Mrz28

Acht Prozent der Flächen der Schweizer Alpen sind in Bewegung!

In Braunwald ist die permanente Geländebewegung ein geologisches Erbe und dauert – wie wir heute wissen –  schon Zehntausende von Jahren an. Vergleichbare Bewegungen kommen in den Schweizer Alpen häufig vor.

Braunwald

Braunwald: von den Geländebewegungen geformte Landschaft unter dem Hanenbüel

Seit über hundert Jahren werden in Braunwald Kriechbewegungen beobachtet. Erstmals bemerkt wurde der instabile Untergrund beim Bau des grossen Hotels vor dem ersten Weltkrieg. Im alltäglichen Leben merkt die Bevölkerung allerdings nichts davon. Erst über längere Zeit wird das geologische Phänomen wahrgenommen, z. B. an Rissen in Fassaden oder leicht geneigten Fussböden. Bei grösseren Ereignissen, die etwa alle 20 bis 30 Jahre stattfinden können, sind z. B. 1999 in Teilgebieten von Braunwald und auch im Tal grössere Schäden entstanden.

Braunwald Hauptabriss des Rutschgebiets

Übersichtskarte Braunwald: orange Umgrenzung des Rutschgebiets mit alter Hauptabrisslinie in Rot

Die geologische Situation

Verschiedene Schichten aus der letzten Eiszeit liegen wie bei einer Cremeschnitte übereinander auf hartem Fels. Diese ≪Cremeschnitte≫ umfasst eine 10 bis 100 m mächtige, kriechende Masse von etwa 3,5 Quadratkilometern; ein Gebiet, das vom Seblengrat zum Brummbach respektive bis zum Schwettiberg / Höcheli (siehe Übersichtskarte) reicht. Sie besteht aus verwittertem und von mehreren Eiszeiten überprägtem Felsmaterial, Kalken und Sandkalken aus dem Gebiet der Eggstöcke. Darin eingeschlossen sind Schichten von sogenanntem ≪blauem Lehm≫, der für die Bewegung am meisten verantwortlich ist. Das Gemisch aus dunkelgrauen Schieferplättchen und graubläulich schillerndem Lehm ist durch die Jahrtausendelange Beanspruchung aus alpinem Opalinuston entstanden. Aufgeschlossen ist der Opalinuston bei der Bergstation der Sesselbahn am Seblengrat.

Geologisches Profil Braunwald

Geologisches Übersichtsprofil Vorder Eggberg – Teufrus (Schindler 1982)

Die Braunwalder begegnen den Problemen mit dem unruhigen Untergrund, seit sie die ersten Bauten auf der Terrasse errichteten. Die spezielle Rolle des Grundwassers wurde früh erkannt wie die zahlreichen, mit Steinpackungen verfüllten Stollensysteme zeigen.

Umfangreiche Untersuchungen nach den Ereignissen 1979/80 unter dem Hotel Bellevue / Feuerwehrdepot zeigten, dass die Geländebewegung nur mit einer möglichst vollständigen Abdrainierung des Grundwassers bis hinab zur Basisgleitfläche in rund 16 Meter Tiefe den Kriechprozess wesentlich verlangsamen kann. Zudem wurde klar, dass der Gleithorizont aus einer Lehmschicht besteht, die sehr schlechte Reibungseigenschaften hat. Dies und das Grundwasser machen es erst möglich, dass sich eine derart grosse Lockergesteinsmasse auf der erstaunlich flachen Ebene (12 bis 15 Grad) überhaupt bewegen kann.

 

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Mrz21

Ein geheimer Fluss der Unterwelt soll etwa 4000 Meter unter der Oberfläche existieren und entleert zusammen mit dem schnelleren Bruder, dem Amazonas an der Oberfläche, das riesige Amazonasbecken. Die Brasilianer nennen ihn Rio Hamza nach dem Entdecker Valiya Hamza.

Amazonas National Park mit Amazonas Fluss

Amazonas National-Park mit Amazonas Fluss © randomlynew.com

Der Hamza “fliesst” als bis zu 400 km breiter Grundwasseraquifer fünftausend mal langsamer als der Bruder salzig in den Atlantik. Sein Entstehungsgebiet liegt wie der Amazonas in den Peruanischen Anden.

Eine Forschergruppe um Prof. Hamza untersuchte 241 inaktive Öl-Borlöcher, die zwischen 1970 und 1980 von Petrobas gebohrt wurden. Die seismischen Daten und die anomalen Bohrlochtemperaturen in Abhängigkeit der Bohrtiefe legen die Existenz eines Aquifers nahe. Ganz unumstritten ist die Hypothese jedoch nicht.

Entstehung

Verschiedene geologische Faktoren müssen eine Rolle gespielt haben. Es wird vermutet, dass tektonische Bewegungen dafür verantwortlich waren, da Tiefenwasser normalerweise nach oben entweichen würde. Als sich die pazifische, ozeanische Platte unter die Kontinentalplatte schob, muss dies dazu geführt haben, dass Wasser nicht aus der Grundwasserschicht entweichen konnte. Eine Aquiferschicht findet sich dort, wo das Wasser auf undurchdringliche Schichten stösst. Sodann erlahmt die vertikale Fliessbewegung und das Wasser beginnt seinem Gefälle gemäss abzufliessen, im Falle des Hamza Richtung Atlantik. Zusätzlich haben Ost-West ausgerichtete Brüche und die Karsttopografie im nördlichen Gebiet des Amazonas-Beckens dazu geführt den Grundwasseraquifer weiter zu speisen. Nicht erwiesen ist, ob es sich beim Hamza um eine durchgehende Grundwasserschicht handelt.

Entstehung des Aquifers Hamza Illustration Entstehung Hamza
2 Schemata zur Entstehung des Aquifers Hamza 

Mächtige Grundwasseraquifere sind nicht selten, mit dem Hamza, der etwa 6000 km lang ist, können sie allerdings nicht mithalten. Beispiele sind das 153 km lange, unterirdische Flusssystem des Rio Secreto auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko und der 8,2 km lange Cabayugan Fluss im Puerto Princesa Subterranean River National Park in den Philippinen. Ihre Entstehung, im Gegensatz zum Hamza, geht darauf zurück, dass Wasser das Karbonatgestein partiell auflöste und sich dabei eine Karsttopografie ausbildete. Das Regenwasser sickerte sodann durch die permeablen Schichten und liess ein Flusssystem im Untergrund entstehen.

>> Rio Hamza: YT-Video auf Brasilianisch

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Mrz14

Das Ruwenzori- oder heute Rwenzori-Gebirge ist ein aussergewöhnlicher Anziehungspunkt sowohl geografisch, botanisch wie geologisch. Die Wege zu den Gipfeln sind durch eine bemerkenswerte Flora und Fauna geprägt und belohnt diejenen mit atemberaubender Aussicht, die die Ausdauer besitzten, die enormen Strapazen zu meistern.

Rwenzori-Gebirge

Das höchste Gebirge Afrikas: das Rwenzori-Gebirge, liegt zwischen der DRK und Uganda;  copyrighted by CC3

Im Rwenzori-Gebirge, auch unter dem Namen “Mondberge” bekannt, kommt man auf seine Kosten. Die von zahlreichen Riesenlobelien und -senezien geprägte Berglandschaft mit ihren Gipfeln, Gletschern, Flussläufen, Seen, Mooren und moosbehangenen Wäldern ist eine der beeindruckendsten und fremdartigsten der Welt. Mit seinen Viertausendern und dem höchsten Gipfel etwas über 5000 Meter ist der Rwenzori nicht nur das dritthöchste Gebirge Afrikas, sondern zugleich das vegetationsdichteste Gebiet der Erde. 70 Säugetierarten und mehr als 170 Vogelarten leben in einer Fabelwelt der Pflanzen. Der Name Rwenzori bedeutet in der Sprache des hier lebenden Bakonjo-Stammes “Regenmacher” oder “Wolkenkönig”, da der Jahresniederschlag relativ hoch und das Gebirge meistens in Wolken gehüllt ist.

Rwenzori: Riesensenezien; CC3 Rwenzori: Riesenlobelien; CC3 Rwenzori: 3-hörniges Chamäleon by Christian Rommel

v.l.n.r.: Rwenzori: Riesensenezien, Riesenlobelien, Chamäleon (CC3 & Rommel)

Das Rwenzori-Gebirge, das aus sechs Massiven besteht (Mount Stanley, Mount Speke, Mount Baker, Mount Emin, Mount Gessi und Mount Luigi di Savoia – sie alle wurden nach berühmten Entdeckern oder Bergsteigern benannt), dehnt sich etwa 120 km aus und bildet die nördliche Flanke des Albert-Grabens. Im Gegensatz zu den berühmten Vulkan-Massiven Kilimanjaro und Mount Kenya,  die an der östlichen Grabenflanke liegen, und den 8 Virunga Vulkanen weiter im südlichen Teil des westlichen Grabens, ist das Rwenzori-Gebirge das Resultat eines hochgehobenen Krustenblocks. Die Krustengesteine sind Metamorphite und stammen aus der frühesten Erdzeit. Man findet hier Gneise, Amphibolite, Granite und Quarzite.

Ostafrikanischer Graben

Ostafrikanisches Grabensystem; copyrighted by CC3

Das Gebirge ist relativ “jung”. Zum letzten Mal, vor ca. 3 Millionen Jahren, gab es im afrikanischen Grabenbruch starke vulkanische Aktivitäten einhergehend mit kräftigen Hebungsprozessen. Am Fusse dieser Berge driftet nun der Kontinent Afrika jährlich ca. 2 cm auseinander. Die sagenumwobenen Mondberge rühmen sich auch eine der vielen Nilquellen aus ihren Gletschern zu speisen. Und noch eine Besonderheit: 1958 fanden die ersten und einzigen ugandischen Ski-Meisterschaften auf dem Stanley Plateau statt. Mitten im wildesten und einsamsten Hochgebirge Afrikas in über 4000 Meter Höhe. Der Weg zur Piste dauert mindestens 4 Tage! ☺

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Mrz07

Es ist zwar seit langem bekannt, dass grüne Pflanzen für die Photosynthese Kohlendioxid (CO2) benötigen, doch erst seit den neunziger Jahren beschäftigt sich die Wissenschaft mit der Umwandlung von atmosphärischem in mineralischen Kohlenstoff, der dann im Boden über geologisch lange Zeiträume gebunden bleibt. So wurde erstmals um die Jahrtausendwende von einem interdisziplinären Team aus Geologen und Mikrobiologen der UniNE und UniL ein Baum entdeckt, der die Photosynthese mit Hilfe von Pilzen und Mikroorganismen zur Bildung von Kalkstein nutzt.

Iroko oder Milicia excelsa

Iroko oder Milicia excelsa; Bild: CC3

Der Iroko eine Milicia oder Maulbeerbaum-Art kommt im tropischen, immergrünen und halbimmergrünen Regenwald, sowie im Savannenwald südlich der Sahel von Senegal und Sierra Leone bis Mozambique im südlichen Ostafrika vor und beherrscht genau dieses Phänomen.

Der Treibhauseffekt ist aus heutiger Sicht hauptsächlich auf Kohlendioxid (CO2) zurückzuführen, welches durch menschliche und vulkanische Tätigkeiten der Atmospäre zugeführt wird.

Die Bildung von Kalkstein aus Biomasse

Durch Photosynthese produziert der Baum Biomasse, die er selbst oder über Pilze zum Teil in Oxalat-Ionen umwandelt. Dabei sammeln sich Kalzium-Ionen an, wodurch Kalziumoxalat, ein unlösliches Salz, entsteht. Nun kommen Bodenbakterien ins Spiel, die das Oxalat zuerst zu CO2 abbauen und dieses dann durch die so genannte Biomineralisation in Kalk (Kalziumkarbonat) umwandeln.

Wie der Iroko Kohlendioxid in Form Kalk fixiert

Fixierung von Kohlendioxid in Kalk; Graphik: Horizonte, Schweizerischer Nationalfonds

Auf diese Weise sammelt ein 80-jähriger Iroko pro Jahr 5,7 Kilogramm reinen Kohlenstoff in Form von Kalk an. Ein solcher Transfer in den Boden stellt ein nicht geringer Faktor zur Senkung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre dar. Indem man Bäume anpflanzt, die über diese Eigenschaft verfügen, könnte man also einen Beitrag zur Bekämpfung des Treibhauseffekts leisten, sind die Forscher überzeugt. Leider ist der Iroko oder Semli (Sierra Leone, Liberia), Odoum (Ghana, Elfenbeinküste), Oroko (Nigeria), Abang, Mandji (Kamerun, Gabun), Mereira (Angola), Kambala (Zaire), Mvule (Ostafrika) und African Teak (englisch) schon extrem dezimiert. Das wertvolle Tropenholz wird seit über 100 Jahren raubbaumässig abgeholzt und das Anlegen von Baumplantagen wird bis heute noch nicht mit Erfolg betrieben, so dass die Biomineralisation quantitativ keine signifikante Rolle spielt.

Unterdessen ist allerdings die Liste der Pflanzen, die die Biomineralisation beherrschen, immer grösser geworden. Man muss nur die Klagen der Sägewerkarbeiter hören, die bei der Arbeit mit Afzelia (Afzelia africana) an den im Stamm eingelagerten Kalzitkristallen schnell ihre Sägeblätter verlieren! Auch der Kapokbaum (Bombax costatum), aus der gleichen Familie wie der Baobab, ist ein Meister der Biomineralisation und selbst in der Wüste fand man eine Kakteenart (Carnegiea gigantea), die Biomineralisation betreibt. Deshalb werden nun die Wurzelzonen weiterer Pflanzen akribisch untersucht.

 

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Feb28

Ein Geologe, der im Freien arbeitet, verwendet typischerweise einen Geologenkompass, eine Lupe und einen Geologenhammer. Wie steht es jedoch im Labor?

Seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert wird das Lichtmikroskop in den geologischen Wissenschaften eingesetzt. Mit einem Mikroskop können Objekte unter einem grösseren Sehwinkel betrachtet werden, als dies mit blossem Auge oder einer Lupe der Fall wäre. So werden feinkörnige Substanzen zur optischen Untersuchung auf Glasobjektträgern in Flüssigkeiten bekannter Brechungsquotienten eingebettet und so bestimmt. Wenn jedoch aus Kristallen, Mineralen, Gesteinen oder technischen Produkten Dünnschliffe hergestellt werden, welche zwischen 20 bis 30 μm (Mikrometer) dünn sind, kann mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie, das heisst unter Verwendung von polarisiertem Licht die optischen Eigenschaften der Kristalle bestimmt werden.

Polarisationsmikroskop mit Dünnschliff  Polarisationsmikroskop

v.l.n.r.: Polarisationsmikroskop mit Dünnschliffpräparat, Polarisationsmikroskop, 

Gemessen werden dabei fast ausschliesslich vektorielle Grössen wie Lichtbrechung, Reflexion, Absorption, Pleochroismus. Da die optischen Eigenschaften der Kristalle in einem engen Zusammenhang mit ihrem strukturellen Aufbau stehen, lassen sich aus polarisationsoptischen Messungen kristallographische Zuordnungen ableiten.

In vielen Fällen ersetzt die polarisationsmikroskopische Untersuchung teure und zeitraubende chemische Analysen, ganz abgesehen von dem Vorteil, dass es sich um eine meist direkte und zerstörungsfreie Methode handelt.

In den beiden Fotos sehen wir links im polarisierten Durchlicht die Mineralgemeinschaft Granat (gräulich), Biotit-Glimmer (rotbraun) und Feldspat und Quarz (hell); rechts bei gekreuzten Polfiltern Granat (schwarz), Biotit (rot, orange, grün), Feldspat und Quarz (Graufärbung hell bis dunkel).

Granat Glimmerschiefer Granat Glimmerschiefer mit Polarisationsfilter

v.l.n.r.: Dünnschliff eines Granat-Glimmerschiefers unter dem Mikroskop bei linear polarisiertem Licht (entspricht normaler Durchlichtmikroskopie); gleicher Dünnschliffbildausschnitt bei gekreuzten Polarisatoren.

Andere Anwendungsgebiete sind z. B. Texturuntersuchungen von Flüssigkristallen, Untersuchung des Kristallwachstums, Visualisierung von mechanischen Spannungen über die Spannungsdoppelbrechung.

 

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Feb21

Nur wenige Tage in der zweiten Februarhälfte zeigt sich der “Horsetail Fall” im kalifornischen Yosemite-Nationalpark. Was hier glüht ist nicht etwa heissflüssige Lava sondern “nur” Wasser – ein Spektakel, das seinesgleichen sucht.

Horesetail Fall Yosemite National Park

Riesige Granitkuppen, die sich über tiefen Tälern erheben, Jahrhunderte alte Mammutbäume und ein 480 Meter hoher Wasserfall am östlichen Felsrand des Monolithen “El Capitan”  ziehen immer mehr Naturschaulustige und Fotografen an.

Im Yosemite Park gibt es viele Wasserfälle; die besondere Lage des “Horsetail Fall” jedoch ist es, welche das Naturwunder hervorbringt. Die meisten anderen Wasserfälle fliessen nicht von einer hohen, offenen Klippe, sondern in einer Nische oder einer Schlucht. Während des Sonnenuntergangs leuchtet das klare Wasser für wenige Minuten feuerrot und wirkt dann wie Lava.

Erstmals wurde das Phänomen 1973 vom Naturfotografen Galen Rowell festgehalten.

>> “Horsetail Fall” – Das Naturspektakel

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Feb14

Auf Spitzbergen zwischen dem 76. und 81. Breitengrad liegt ein berühmtes Geotop. Es liegt nördlicher als Alaska und als die meisten kanadischen Nordpolarinseln und wäre nicht der milde Golfstrom, wäre das Gebiet permanent unter Eis.

Die Südküste des Isfjords zwischen Kapp Linné und dem Grønfjord ist geologisch sehr interessant und unter der Bezeichnung “Festningen-Profil” bekannt. Auf einer Strecke von weniger als 10 km steht eine vom Grundgebirge bis ins Alttertiär reichende Schichtfolge an. Die Sedimentschichten wurden während der alpidischen Phase im Alttertiär hochgestellt, so dass sie hier mehr oder weniger senkrecht stehen, was einen Spaziergang durch 300 Millionen Jahre Erdgeschichte in wenigen Stunden möglich macht.

Kapp Linné selbst befindet sich im Bereich des metamorphen Grundgebirges, mit Phylliten und Quarziten. Weiter östlich überschreitet man dann die Grenze Grund- Deckengebirge und kommt in die karbonischen Konglomerate. Auffällig ist ein N-S verlaufender Gebirgszug weiter östlich, der aus steilstehenden, sehr harten permischen Karbonaten besteht. Diese bilden das Kapp Starostin, eine in den Isfjord hineinlaufende Landspitze. Die Karbonate sind sehr fossilreich. Östlich des Kapps Starostin beginnt das Mesozoikum. Die Gesteinsformationen decken fast lückenlos einen Sedimentationszeitraum von der Kreide bis in die Neuzeit ab, die Ablagerungen stammen aus ehemaligen Fluss- und Delta Landschaften, ähnlich dem Mississippi-Delta. So sind sie denn fossilienreich und konservierten auch Dinosaurier Abdrücke, die unterdessen wieder durch Erosion im Meer verschwunden sind. Den Geologen dient diese fast lückenlose Gesteinsabfolge als Referenzprofil. Bemerkenswert ist der Festningen-Sandstein, eine senkrecht stehende Schicht, die der Küste als kleine, langezogene Insel vorgelagert ist. Nicht umsonst wird diese Insel Festningen oder die Festung genannt (siehe Foto).

Festningen: steilgestellte Schichten aus quarzitischen Sandsteinen Die steilgestellten Mesozoischen Schichten ziehen vom Festland auf die Insel

Die Festningen Klippe: sie besteht aus einer Sequenz harten Quarzsandsteins

Karte des Spitzbergen Archipels
Der Spitzbergen Archipel, ein Mekka für Geologen.

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Die Lösung

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