologie
Man differenziert den geomorphologischen Formenschatz nach endogenen und exogenen Prozessen. Dabei ist zu beachten, dass keine Form rein endogen oder rein exogen ist. Vielmehr handelt es sich immer um ein gemeinsames Wirken.
Endogene Prozesse
Als endogene Prozesse werden tektonische KrĂ€fte aus dem Erdinneren bezeichnet. Sie wirken meist höhenaufbauend, also relieferhöhend, und sind verantwortlich fĂŒr die Höhenunterschiede der Erdkruste.
Endogene Prozesse umfassen:
- Epirogenese â GroĂrĂ€umige Hebungen und Senkungen von Krustenteilen
- Orogenese â Gebirgsbildung durch Plattenkollision
- Kontinentaldrift â Ăffnung und SchlieĂung von Ozeanen
- Erdbeben â Seismische AktivitĂ€t an Plattengrenzen
- Vulkanismus â Magmatische AktivitĂ€t (Plutonismus und Vulkanismus)
Beispiele:
- Himalaya: Kontinentale Kollision (Indien-Eurasien)
- Mittelozeanische RĂŒcken: Seafloor Spreading
- San-Andreas-Verwerfung: Transform-Plattengrenze
- Ring of Fire: Subduktionszonen im Pazifik
Aktuelle Forschung:
- Wegener, A. (1915): Die Entstehung der Kontinente und Ozeane (Historisch)
- Stern, R. J. (2002): Subduction zones. Reviews of Geophysics, 40(4), 1012
- USGS: Earthquake Hazards Program
Exogene Prozesse
Exogene Prozesse werden maĂgeblich von den klimatischen Bedingungen gesteuert und finden an der ErdoberflĂ€che statt. Sie schaffen die Detailformen des Reliefs (Skulpturformen), dessen weites Spektrum an Einzelformen von den unterschiedlichen Gesteinen bedingt wird. Exogene Prozesse wirken meist höhenerniedrigend, abtragend und reliefvermindernd.
Hauptprozessgruppen:
- Verwitterung
- Erosion
- Transport
- Sedimentation
Formungssysteme (nach Klimazonen):
- Glaziale Formung
- Periglaziale Formung
- Fluviale Formung
- Ăolische Formung
- Litorale (KĂŒsten-) Formung
- Karstformung
- Tropische Verwitterung
Formungsprozesse im Detail
1. Verwitterung
Verwitterung ist die in-situ-Zerstörung von Gestein an der ErdoberflÀche.
Physikalische Verwitterung:
- Frostsprengung: Volumenzunahme beim Gefrieren von Wasser (9%)
- Thermische Verwitterung: Ausdehnung/Kontraktion durch Temperaturwechsel
- Druckentlastung: Abplatzung bei Abtragung (Exfoliation)
- Salzsprengung: Kristallwachstum in Poren
Chemische Verwitterung:
- Lösung: CaCOâ + HâO + COâ â CaÂČâș + 2HCOââ» (Karst!)
- Hydrolyse: Silikatverwitterung
- Oxidation: Eisenoxide (RotfÀrbung)
- Hydratation: Wasseranlagerung
Biologische Verwitterung:
- Wurzelsprengung
- Organische SĂ€uren (Flechten, Moose)
- Bioturbation
Verwitterungsgeschwindigkeit: AbhÀngig von Klima (Temperatur, Feuchtigkeit), Gestein, Relief
2. Gravitative Massenbewegungen
Gravitative Massenbewegungen werden bei ausreichend steilen ReliefverhĂ€ltnissen und lockerem, flieĂ- oder rutschfĂ€higen Material allein durch die Schwerkraft ausgelöst.
Klassifikation nach Geschwindigkeit und Mechanismus:
Sturzprozesse (sehr schnell):
- Steinschlag
- Felssturz
- Bergsturz (>1 Mio. mÂł)
Rutschungen (mittel bis schnell):
- Translationsrutschung (entlang SchichtflÀchen)
- Rotationsrutschung (schalenförmige GleitflÀche)
FlieĂungen (langsam bis mittel):
- Erdströme
- Muren (debris flow)
- Solifluktion (periglazial)
Kriechbewegungen (sehr langsam):
- Bodenkriechen
- Felsgleiten
Auslösende Faktoren:
- StarkniederschlÀge
- Erdbeben
- Schneeschmelze
- Anthropogene Eingriffe (StraĂenbau, etc.)
Aktuelle Forschung:
- Hungr, O. et al. (2014): The Varnes classification of landslide types. Landslides, 11, 167-194
- NASA Landslide Portal
3. Fluviale Formung
Die fluviale Formung umfasst alle Prozesse, die unmittelbar oder mittelbar auf die Arbeit des flieĂenden Wassers zurĂŒckzufĂŒhren sind.
Erosionsprozesse:
- Tiefenerosion: Einschneidung in den Untergrund
- Seitenerosion: Verbreiterung des Tals
- RĂŒckschreitende Erosion: VerlĂ€ngerung des Flusslaufs
- FlĂ€chenerosion: AbspĂŒlung (Sheet wash)
Transportprozesse:
- Lösung (gelöste Fracht)
- Suspension (Schwebfracht)
- Saltation (HĂŒpfbewegung)
- Traction (Rollbewegung, Geschiebe)
Akkumulationsformen:
- SchwemmfÀcher (Alluvial fans)
- Flussauen (Floodplains)
- Flussterrassen
- Deltas
- MĂ€ander
Talformen:
- Kerbtal (V-förmig): Dominante Tiefenerosion
- Sohlental (U-förmig breiter Boden): Balance Tiefen-/Seitenerosion
- Cañon: Sehr tiefe, schmale TÀler in ariden Gebieten
- Muldental: Gerundete Form durch Verwitterung
Aktuelle Forschung:
- Wohl, E. (2020): Rivers in the Anthropocene: The U.S. perspective. Geomorphology, 366, 106600
- USGS Water Science School
4. Glaziale Formung
Im Gegensatz zur fluvialen Formung ist bei der glazialen Formung flieĂendes Gletschereis die wesentliche morphodynamische Kraft.
Glaziale Erosionsformen:
Kleinformen:
- Gletscherschrammen (Striations)
- Rundhöcker (Roches moutonnées)
GroĂformen:
- Kare (Cirques)
- TrogtÀler (U-förmig)
- Fjorde (ĂŒberflutete TrogtĂ€ler)
- HÀngetÀler
- Horn (Matterhorn-Typ)
Glaziale Akkumulationsformen:
- MorÀnen: GrundmorÀne, EndmorÀne, SeitenmorÀne
- Drumlins: Stromlinienförmige HĂŒgel
- Erratische Blöcke: Transportierte Findlinge
Glaziale Serie (nach Penck): Typische Abfolge von Formen am Gletscherrand:
- GrundmorÀne (Geschiebemergel)
- EndmorÀne (Stauchwall)
- Sander (Schmelzwasserebene)
- Urstromtal
Glazifluviale Formen:
- Oser (Esker): Schmelzwasserrinnen-Ablagerungen
- Kames: Schmelzwassersedimente an Eisrand
Aktuelle Forschung:
- Cook, S. J. et al. (2020): Glacier change and glacial lake outburst flood risk. Progress in Physical Geography, 44(4), 483-514
- GLIMS â Global Land Ice Measurements from Space
5. Periglaziale Prozesse
Periglaziale Prozesse sind an die Wechselwirkung von Wasser und (Boden-)Eis sowie an die Schwerkraft gebunden.
Permafrost:
- Definition: Boden mit Temperaturen <0°C ĂŒber mindestens 2 Jahre
- Verbreitung: 24% der LandflÀche der Nordhalbkugel
- Profil: Auftauschicht (Active Layer) ĂŒber Permafrost
Periglaziale Prozesse:
Kryoturbation (Frostdynamik):
- Frosthub und Frostsetzung
- Sortierungsprozesse
- Steinringe, Steinstreifen
Solifluktion:
- Langsames BodenflieĂen ĂŒber gefrorenem Untergrund
- Solifluktionszungen und -loben
Periglaziale Formen:
- Pingos: EishĂŒgelformen (bis 70 m hoch)
- Palsas: TorfhĂŒgel mit Eiskern
- Eiskeile: Polygonale Strukturen
- Thufure: Vegetationsbulten
Klimawandel-Relevanz:
- Permafrost-Degradation
- Methan-Freisetzung aus auftauenden Böden
- Infrastruktur-SchÀden in Permafrost-Regionen
Aktuelle Forschung:
- Biskaborn, B. K. et al. (2019): Permafrost is warming at a global scale. Nature Communications, 10, 264
- GTN-P â Global Terrestrial Network for Permafrost
6. Ăolische Formung
Ăolische Formung bezeichnet die Arbeit des Windes.
Voraussetzungen:
- Lockeres, trockenes Material
- SpÀrliche Vegetation
- Ausreichende Windgeschwindigkeit
- Typisch: WĂŒsten, KĂŒsten, Gletschervorfelder
Prozesse:
Deflation (Auswehung):
- Entfernung von Feinmaterial
- Bildung von Deflationswannen
Korrasion (Windschliff):
- Abschleifen durch windgetriebene Partikel
- Windkanter, Pilzfelsen
Akkumulation:
- DĂŒnen: WanderdĂŒnen, SicheldĂŒnen (Barchane), LĂ€ngsdĂŒnen
- Löss: Feinste Àolische Sedimente (sehr fruchtbar)
7. Litorale Formung
Der litorale Formenschatz umfasst die VorgĂ€nge der Abtragung und Akkumulation an KĂŒsten, die mit den Wellenbewegungen und Strömungen des Meeres zusammenhĂ€ngen.
KĂŒstentypen:
Nach Genese:
- Ingression: Durch Meeresspiegelanstieg ĂŒberflutete KĂŒsten (Förden, Fjorde, Rias)
- Transgression: VorrĂŒckende KĂŒste
- Regression: ZurĂŒckweichende KĂŒste
- Neutral: Stabile KĂŒste
Nach Form:
- SteilkĂŒsten (Kliffs): Aktive marine Erosion
- FlachkĂŒsten: StrĂ€nde, DĂŒnen, Marschen
- AusgleichskĂŒsten: Nehrungen, Haffe
Prozesse:
- Marine Abrasion: Wellenerosion, Brandungshohlkehle
- Marine Akkumulation: StrÀnde, Nehrungen, Tombolos
- LĂ€ngstransport: Sedimenttransport parallel zur KĂŒste
Aktuelle Relevanz:
- Meeresspiegelanstieg (3,3 mm/Jahr, beschleunigend)
- KĂŒstenerosion und -schutz
- Inseln im Klimawandel
Aktuelle Forschung:
- IPCC (2019): Special Report on the Ocean and Cryosphere. Link
- Nicholls, R. J. et al. (2021): A global analysis of subsidence, sea-level rise, and coastal flood exposure. Science Advances, 7(19)
8. Karstformung
Bei der Karstformung handelt es sich um gesteinsabhÀngige chemisch-physikalische Lösungsprozesse, welche sowohl an der ErdoberflÀche als auch im Gesteinsuntergrund stattfinden können.
Voraussetzungen:
- Lösliches Gestein (Kalkstein, Dolomit, Gips)
- KlĂŒftung (Wasserwegsamkeit)
- Ausreichende NiederschlÀge
- COâ-haltiges Wasser
Lösungsprozess:
CaCOâ + HâO + COâ â CaÂČâș + 2HCOââ»
(Kalk + Wasser + Kohlendioxid â Calcium + Hydrogencarbonat)
OberflÀchenformen:
Kleinformen:
- Karren: Rinnenkarren, Kluftkarren, Lochkarren
GroĂformen:
- Dolinen: Trichterförmige Senken (Lösungsdolinen, Einsturzdolinen)
- Poljen: GroĂe Karsthohlformen mit ebenem Boden
- TrockentĂ€ler: TĂ€ler ohne oberirdische WasserfĂŒhrung
- Karstquellen: GroĂe Quellaustritte
Sonderformen:
- Kegelkarst: Isolierte Karstkegel (Tropen, China)
- Turmkarst: Steile Karst-TĂŒrme (Guilin, Ha-Long-Bucht)
Höhlenformen:
- Tropfsteinhöhlen
- Stalaktiten (von oben)
- Stalagmiten (von unten)
- Sinter (Calcit-AusfÀllungen)
Aktuelle Forschung:
- Ford, D. & Williams, P. (2007): Karst Hydrogeology and Geomorphology. Wiley
- International Association of Hydrogeologists â Karst Commission
Geomorphologische Zonen Deutschlands
Deutschland lĂ€sst sich in fĂŒnf geomorphologische GroĂrĂ€ume gliedern:
Zone I: Nord- und OstseekĂŒste und Norddeutsches Tiefland
- Glazial geprÀgt (Weichsel-, Saale-, Elster-Kaltzeit)
- GrundmorÀnen, EndmorÀnen, Sander
- UrstromtÀler
Zone II: Mittelgebirgsschwelle
- Variszisches Grundgebirge (palÀozoisch)
- Hebung im TertiÀr
- Beispiele: Harz, Schwarzwald, ThĂŒringer Wald
Zone III: SĂŒddeutsches Stufenland mit Randgebirgen
- Schichtstufenlandschaft (Jura, Trias)
- Oberrheingraben (Grabenbruch)
Zone IV: Alpenvorland
- Glazial ĂŒberprĂ€gt (WĂŒrm-Kaltzeit)
- Schotterebenen, Drumlinfelder, Seen
Zone V: Alpen
- Alpidische Gebirgsbildung (TertiÀr)
- Hochgebirgsrelief
- Glaziale ĂberprĂ€gung
Geomorphologie im AnthropozÀn
Anthropogene Geomorphologie:
- Mensch als geomorphologischer Agent
- Bergbau: Tagebaue, Halden
- Urbanisierung: GelÀndeverÀnderungen
- Landwirtschaft: Erosion, Terrassierung
- StaudÀmme: VerÀnderung Sedimenthaushalt
Quantifizierung:
- Menschen bewegen mehr Sediment als alle natĂŒrlichen Prozesse zusammen
- JĂ€hrlich: ca. 57 Gt durch Erosion (natĂŒrlich + anthropogen)
Aktuelle Forschung:
- Wilkinson, B. H. & McElroy, B. J. (2007): The impact of humans on continental erosion. Geological Society of America Bulletin, 119, 140-156
Didaktische Ressourcen
Unterrichtsmaterialien:
- Bundeszentrale fĂŒr politische Bildung â Naturgefahren
- Planet Schule â Geomorphologie
- USGS Education
Datenportale:
Visualisierungen:
- Google Earth â 3D-GelĂ€ndemodelle
- NASA Worldview â Satellitendaten
Literatur
Standardwerke:
- Baumhauer, R. et al. (2017): EinfĂŒhrung in die Physische Geographie. NĂŒrnberg: WBG
- Ahnert, F. (2015): EinfĂŒhrung in die Geomorphologie. 5. Aufl. Stuttgart: UTB
- Goudie, A. S. (2020): Landscapes of the Anthropocene with Google Earth. Springer
Aktuelle Forschung:
- Passalacqua, P. et al. (2015): Analyzing high resolution topography. Earth Surface Dynamics, 3, 483-506
- Tarolli, P. (2014): High-resolution topography for understanding Earth surface processes. Earth Surface Processes and Landforms, 39, 432-435
Zeitschriften:
- Geomorphology â journals.elsevier.com/geomorphology
- Earth Surface Processes and Landforms
- Zeitschrift fĂŒr Geomorphologie (deutsch)
WeiterfĂŒhrende Themen: