Physische Geographie. Ein Überblick über Bodenkunde, Klimatologie und Vegetationsgeographie

Inhaltsverzeichnis

Minerale – Baustoff der Gesteine
Aufbau der Erde
Entstehung von Mineralen
Silikate

Gesteine
1. Magmatisches Gestein: Magmatit
2. Sedimentgesteine
3. Metamorphit

Einfluss der endogenen Dynamik auf das Relief der Erdoberfläche
Plattentektonik
Erdbeben
Magmatismus
„alpidische“ Orogenese bei Kontinent-Kontinent-Kollision 10
Block- und Bruchtektonik
Verwitterung
Fluviale Formen und Prozesse
Äolische Formen und Prozesse
Glaziale Formen und Prozesse
Gravitative Massenbewegung
Periglaziale Formen und Prozesse
Periglaziale Mesoformen – Glatthänge u. Blockgletscher
Karstmorphologie
Skulpturformen & Strukturformen

Bodenkunde
Einleitung
Boden
Bodenbildende Faktoren
Bodenbildende Prozesse – Teil 1
Bodenbildende Prozesse – Teil 2
Bodenmerkmale
Bodentypen

Klimatologie
Definitionen
Strahlungs- u. Wärmehaushalt
Temperaturen
Luftfeuchtigkeit
Niederschlag
Luftbewegungen
Drucksysteme

Vegetationsgeographie
Einführung
Systematik
Fortpflanzung
Ausbreitungsmechanismen
Arealkunde
Florenreiche
Standortökologie

Minerale – Baustoff der Gesteine

Aufbau der Erde

Kruste: 5 – 80 km mächtig, vorwiegend aus festen magmatischen und metamorphen Gestein,

schwimmt auf Mantel

Mantel: - 2850 km mächtige Schale aus mineralischen Substanzen v.a. mafische Silikate

Kern: innen fest, außen flüssig, besteht v.a. aus Eisen und etwas Nickel
- Ungefähr 90 % der Erde bestehen aus nur 4 Elementen (Eisen Fe, Sauerstoff O, Silicium Si, Magnesium Mg)
- 2000 Mineralarten bekannt, von denen ~ 50 gesteinsbildend auftreten

Entstehung von Mineralen

- Minerale entstehen bei der Abkühlung magmatischer Schmelze
- Durch die druck- u. temperaturgesteuerte Umwandlung vorhandener Gesteine (wenn diese in große Tiefe versenkt werden)
- Durch Kristallisationsprozesse
- Bei Mineralen unterscheidet man nach dem Aufbau:

kistallin: geordnete, sich immer wiederholende Anordnung der Atome

Amorph: gestaltlos, glasig

- Wichtigste gesteinsbildende Minerale sind die Silikate.

Silikate

Aufgebaut aus den häufigsten Elementen der Erdkruste: Sauerstoff und Silizium in Form von SiO4-Tetraedern

Unterscheidung der SiO4-Tetraeder nach räumlicher Anordnung und Verknüpfung:
- Inselsilikate (z.B. Olivin = Hauptbestandteil des oberen Erdmantels)
- Gruppensilikate
- Ringsilikate
- Kettensilikate Primäre
- Bandsilikate Silikate
- Schichtsilikate
- Gerüstsilikate

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Weitere gesteinsbildende Minerale:
- Carbonate: meist Verbindung von Calcium oder Magnesium mit Kohlenstoff und
- Oxide: Verbindung von Sauerstoff und einem Metall als Kation
- Sulfide: Verbindung zwischen Sulfid-Ion und Metallen als Kation
- Sulfate: Verbindung zwischen Sulfat-Ion und Metallen als Kation

Physikalische Eigenschaften von Mineralien:
- Härte (Härteskala nach Mohs, von Talk als weichstem bis Diamant als härtestem Mineral)
- Spaltbarkeit (Brechen durch mechanische Einwirkung entlang ebener Flächen)
- Bruch
- Glanz (Art, wie die Flächen eines Minerals Licht reflektieren)
- Farbe
- Stichfarbe
- Spezifisches Gewicht und Dichte
- Kristallform

Gesteine

1. Magmatisches Gestein: Magmatit

Gesteinsbildender Prozess:

Durch Kristallisation (Erstarrung einer Gesteinsschmelze)

Effusivgesteine entstehen, wenn Magma an der Erdoberfläche austritt und dort rasch zu Asche oder Lava erstarrt -> bilden nur sehr kleine Kristalle -> Gestein ist feinkörnig (Basalt) oder besitzen glasige Grundmasse. Beispiele: Basalt, Andesit, Dacit

= Vulkanite

Zusammensetzung:

Häufig auftretende Minerale sind z.B. Quarz, Feldspat, Foide, Pyroxene, Olivin, Amphibole, Magnetit und andere Oxide

Intrusivgesteine entstehen, wenn tief in der Erdkruste geschmolzenes Gesteinsmaterial in das Nebengestein eindringt und dort erstarrt. -> durch langsame Abkühlung -> kommt es zur Ausbildung eines grobkristallinen Gesteins Beispiele: Granit, Diorit, Gabbro

= Plutonite

2. Sedimentgesteine

Gesteinsbildender Prozess:

durch Sedimentation, Versenkung und Diaenese (Druck u. Temp. Bis ~ 300°C, 10-12 km Versenkungstiefe) wird aus lockerem Sediment ein Sedimentgestein

- Sedimente entstehen durch Sedimentation, also Ablagerung von Material an Land und im Meer

- Sedimente entstehen im Zusammenhang mit Verwitterung- Umlagerungs- und Biogenprozesse an der Erdoberfläche. -> Sedimentgestein = verfestigt
- Entsteht auch durch Absterben oder Ausscheidungen von Organismen
- Sobald das Transportvermögen von Wasser, Eis oder Wind nachlässt, wird Abtragungsschutt (von Hochgebirge in Senke verfrachtet) als Sediment abgelagert
- Sedimentgesteine können Magmatite, Plutonite, Vulkanite als auch Metamorphite sein
- Mit bloßen Augen erkennbare Schichten die in Festgesteinen plattenförmige Gesteinskörper sind
- Sedimentgesteine sind gekennzeichnet durch eine Schichtung, die die Sedimentationsbedingungen zur Zeit der Ablagerung wiederspiegeln (Materialwechsel, Korngrößenänderung…)

Bei Sedimentgesteinen aus gröbere Partikeln unterscheidet man zwischen:

Konglomerat (Grobpartikel gerundete Gerölle)

Breccie (Grobpartikel kantik

Klastische Sedimente:

- Bestehen aus Gesteinstrümmer unterschiedlicher Größe
- Korngrößenzusammensetzung ist wichtigste Charakteristik
- Man unterscheidet bei unverfestigten Sedimenten Tone, Schluffe, Sande, Kiese und Schutt.
- Durch Verfestigung werden Tone zu Tonsteinen, Schluffe zu Schluffsteinen und Sande zu Sandsteinen. -> Verfestigung ist Teilprozess der Diagenese

Nichtklastische Sedimente:

- Sedimentgestein aus chemischen/biogenen Ablagerungen, die durch Ausfällung aus Lösungen entstanden (z.B. Karbonte, Gibs, Steinsalz)
- Wichtiges nichtklastisches Sedimentgestein ist Kalkstein -> enthält Calciumcarbonat
- Kalkstein entsteht durch Ablagerung kalkiger Skelett- u. Schalenresten oder durch anorganische Ausfällung aus Lösungen

- Chemische Sedimente

- Entstehen durch die Fällung gelöster Stoffe aus übersättigten Lösungen. (Eindampfung, Erhöhung der Wassertemperatur

- Biogene Sedimente
- Werden durch Aktivitäten lebender Organismen wie auch aus Resten von toten Organismen gebildet.

3. Metamorphit

Gesteinsbildender Prozess:

Rekristallisation neuer Minerale in festem Zustand

- 3. Gesteinsgruppe

- Entsteht durch Veränderung bereits existierender Erstarrungs- oder Sedimentgesteine unter dem Einfluss von hohem Druck und/oder hoher Temperatur
- Bei tektonischer Senkungsbewegung können Gesteine, die vorher nahe an der Erdoberfläche waren, in große Tiefen gelangen, wo hohe Temp. herrschen.
- Minerale des ursprünglichen Gesteins werden instabil
- Metamorphose setzt aber bereits unterhalb des Schmelzpunkt ein (ab ~ 300°)
- Regionalmetamorphose: (Gebirgsbildung, tektonischen Deformation/Plattentektonik):
(Tonschiefer, Pyllit, Glimmerschiefer, Gneise) weisen ein orientiertes Gefüge (Schieferung) auf, das unabhängig von der Schichtung ist.
- Kontaktmetamorphose (im Kontaktbereich von Magmenintrusionen):
Kontaktmetamorphe Gesteine /(z. B. Quarzit, Marmor) weisen meist ein richtungsloses, körniges Gefüge auf.
Orthogesteine: aus magmatischem Gestein
Paragesteine: aus Sedimentgesteinen

Einfluss der endogenen Dynamik auf das Relief der Erdoberfläche

- Wichtig für Gesteinsbildung -> Magmatite, Metamorphite
- Steuern Makro u. Megarelief

Hypothesen zur Entstehung von Makrostrukturen
- Kontraktionshypothese
- Geosynklinalhypothese
- Kontinentalverschiebungstheorie (Alfred Wegener) -> Vorläufer der modernen Plattentektonik -> Bacon 1620 erkannte Passform der atlantischen Küstenlinien- Parallelen in geologischen Strukturen, Gesteine und Fossilien an beiden Seiten des Ozeans, durch den Zerfall eines Großkontinents Pangäa (z.B. in Südamerika und Afrika die gleichen Fossilien
ABER: Antriebskraft der Bewegung war unbekannt
Entdeckung des sea-floor-spreading: Tatsache, dass der basaltische Tiefseeboden an den Mittozeanrücken durch aufsteigende Lava gebildet wird und sich von dort nach beiden Seiten ausbreitet.

Plattentektonik

- Kontinente verschieben sich nicht direkt, sondern mit Lithosphärenplatte
- Lithosphärenplatte umfasst auch Ozeanböden
- An mittelozeanischen Rücken wird durch Sea-floor-spreading ozeanische Kruste gebildet, die an Subduktionszonen wieder verschwindet.
Unterteilung der Kruste:
- ozeanische Kruste: 5 km, SiO2-arm, basisch (v.a. Basalt & Gabbro) -> dicht
- kontinentale Kruste: bis 65 km, SiO2-reich, sauer (v.a. Granit) -> weniger dicht
Oberer Bereich des Erdmantel + Kruste = Lithosphäre darunter liegt die Asthenosphäre
=> Lithosphäre schwimmt auf der plastischen, zähflüssigen und noch dichteren Astenospäre
- Lithosphäre zerbricht in einzelne Lithosphärenplatten, die sich angetrieben von Konvektionsströmungen in der Asthenosphäre völlig unabhängig voneinander bewegen

Bewegung der Lithosphärenplatten: 3 Typen

Divergierende Lithosphärenplatten: Platten bewegen sich auseinander
- Meist in Form mittelozeanischer Rücken, z.B. mittelatlantischer Rücken
- Magma füllt Raum zwischen den auseinander driftenden Platten verbunden mit Erdbebentätigkeiten und Vulkanismus
- Konstruktiv, da neuer Ozeanboden entsteht
- Z. B. Ostafrika, San Andreas Verwerfung

Konvergierende Lithosphärenplatten: Platten kollidieren
- Destruktiv, hier wird Krustenmaterial recycled
1. Ozean-Kontinent-Kollision:
Subduktion der dichteren ozeanischen Kruste unter kontinentaleKruste -> Bildung am Rand von Kontinenten Tiefseerinnen, Vulkangürteln u/o. aus sauren bis intermediären Laven und Erdbeben
2. Ozean-Ozean-Kollision:
Subduktion ozeanischer Kruste unter ozeanischer Kruste -> Bildung von Tiefseerinnen (z.B. Mariannengraben), von vulkanischen Inselbögen aus basischen und intermediären Laven und Erbeben
3. Kontinent-Kontinent-Kollision:
Keine Subduktion kontinentaler Kruste unter kontinentaler Kruste möglich, Zerscherung in zahlreiche Deckeneinheiten; Aufschiebungen, Überschiebungen und Faltung führen zu einer Verdickung der kontinentalen Kruste isostatischer Hebung und damit Entstehung von Gebirgen

Transformstörung:
- Lithosphärenplatten gleiten aneinander vorbei (keine Bildung und Zerstörung von Krustenmaterial
- Hier entstehen oft Erdbeben

Erdbeben

- 7 großen Platten:
-Nordamerikanische und Südamerikanische Platte
-Eurasische Platte und Afrikanische Platte
-Australische Platte und Pazifische Platte
- Folge von Erdbeben am Meere60sgrund -> Tsunami

Magmatismus

- Magmatische Erscheinungen sind oft mit plattentektonischen Vorgängen verknüpft
- Auftreten von aktiven Vulkanen auf der Erde
- 80 % der aktiven Vulkane an konvergierende Plattengrenzen
- 15 % der aktiven Vulkane an divergierende Plattengrenzen
- 5 % der aktiven Vulkane liegen vor in Form von Intraplattenvulkanismus
Intraplattenvulkanismus (Hot Spot Vulkanismus)
- Lithosphärenplatten bewegen sich über lagestabile „Hot Spots“ im oberen Mantel mit einer erheblichen Wärmeentwicklung hinweg
- Beispiel : Hawaii-Archipel, Yellowstone
- Hauptlieferbereich liegt im oberen Mantel 75-250 km tief, ca. 1100°
- Lava = ausfließende Gesteinsschmelze an der Erdoberfläche
- Lava ≠ Magma: da auf dem Weg durch die Kruste chemische Bestandteile aufgenommen bzw. abgegeben werden und an der Oberfläche leichtflüchtige (gasförmige) Bestandtele freigesetzt werden.
- Vulkanische Gebirgszüge → „andine“ Gebirgsbildung (Anden, Cascades)

Magma:

- Füllt zunächst Magmakammer auf -> ist sie gefüllt -> Entladung in Form einer Vulkan-Eruption
- Explosive oder effusive Ausbruch
- Je nach chem. Zusammensetzung, Gasgehalt und Temperatur der Lava entstehen untersch. Vulkantypen:
- basaltische Lava (SiO2-arm) = dünnflüssig und schnell (bis 100km/h) bildet z.B. Plateaubasalte
- rhyolithische Lava (SiO2-reich) = zähflüssig und langsam (ca. 5-10 km/h)
- Je niedriger die Temp. desto dünflüssiger die Lava
- Gasreiche Lava ist explosiv, gasarme Lava effusiv

Pyroklastische Ablagerungen:

Explosionsartig freigesetzte vulkanische Förderprodukte

Lahare:

Schlammströme in Verbindung mit Vulkanausbrüchen (Eis, Schnee, NS, Grundwasser, Kraterseen) z. B. Mount St. Helens

Schildvulkan : Entstehen bei einem weiten Ausbreiten dünnflüssiger, basischer Lava. Dien Einzelnen Lavaströme können sich übereinander stapeln, so dass eine breite, schildförmige, zur Mitte ansteigende Erhebung entsteht.

Stratovulkan: aus effusiv ausströmenden Laven und explosiv geförderten Lockerstoffen aufgebaut. Im Idealfall kegelförmig. Z. B. Vesuv

Caldera:
- Ital. Kessel
- Vulkanische Hohlform, entweder durch explosive Eruption als Sprengtrichter oder durch Einsturz des Vulkangipfels in die nach einer Eruption entleerte Magmakammer entstanden.
Spät und postvulkanische Erscheinungen: Exhalationen (Austritt von Gasen)
Fumarolen (Austritt von Wasserdampf) (H2O) 250 – 800 °,
Solfataren (Enthalten neben Wasserdampf Schwefelverbindungen (H2S) 100-250°
Mofetten (CO2 tritt aus) <100°

Plutone:
- Magmenkörper, die in bereits bestehende Gestein eingedrungen, dort erstarrt und später durch Hebung und/oder Abtragung an die heutige Oberfläche gelangt sind.
- Batholith: diskordante Intrusiva z. B. Sierra Nevada
- Stock: diskordante Intrusiva z. B. Harz, Granitintrusion Bayerischer Wald
- Lagergang (Sill): konkordante, d.h. parallel zur Schichtung verlaufende, tafelförmige Intrusiva
- Gesteinsgang (Dike): diskordant zur Schichtung verlaufende, tafelförmige Intrusiva
Durch Hebung und/oder Erosion können solche Intrusionen freigelegt werden und stehen dann an der Erdoberfläche an.

„alpidische“ Orogenese bei Kontinent-Kontinent-Kollision

- Keine Subduktion kontinentaler Kruste unter kontinentale Kruste möglich (Dichte zu gering)
- Gewaltige Stauchungen
- Zerscherung der Sedimentpakete in zahlreiche Deckeneinheiten
- Gesteinsmethamorphse
- Aufschiebungen, Überschiebungen und Faltung führen zu Verdickung der kontinentalen Kruste
- Isostatische Hebungen

Isostasie:
Kontinentale und ozeanische Lithosphäre schwimmen mit unterschiedlichen Dichten und Mächtigkeiten wie Eisberge auf dem dichteren, aber plastischen Mantel.
Da kontinentale Lithosphäre dicker und leichter ist als ozeanische -> kontinentale ragt höher über Asthenosphäre hinaus, bildet also die Kontinente. Ozeanische bildet Ozeanböden
- Beispiele: Faltengebirgsgürtel Eurasiens : Alpen (Kollision der Afrikanischen mit eurasischen Platte, Himalaya: Kollision indischen Subkontinent mit eurasischer Platte)
- Großteil der Hochgebirge der Erde gehören zu Falten-bzw. Deckengebirge

Block- und Bruchtektonik

- Bewegung von kleinräumigen Bruchschollen (nicht Lithosphärenplatten!!!) wegen tektonischer Beanspruchung.
- Bewegungen, die an konsolidierten Teilen der Erdkruste ansetzen und die Kruste in Schollen zerbrechen.
- Voraussetzung ist spröder Untergrund der nicht verfaltet werden kann.
- 4 Grundformen:
Abschiebung (2 oder mehrere Teilschollen werden jeweils gegeneinander bewegt. Niedrigere Scholle wird abgeschoben, erhöhte aufgeschoben Aufschiebung ( Horizontal-oder Blattverschiebung Schrägabschiebung
- Man unterscheidet Horst- und Pultschollen und Graben- und Staffelbrüche (S. Folie 61)
- Bruchschollengebirgen sind häufig Mittelgebirge (Bayerischer Wald, Thüringer Wald)
- Gestalt der Erdoberfläche ist Ergebnis eines Zusammenwirkens von
Endogenen Faktoren (Gebirgsbildung, Hebung ect.
Exogenen Faktoren (Verwitterung, Erosion, Akkumulation)

Verwitterung

- Einwirkung atmosphärischer Prozesse, durch die Gesteine zerstört bzw. verändert werden und so der Abtragung bereitgestellt werden.
- Beteiligt sind chemische, physikalische und biologische Prozesse
- Intensität hängt ab von:
- Eigenschaften/Widerstandsfähigkeit des Gesteins (Gefüge, Mineralzusammensetzung,…)
- Klimabedingungen (kalt, warm, feucht, trocken,…)
- Vorhandensein bzw. Fehlen von Bodenbedeckung und Vegetation
- Biologische Aktivität
- Dauer der Exposition des Gesteins

Physikalische Verwitterung
Mechanische Auflockerung und Zerkleinerung des Festgesteins OHNE chemische Änderung der Mineralzusammensetzung.
Vergrößert durch mechanischen Zerfall die Angriffsfläche für chemische Verwitterung
- Druckentlastung: Abtragung von aufliegenden Gesteinsmassen -> Entlastung -> Lockerung des Verbandes (Exfoliation = Abschalung, Desquamation = Abschuppung)
- Temperatursprengung: Expansion und Kontratkion des Gesteins bei häufigen und raschen Temperaturänderungen, Spannungsgegensätze
- Frost und Eissprengung: Volumenzunahme von Wasser beim Gefrieren um 10% -> Druck
- Salzsprengung: im Wasser gelöste Salze kristallisieren bei Verdunstung in Klüften aus -> Druck
- Wurzelsprengung: mechanische Belastung durch Eindringen und Wachsen von Pflanzenwurzel in Klüften

Chemische Verwitterung
Chemische Veränderung bis zur vollständigen Lösung der Minerale im Gestein
Wasser löst Bestandteile aus Festsubstanz -> es entsteht stofflich verändertes Ausgangsmaterial und eine Lösung, die die Stoffe enthält, die der Festsubstanz entzogen wurden
- Hydratation: Einlagerung von Wassermolekülen an bestimmte Kationen im Kristallgitter
- Lösungsverwitterung: Lösung von Mineralen durch Wasser -> Hohlräume

[...]