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Einige hängige erd- und klimageschichtliche Probleme
Im Juni 2024 verstarb der bekannte Geologe Prof. Dr. René Hantke mitten in den Arbeiten an zwei Manuskripten für die TNG-Mitteilungen. Überarbeitet durch die Autoren erscheinen sie in dieser und der nächsten Ausgabe des «mag» als seine letzten Diskussionsbeiträge für sein Fachgebiet.
René Hantke
(1925–2024), Titularprofessor Erdwissenschaften, ETH Zürich
überarbeitet von
Andy Müller
Fachreferent Erdwissenschaften, ETH-Bibliothek
Widmung
Meiner lieben Frau Berta Hantke-Wipf für ihre Güte und Nachsicht während über 60 Jahren für meine nie enden wollende Forschertätigkeit
Anmerkung der Redaktion
Im Juni 2024 verstarb der bekannte Geologe Prof. Dr. René Hantke mitten in den Arbeiten an zwei Manuskripten für die TNG-Mitteilungen. Als Herausgeber dieser Publikation ist es uns ein Anliegen, den ersten Artikel im Sinne des Verfassers nun zu veröffentlichen. Dr. Andreas Müller, Geologe und Fachreferent für Erdwissenschaften an der ETH-Bibliothek hat sich bereit erklärt, den Text zu überarbeiten. Für diese anspruchsvolle und aufwändige Arbeit gebührt ihm grosser Dank. Er liess Aussagen, Schlussfolgerungen und Hypothesen René Hantkes im Kern unverändert, hat den Text aber wo nötig sprachlich und an heutige Lesegewohnheiten angepasst sowie Rückmeldungen eines Reviewers einfliessen lassen. Eine Kurzfassung des Beitrages erschien in der Druckausgabe 2025 des «mag». Den vollständigen Artikel veröffentlichen wir an dieser Stelle.
Das Feuer für sein Fachgebiet hat sich René Hantke bis zuletzt bewahrt und seine Gedanken und Auffassungen zu Themen, die ihm ein Anliegen waren, niedergeschrieben. Dabei konnte er stets aus seinem jahrzehntelangen Erfahrungsschatz schöpfen. Dass einzelne seiner Aussagen Fragen aufwerfen und diskutiert werden können, ist uns bewusst – doch genau das wäre wohl auch im Sinne von René Hantke gewesen. Er selber wird sich in diese Diskussion nicht mehr einbringen können. Aber vielleicht sind seine Überlegungen in dieser Publikation nachfolgenden Kolleginnen und Kollegen Ansporn und Inspiration für ihre eigene Forschung.
Zusammenfassung
In dieser Studie werden geologische und paläoklimatologische Prozesse beleuchtet und ihre Rolle in der Erdgeschichte mit einem Fokus auf die Wechselwirkungen zwischen Sedimentation, Tektonik und Klimawandel untersucht.
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entstehung und Bedeutung der Nagelfluhbänke in der Oberen Süsswassermolasse des Mittleren Miozäns (OSM), die durch wirre und chaotische Geröllablagerungen charakterisiert sind. Während traditionell von warmzeitlichen Flussablagerungen ausgegangen wird, wird hier vorgeschlagen, dass die Nagelfluhen aus Murgangablagerungen entstanden sind, die durch den Ausbruch gletscher- oder bergsturzgestauter Seen während Kühlzeiten abgelagert wurden. Die Beobachtung von rund 25 Nagelfluhbänken in der oberen Süsswassermolasse, die sich über etwa 2.5 Millionen Jahre im Mittelmiozän im Hörnli-Fächer erstreckte, unterstützt die Milankovitch-Theorie, welche regelmässige Klimaschwankungen zwischen Warm- und Kaltzeiten alle 100.000 Jahre aufgrund von Veränderungen der Erdumlaufbahn postuliert. Diese Beobachtung legt nahe, dass solche Zyklen nicht erst im Eiszeitalter, sondern bereits während der Molassezeit regelmässig auftraten.
Ein weiterer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entstehung der heutigen Landschaftsformen. Es wird vorgeschlagen, dass die heutige Geomorphologie massgeblich durch tektonische Störungszonen und Schwachstellen, die während der alpinen Gebirgsbildung im Tertiär entstanden, vorgeprägt ist. Demnach wurden tektonisch vorgegebene Schwächezonen während nachfolgenden Eiszeiten im Quartär durch Gletscherprozesse weiter ausgedehnt. Diese aufeinanderfolgende Kombination führte letztlich zur heutigen Entstehung markanter Täler und Seen wie zum Beispiel des Walensees und der Brienzersee-Talung. Dass die Geomorphologie vor allem durch tektonische Prozesse und weniger durch Erosion geprägt ist, ist auch konsistent mit Geländebeobachtungen von geringen Abtragungs- und Erosionsraten in den Schwyzer Alpen.
Auf einer grossräumigeren Skala wird weiter thematisiert, dass tiefgreifende klimatische und geologische Veränderungen im späten Miozän eine Phase bedeutender Umweltveränderungen in ganz Europa markierten. So trocknete zum Beispiel das Mittelmeer wahrscheinlich weitgehend aus und gleichzeitig kam es zu einer starken Vergletscherung bei tiefliegender klimatischer Schneegrenze in Europa. Diese Ereignisse führten grossräumig zu erheblichen Veränderungen in den Wasserverhältnissen, wobei grosse Flüsse wie der Ur-Ebro und die Ur-Rhone im Sommer nur noch wenig Schmelzwasser führten.
Vergleiche der Entstehungsprozesse von Landschaftsformen in den Schweizer Alpen und in den Skandinavischen Kaledoniden weisen Parallelen auf. Sowohl die alpinen Täler der Schweiz als auch die skandinavischen Fjorde wurden ursprünglich durch tektonische Grabenstrukturen geprägt. Diese Strukturen wurden später durch gletscher- und wasserbedingte Erosionsprozesse weiter ausgeformt und ausgeräumt.
Abstract
This study examines geological and paleoclimatic processes, exploring their roles in Earth’s history with a focus on the interactions between sedimentation, tectonics, and climate change.
A central aspect of this research is the genesis and significance of Nagelfluh conglomerates in the Upper Freshwater Molasse (OSM) during the Middle Miocene, characterized by irregulary oriented and chaotic pebble deposits. While traditionally interpreted as fluvial deposits from warm periods, this study proposes that the Nagelfluh conglomerates originated from debris flow (mures) deposits caused by the outburst of glacier- or landslide-dammed lakes during cooler periods. Observations of approximately 25 Nagelfluh beds in the OSM, spanning about 2.5 million years in the Hörnli fan during the Middle Miocene, support the Milankovitch theory, which postulates regular climatic oscillations between warm and cold periods every 100,000 years due to variations in Earth’s orbital parameters. These findings suggest that such cycles occurred not only during the Ice Age but already during the Molasse period.
Another focus of this work is on the evolution of present-day landscape forms. It is proposed that modern geomorphology is significantly preconditioned by tectonic fault zones and weaknesses formed during the Alpine orogeny in the Tertiary. These tectonic zones were later widened during subsequent Quaternary glaciations through glacial processes. This successive combination ultimately led to the formation of prominent valleys and lakes, such as Lake Walen and the Brienz Valley. The idea that geomorphology is predominantly shaped by tectonics rather than erosion aligns with field observations of low denudation and erosion rates in the Schwyz Alps.
On a broader scale, the study addresses profound climatic and geological changes in the late Miocene, which marked a phase of significant environmental transformation across Europe. For instance, the Mediterranean Sea likely experienced extensive desiccation, accompanied by intense glaciation under low climatic snowlines in Europe. These events led to substantial changes in hydrological systems, with major rivers like the proto-Ebro and proto-Rhône carrying minimal meltwater during summers.
Comparative analysis of landscape formation processes in the Swiss Alps and the Scandinavian Caledonides reveals parallels. Both the Alpine valleys of Switzerland and the Scandinavian fjords were initially shaped by tectonic graben structures. These structures were later modified by glaciers and erosion, forming the valleys and fjords seen today.
Einleitung
Das Skript besteht aus sechs Kapitel. Im ersten Kapitel wird die sedimentologische und paläoklimatologische Bedeutung der miozänen Molasse-Nagelfluhen in der Schweiz diskutiert. Im zweiten Kapitel wird die Idee erörtert, dass während der miozänen Molassezeit Kaltzeiten in der Schweiz ähnlich regelmässig auftraten wie im Eiszeitalter. Dabei wird auf Milankovitch-Zyklen verwiesen, die darauf hinweisen, dass sich Kühl- und Warmzeiten etwa alle 100‘000 Jahre wiederholen. Das dritte Kapitel befasst sich mit der alpinen Talbildung und deren Entstehung im Zusammenhang mit tektonisch bedingten Vorprägungen im Oligozän und Miozän und anschliessender Ausweitung durch Gletscher im Eiszeitalter. Im vierten Kapitel wird anhand von im Gelände beobachteten niedrigen Erosionsraten in den Innerschweizer Alpen die Frage nach der Abtragungsrate thematisiert. Das fünfte Kapitel legt den Fokus auf eine Europäische Skala und geht auf die Austrocknung des Mittelmeers im späten Miozän, sowie auf eine zeitgleiche grossräumige Vergletscherung in Mitteleuropa ein. Das letzte, sechste Kapitel stellt in Form eines kleinen Exkurses weiterführende Denkanstösse bezüglich eines Vergleiches zeitversetzter klimageologischer Prozesse in den Schweizer Alpen und in den Skandinavischen Kaledoniden dar.
1 Molasse-Nagelfluhen – sedimentologische, paläogeografische und paläoklimatologische Interpretation
Molassegesteine bestehen typischerweise aus Wechsellagerungen zwischen feinkörnigeren Sand‑, Silt‑, Ton- und Mergelschichten und grobkörnigeren Nagelfluhbänken. Im Hörnlischuttfächer in den Nagelfluhbänken der Oberen Süsswassermolasse (OSM) werden solche Ablagerungen oft auch als “Appenzeller Granit” bezeichnet (KÄLIN 2009) – ein geschätzter lokaler Baustein, welcher aus verschiedenen lithostatigraphischen Einheiten, wie zum Beispiel des Meilener Kalks, der Hüllistein‑, Degersheim- und der Abtwil-Nagelfluh (BÜRGISSER 1980) besteht. Sowohl der Appenzeller Granit als auch die übrigen, viel kleinräumiger verbreiteten Nagelfluhen im Hörnli-Fächer enthalten penninische und ostalpine Gerölle aus Ur-Mittelbünden. Flache Geröllkomponenten sind chaotisch und ohne erkennbare Ausrichtung abgelagert.
Da Mergelschichten zwischen den Nagelfluhbänken warmzeitliche Floren geliefert haben (HANTKE et al., 1967, KYBURZ 1968, BOLLIGER & EBERHARD 1989, BOLLIGER 1992), werden traditionell auch die zwischengeschalteten Nagelfluhen als warmzeitliche Flussablagerungen gedeutet. In der Ostschweiz werden Nagelfluhbänke in der oberen Süsswassermolasse deshalb als Ablagerungen in einem Ur-Rhein interpretiert (BÜCHI & WELTI 1950). Im gleichen Sinne wurden Nagelfluhbänke in der Unteren Süsswassermolasse, wie zum Beispiel diejenigen in der Kronberg-Chlosterspitz-Molasse oder solche in der Rigi/Rossberg-Schüttung (SPECK 1953, STÜRM 1973, SCHLUNEGGER 1995) als fluviatile Sedimente einer Ur-Reuss interpretiert. Doch die Feldbeobachtungen der wirr abgelagerten flachen Geröllkomponenten in den Nagelfuhbänken (HANTKE 2019a, 2019b, HANTKE 1986, BÜRGISSER 1980) passen im Grunde genommen nicht zu Fluss-Ablagerungen (Abbildung 1) – bei solchen sollten flachere Gerölle tendenziell schräg stromaufwärts und dachziegelartig eingeregelt sein (SCHLUNEGGER & GAREFALAKIS 2018). Zudem würde die Menge an Geröll, die im Hörnli-Schuttfächer abgelagert wurde, riesige Wassermassen erfordert haben, die von den damaligen Gebirgsbächen und ‑flüssen, selbst bei Hochwasser, höchstwahrscheinlich nicht transportiert hätten werden können.
Abbildung 1: Unterschiedliche Geröllanordnungen in einer Nagelfluhbank als Zeichen für Muren- oder Flussablagerungen mit angegebener Fliessrichtung: a) wirr durcheinander liegende Gerölle: Anzeichen für Ablagerung in einer Mure, Pfeil: Fliessrichtung. b) dachziegelartig eingeregelte Gerölle: Anzeichen für Ablagerung in einem Fluss, Pfeil: Fliessrichtung. Abbildung aus HANTKE (2019a): S.31 Abb. 36, 37, leicht modifiziert
Eine alternative und plausiblere Erklärung für die chaotische und grossflächige Ablagerung der Gerölle könnte wie folgt lauten: Während ausgehender Kühlzeiten barsten durch Gletscher oder Lawinen gestaute alpine Seen (Abbildung 2). Ihr Inhalt von Geröllschutt ergoss sich dabei in Form von Murgängen ins Alpenvorland und bildete dort chaotisch abgelagerte Schwemmfächer. Die Gerölle sind nicht dachziegelartig eingeregelt, wie dies in einem Flussbett zu erwarten wäre, sondern zeigen ein ziemliches Durcheinander in Grösse und Lagerung. Die lehmig-kalkige Matrix hat später zur Zementierung der Gerölle, zu Nagelfluh, geführt. Auch Querschnitt und Ausdehnung der Nagelfluhbänke deuten auf Ausbrüche von Stauseen mit Schüttung von ins Vorland ausgebrochenen Muren.
Abbildung 2: Darstellung möglicher Murgangablagerungen, z. B. durch den Ausbruch gletscher- oder bergsturzgestauter Seen während Kühlzeiten. Abbildung aus HANTKE (2019a): S.100 Abb. 6, leicht modifiziert
Um diese Hypothese jedoch weiter zu untersuchen und allenfalls zu untermauern, sollten weitere sedimentologische Analysen sowie vergleichende Studien mit aktuellen Schuttfächern unter verschiedenen klimatischen Bedingungen durchgeführt werden. Solche künftigen Studien sollten weiter auch die Resultate von Studien berücksichtigen, welche zum Beispiel zeigen, dass bei Flusssedimenten flachere Gerölle teilweise auch ohne Ausrichtung abgelagert werden können (z.B. DUMITRIU 2015).
Kühlzeitliche Muren sind auch im nördlichen Jura und im Hegau in Form von Nagelfluhbänken zu beobachten: Von den Vogesen reichten in den oligozän–frühmiozänen und mittelmiozänen Kühlzeiten bei Ausbrüchen gletschergestauter Seen Muren, die zu Nagelfluhen verfestigt worden waren, bis in den Aargauer‑, Basler- und Solothurner Jura (HANTKE 1986) und vom Süd-Schwarzwald gegen Osten bis in den Hegau, wo sich neben einer Unteren, eine Mittlere und eine Obere Jura-Nagelfluh eingestellt haben.
Im Zusammenhang mit kühlzeitlichen Muren im Miozän sind weitere endo- und exogene Beispiele aus dem Raum Mittelbünden und angrenzenden Regionen zu erwähnen, u.a.:
- Im ältesten Miozän stieg das Bergeller Massiv gegen das Oberengadin weiter empor, so dass es auch in den ostalpinen Decken zu Bergstürzen kam. Das Sturzgut wurde als Obermoräne, reich an ostalpinen Geröllen auf Eiszungen über Ur-Septimer und vom Ur-Oberengadin (TRÜMPY 1977) über Ur-Julier und Ur-Albula nach Mittelbünden und weiter talaus verfrachtet. Um Tiefencastel stauten ihre Gletscherzungen Seen, die im Sommer endender Kühlzeiten barsten, so dass sich ihr Inhalt als mächtige Mure ins Vorland ergoss. Jener mit viel Kristallin aus dem Bernina-Err-Gebiet wurde in den Höhronen-Ketten zur früh-miozänen, extrem bunten Nagelfluh verfestigt (KLEIBER 1937).
- Die nahezu parallelen, Süd-Nord-orientierten Bündner Täler Tiefencastel-Lenzerheide-Chur und – weiter westlich – Thusis-Reichenau und das Domleschg zeugen von bedeutenden Scherstörungen. An den Talrändern bildeten sich Felsbuckel (WYSS, JÄCKLI, BURLA & STREIFF 2017). Im Osten Scharans, Canova, Dusch und Ortenstein, im Westen Cresta, Ratütsch und Realta, als Paläo-Rundhöcker eines endenden Albula/Hinterrhein-Gletschers. Dieser dürfte an der Oligozän/Miozän-Grenze im Schams noch einen Schamser-Viamala-See, im frühen Miozän im mittleren Domleschg und im jüngeren Mittelmiozän im untersten Domleschg, auf einem noch höheren Niveau gestirnt haben. Dies, weil die helvetischen Decken damals noch nicht ausgeschert waren und das Aarmassiv noch nicht hochgestaut war.
- Der noch nicht durch Bergstürze von der Ur-Lenzerhorn-Parpaner Rothorn-Kette über eine höhere Ur-Lenzerheide geflossene Albula-Gletscher dürfte in den mittelmiozänen Kühlphasen rheinaufwärts um Ur-Reichenau geendet und einen See gestaut haben. Dieser brach in Sommern endender Kühlzeiten aus, so dass sich Muren ins Vorland ergossen. Dort wurden diese zu den Nagelfluhen des Hörnli-Fächers verbacken. Der alpenrhein-abwärts geflossene Arm des Albula-Gletschers mag unterhalb von Unter Says gestirnt haben. Pfänder- und Adelegg-Schuttfächer wurden von ausgebrochenen Vorarlberger Gletscher-Stauseen als Muren verfrachtet und zu Pfänder- und Adelegg-Nagelfluhen verfestigt.
2 Im Eiszeitalter folgten sich Kaltzeiten alle 100‘000 Jahre – galt dieses Kaltzeit-Muster schon während der Molassezeit?
Schon der Mathematiker und Geowissenschaftler Milutin MILANKOVITCH (1941) erkannte, dass sich im Eiszeitalter Kaltzeiten als Folge von periodischen Zyklen (sog. Milankovitch-Zyklen) in den orbitalen Parametern alle 100’000 Jahre wiederholt hatten. Neuere Studien vermuten, dass das von MILANKOVITCH erkannte Wiederholen von Kaltzeiten alle 100‘000 Jahre nicht erst im Eiszeitalter, sondern schon weit früher stattgefunden haben dürfte (vgl. z.B. OLSEN 2009, PLATT & MATTER 2023). Diese Hypothese ist auch konsistent mit der Beobachtung, dass im zentralen Hörnli-Fächer etwa 25 mittelmiozäne Nagelfluhbänke über einen Zeitraum von rund 2.5 Millionen Jahren abgelagert wurden (HANTKE, 2019c. HANTKE & WINTERBERG (2021b)). Zusammen mit der Deutung, dass die Nagelfluhbänke kalte und die Mergelschichten warme Zeiten repräsentieren, scheint es deshalb plausibel, dass durch zyklische orbitale Schwankungen verursachte Wechsel von Kalt- und Warmzeiten nicht erst im Eiszeitalter, sondern bereits während der Molassezeit regelmässig auftraten. Dabei wären – neben den Warmzeiten mit wärmeliebenden Bäumen – auch die Kaltzeiten, je nach geografischer Ausdehnung der Nagelfluhen weniger kalt, nur etwas verschieden kühle Kühlzeiten gewesen. Ebenso dürften sich schon in der Unteren Süsswassermolasse ähnlich viele Kühl/Warmzeit-Zyklen ereignet haben.
Klimawandel wie sie heute in aller Munde sind, fanden in der Erdgeschichte wiederholt statt; doch erfolgten sie wohl noch nie so rasch und progressiv wie seit dem Beginn des industriellen Zeitalters. Mit den heute damit festgestellten Folgen lassen sich ihre Langzeitauswirkungen noch nicht klar erkennen. Doch das Auslöschen von Pflanzen – vor allem wärmeliebender Bäume – und von Tieren im Laufe der Erdgeschichte erfolgte meist mit dem Einsetzen deutlich tieferer Temperaturen, und hing von kosmischen und irdischen Ereignissen bzw. dem daraus sich ergebenden Paläoklima ab.
3 Talbildung durch Fliessgewässer und Gletscher folgte tektonischer Vorzeichnung
Während PENCK & BRÜCKNER (1901–09) bei der Talbildung an eine mächtige erosive Ausräumung durch Gletscher glaubten, sah HEIM (1919) mit seinem Doktoranden GOGARTEN (1910) die Täler durch Flüsse entstanden. Dass beiden eine gewisse Bedeutung zukommt, ist offenkundig. Doch bei Fliessgewässern wie auch bei Gletschern, bedarf es einer vorangehenden Ursache, wie zum Beispiel tektonischer Vorprägungen durch Verscherungen des Untergrundes. In diesem Sinne erfolgte erst danach die mechanische Erosion durch Wasser und Eis. Ein Gleiten von überliegenden Gesteinsfolgen und ein Auseinanderpressen verscherter Abfolgen durch die Gletscher würde erklären, dass Talbildungen auch im steilen Deckenbereich mit Mergelabfolgen vorkommen können. Unzählige Seen und Täler in der Schweiz mögen sich durch eine tektonische Vorprägung mit nachfolgenden Erosionsprozessen durch Gletscher erklären. So sind u.a. sowohl die Bildung des Brienzersees, zwischen Jura-Deckenkernen von Faulhorn-Schwarzhorn und ihren Kreidestirnen im Brienzergrat, als auch die Entstehung des Klöntalersees, zwischen den älteren Kreide-Abfolgen im Glärnisch und der Kreide/Paläogen-Stirn in der Kette Dejenstogg-Chämmlete-Sammetboden, tektonisch bedingt, ebenso die Existenz des Walensees (HANTKE & WINTERBERG 2021a). Dieser geht auf ein Aufbrechen mächtiger Gewölbe in der südlichen Mürtschen- und der liegenden Glarner Decke zurück, was die Strukturen im Verrucano am Seeufer westlich von Murg belegen (RYF 1965). Die in der nördlichsten Linth-Hochzone, am Walensee-Westende, sich weitende Öffnung entstand ebenfalls in den letzten orogenen Phasen der helvetischen Kalkalpen. Durch diese flossen im jüngsten Miozän der Walensee-Arm des Ur-Rhein- und der Ur-Linth-Gletscher. Die beiden hatten die Talstrukturen stärker auseinander gedrängt. Die glaziale Erosion hielt sich in dieser Linth-Hochzone in engen Grenzen.
4 Tiefe Abtragungsraten – Erratiker auf Kalkschemeln
Während früher dem physischen Abtrag ein hoher Stellenwert zugesprochen wurde, hat dieser aufgrund neuerer Messungen und Korrekturen massiv an Bedeutung eingebüsst (HANTKE 1982, 1991, AMMANN 1988, HANTKE 2003). Selbst in Gebieten mit vielen erosionsanfälligen Gesteinen haben neuere Messungen den Abtrag deutlich nach unten korrigiert (HANTKE 2003). So haben zum Beispiel Erosions- und Ablagerungsanalysen von AMMANN (1988) im Einzugsgebiet des Sihlsees mittlere physische Abtragungswerte von 0.2 mm/Jahr ergeben. Diese tiefen Werte liegen deutlich unterhalb der Annahmen vieler Autorinnen und Autoren.
Unterdessen kann anhand konkreter Beispiele gezeigt werden, dass nicht nur der physische Abtrag, sondern auch der chemische Abtrag der Alpen über lange Zeiträume hinweg bemerkenswert langsam verlief. So wurden beispielsweise geringe chemische Abtragungsraten aus verschiedenen geologischen Untersuchungen in der Innerschweiz im Kanton Schwyz abgeleitet. Ein Beispiel ist die Analyse von Kalktischen in den Schächentaler Bergen, die bereits von BRÜCKNER (1956) untersucht wurden. Im Silberen-Twärenen-Gebiet im Kanton Schwyz liegen Erratiker (Abbildung 3) des spätesten letzten Spätglazials (vor ca. 10–12’000 Jahren) auf 10–12 cm hohen Kalkschemeln (HANTKE, 1987, HANTKE & WINTERBERG 2021a). Ähnliche Phänomene beobachtet man auf der Rautialp im Kanton Glarus, wo etwa 15’000 Jahre alte Findlinge auf 15 cm hohen Kalkschemeln ruhen. Aus diesen Beobachtungen und den Überlegungen, dass unter dem Erratiker seit dessen Platznahme die Oberfläche vor der Karbonatlösung durch Regen und Schneeschmelzwasser bewahrt blieb und ein Kalkschemel entstand, ergibt sich eine durchschnittliche Karbonatlösung von nur 1 cm pro 1000 Jahre – ein Wert, der die hohe Widerstandsfähigkeit der Gesteine gegen Verwitterung eindrucksvoll belegt.
Abbildung 3: Erratiker des spätesten letzten Spätglazials (vor ca 10–12’000 Jahren) auf 10–12 cm hohen Kalkschemeln auf dem Hochplateau Twärenen, das westlich des Gipfels der Silberen im Kanton Schwyz liegt. Abbildung aus HANTKE & WINTERBERG (2021a): S. 114 Abb.16
Diese Beispiele zeigen, dass das Problem “Abtrag” hierzulande neu anzugehen ist, um beim “Fehlen” ganzer Deckenteile und bei der Talbildung nicht weiterhin bedeutende Interpretationsfehler zu begehen. Oft sind die fehlenden Partien beim Vorgleiten durch höhere Decken auf Mergeln abgeschert und an den Alpenrand verfrachtet worden. Bei der Talbildung sind vorgegebene Scherstörungen im Untergrund verantwortlich, aber wegen der oft vielen kleinen Verstellungen und der Verwitterung in den Scherbereichen vielfach schwer zu erkennen (HANTKE 1961, 2019a, b, HANTKE & WINTERBERG 2021a). Weiter sind diese tiefen Erosionswerte konsistent mit der Hypothese, dass die Geomorphologie in erster Linie durch tektonische Prozesse vorgegeben waren und nicht durch gletscher- und wassererosive Prozesse.
5 Im späten Miozän trocknete das Mittelmeer aus und gleichzeitige fand eine riesige Vergletscherung in Mitteleuropa statt
Aus Bohrungen im Mittelmeer auf dem Forschungsschiff Glomar Challenger ergab sich im jüngsten Miozän, im Messinien, vor 7.25–5.33 Millionen Jahren, bis in rund 3000 m Tiefe eine – mindestens zeitweise – weitgehende Trockenlegung des Mittelmeeres mit Salz- und Gipsseen sowie Anhydrit-Bildungen (KRIJGSMAN et al. 2024, HSÜ 1976, 1982, 1984), lokal gesäumt von relativ warmen Wüsten. Der um 200 m abgesunkene Atlantikspiegel hatte nicht nur das Eindringen von Wasser durch die Strasse von Gibraltar gewaltig reduziert, die geringere Wassermenge im Mittelmeer und damit im Weltmeer musste als Eis auf den Kontinenten liegen: Es muss zu Kaltzeiten gekommen sein mit einer oder gar mehreren grossen Vergletscherungen (Abbildung 4), für die es einige konkrete Hinweise gibt (HANTKE 1986, 2019, HANTKE & WINTERBERG 2021a, b). Im Folgenden werden im Zusammenhang mit einer grossräumigen europäischen Vergletscherung einige Prozesse und Beispiele erwähnt und Überlegungen dazu skizziert:
- Die Mittelgebirge zwischen dem Nordischem Vereisungsgebiet und den Alpen waren vor allem auf ihrer Nord- bis Ostseite kräftig vereist. Diese Vereisung war wohl noch etwas stärker als im Eiszeitalter, was sich in der Nordschweiz sowie den ostfranzösischen und süddeutschen Randgebieten gezeigt hat (HANTKE 1973, 1986, 2011, 2019b, HANTKE & WINTERBERG 2021b).
- Als Folge der europäischen Vergletscherung mussten grosse Zuflüsse, beispielsweise Ur-Ebro, Ur-Rhone, Ur-Po und Ur-Etsch, zum Mittelmeer (selbst im Sommer) zu bescheidenen Schmelzwasserläufen geworden sein, ebenso jene von Ur-Donau, Ur-Dnjestr, Ur-Dnjepr und Ur-Don. Folglich dürfte nicht nur das Mittelmeer ausgetrocknet sein, sondern auch das Schwarze Meer einen tieferen Spiegel aufgewiesen haben und ein Zufluss durch Ur-Bosporus-Marmara-Meer-Dardanellen ins östliche Mittelmeer wäre unterblieben gewesen. Selbst der einzige, grössere Wassermassen liefernde Ur-Nil dürfte bei Weitem nicht zu einer Kompensation des fehlenden Wassers ausgereicht haben.
- Zwischen Harz- und Nordischem Vereisungsareal ist das gegen Süden immer spärlicher werdende Nordische Geschiebe vom gegen Norden und Nordwesten abfliessenden Harz-Eis – da dort grössere, überragende Felsareale fehlen – und dieses infolge der flachen Gipfel-Oberfläche, nur bescheiden Erratiker führte – gestoppt worden. Obwohl tiefe, ausgeweitete Täler, entlang von Ost-West verlaufenden tektonischen Störungen die frühere Präsenz von mächtigem Harz-Eis (Oker- und Leine-Gletscher) in Kühl- und Kaltzeiten zeigen, kann die nördliche Herkunft eines mächtigen Kristallin-Erratikers auf dem Brocken, dem höchsten Punkt des Harzgebirges, nicht alleine mit dieser Nordischen Vereisung erklärt werden.
- Eine Reduktion des Zustroms durch die Strasse von Gibraltar mag auch durch eine tektonische Verschiebung der afrikanischen Platte unter die europäische mit einer +/- horizontalen Komponente bei der Schliessung und dann einer +/- vertikalen bei der Wiederöffnung in der nächsten Warmzeit hervorgerufen worden sein, wie zum Beispiel in KRIJGSMAN et al. (2024) diskutiert. Doch auch eine Verlagerung des dem Weltmeer fehlenden Wassers in grosse Seen – z.B. ein riesiger Tschadsee oder tiefere und grössere Seen in Nordamerika – vermochte das im Mittelmeer fehlende Wasser nicht auszugleichen.
Abbildung 4: Ausdehnung der mitteleuropäischen Vergletscherung während des späten Miozäns (Massstab 1: 8’000’000). Die Landschaft in Mitteleuropa wurde im späten Miozän durch unzählige Eisränder geprägt, u.a.:
- im Norden von der Nordischen Vereisung (N), welche durch das Harzgebirge (H) im Süden gestaut wurde.
- in Mitteleuropa von mit Eis bedeckten Mittelgebirgen. Diese sind als separate, hellblau umrandete Gebiete innerhalb des hellbraunen grasbewachsenen Ödlands dargestellt: Rothaar-Gebirge (RG), Westerwald (W), Rhön ®, Thüringer Wald (TW), Erzgebirge (EG), Fichtelgebirge (F), Böhmerwald (Bö), Bayerischer Wald (B), Schwäbische Alb (SA), Fränkische Alb (FA), Hohes Venn (HV), Eifel (E), Hunsrück (Hu), Taunus (T) und Vogesen (V).
- im Süden durch die alpine Vergletscherung (A), an deren Nordrand das Schwarzwald ‑Eis (S) mit dem bis an die Ur-Donau reichenden Ur-Rhein-Eis der alpinen Vereisungsgebiete hing.
Auch in der Schweiz ist diese jüngst-miozäne Kaltzeit zu erkennen. So scheint in der Nordwestschweiz die markante spätmiozäne Kaltzeit in der Wanderblock-Formation (GUTZWILLER 1895, 1910, BUXTORF & KOCH 1920) auf dem Vogesenhof der Chastelhöhe, westlich von Himmelried SO beobachtbar zu sein. Dort wurden – neben wenigen Schwarzwald-Kristallinblöcken – vor allem zahlreiche Buntsandsein-Geschiebe aus dem Schwarzwald abgelagert und kleinere als Naturdenkmal der Wanderblock-Formation in einer Betonwanne zusammengetragen. Schon 1972 (HANTKE 1973, 1978 / Fig. 129, 130) wurden dort beim Bau einer Scheune mehrere grosse Buntsandstein-Geschiebe – das grösste mass 111 cm – der Wanderblöcke freigelegt und als eisverfrachtet, in rotgefärbter Matrix, als verwitterte Moräne eines frühen südlichen Schwarzwald-Gletschers gedeutet. Ob die von ORTLAM 2010 untersuchten, 156 Blöcke (HANTKE 2011) alle aus der Mulde um Baden-Baden stammen und zusammen mit Eis der Nordischen Vereisung so weit nach Süden verfrachtet worden waren, ist allerdings fraglich. Bis 50 cm grosse Wanderblöcke, Geschiebe von Buntsandstein und vereinzelt Muschelkalk aus dem Süd-Schwarzwald liegen südlich des Rheins auf den Tiersteinberg BL und den Chaistenberg AG (HAUBER 1960). Damit dürften die helvetischen Gletscher damals, wegen des noch nicht voll hochgefahrenen Aarmassivs, wohl nur etwa bis Koblenz-Waldshut gereicht haben. Die noch von SUTER (1939) als “Moränen der grössten Vergletscherung” – bei SUTER noch Riss – später, in HANTKE et al. (1967), als “Tiefere Deckenschotter” kartierten Deckschichten auf dem Aarberg westlich und auf dem SE des Mühleberg nordwestlich von Waldshut sind allenfalls Mittelmoränen zwischen Schwarzwald- und helvetischem Gletscher der spätmiozänen Kaltzeit. Das Hochrheintal war noch nicht eingebrochen unter der Last des helvetischen Gletschers. Dies geschah wohl erst als dieser im Eiszeitalter bis gegen Möhlin vorstiess.
In anderen Studien (z.B. KEMNA et al. 2003) wird die Genese der Wanderblock-Formation allerdings anders interpretiert: So postulieren KEMNA et al. (2003) basierend auf sedimentologischen Untersuchungen sowie auf Schwermineral- und Tonmineralogieanalysen, dass die Wanderblockformation eine Folge von warmzeitlicher Verwitterung und Erosion sei und dass sie nicht durch glaziale Transporte während Kühlzeiten entstanden sei. Diese nicht-übereinstimmenden Interpretationen erfordern weitere sedimentologische, geochemische und paläontologische Untersuchungen zur Entstehungsgeschichte dieser Formation. Zum Beispiel könnten kosmogene Isotopenstudien klären, wann und wie schnell Sedimente verwitterten und erodierten, und ob diese Prozesse durch glaziale Aktivitäten beeinflusst wurden (vgl. z.B. IVY-OCHS et al. 2008).
6 Exkurs – Weiterführende Denkanstösse und offene Fragen
Vergleiche zeitversetzter (klima-)geologischer Prozesse in den Alpen (Schweiz) und in den Kaledoniden (Skandinavien) regen zu Denkanstössen und offenen Fragen an:
Beispielsweise weisen Vergleiche der Talbildungen in der Schweiz mit der Fjordentstehung in Skandinavien möglicherweise auf interessante Parallelen hin: Ähnlich wie Täler in den Alpen dürften auch die Fjorde in den skandinavischen Kaledoniden durch tektonische Prozesse vorgeprägt gewesen sein (vgl. Kapitel 3). Im Rahmen der kaledonischen Orogenese dürften sich während des Paläozoikums gegen den Atlantik hin tektonisch bedingte, tiefe Gräben entwickelt haben. Über die Erdzeitalter hinweg, vom Paläozoikum über das Mesozoikum und Tertiär bis ins Eiszeitalter, dürften Skandinavische Gletscher dabei bis in den randlich verfüllten Bereich des Atlantiks, ans Ende der zur Ostsee entwässernden langen, schmalen tektonisch bedingter Gräben und Seen vorgerückt sein (vgl. NESJE 2009, PEDERSEN et al. 2019). Durch gletscherbedingte Ausformungen und Ausräumungen der tektonisch angelegten Gräben wären so in Kaltzeiten die skandinavischen Fjorde gebildet worden. Es bleibt offen, wie intensiv solche Kaltzeiten waren und wie oft sich an den Fjordwänden plattige Felspartien gelöst haben, ähnlich den aktuellen Beobachtungen von Felsabbrüchen im Geiranger Fjord.
Eine weitere Frage bleibt, ob und inwieweit sich die in den hiesigen Süsswassermolassen sichtbaren Kühlzeiten – wie in Kapitel 2 beschrieben — auf die geomorphologische Entwicklung Skandinaviens auswirkten.
Die Beantwortung dieser Fragen und Gedanken könnte nicht nur neue Erkenntnisse über die geologische und paläoklimatologische Geschichte der Kaledoniden liefern, sondern auch wertvolle Parallelen zu anderen Gebirgen wie den Alpen aufzeigen.
Dank
Prof. Dr. René Hantke, selig, posthum, seine Ehefrau Berta, sein Sohn Stefan und die Redaktoren bedanken sich herzlich bei den langjährigen Weggefährten von René Hantke Fred Stauffer, Huttwil BE, für seine IT-spezifische Unterstützung bei der Erstellung wissenschaftlicher Manuskripte sowie Heinz Winterberg, Studen SZ, für seine Fahrdienste und Tätigkeit als Fotograf.
