Gliederung und Entstehung der periglaziären Lagen
Heute gliedert man die durch Solifluktion entstandenen Schuttdecken oder periglaziären Lagen in der Bundesrepublik Deutschland (auch auf ganz Mitteleuropa und angrenzende Regionen im ehemaligen Periglazialraum sicherlich übertragbar) in vier Komplexe mit eigenständigem Substrataufbau: Basislage, Mittellage, Hauptlage und Oberlage (AG Boden 2005). Im Gelände lassen sich die Lagen an Aufschlüssen oder Wegböschungen meist gut unterscheiden, wenngleich Material der einen Lage im Übergangsbereich der anderen Lage beigemischt ist, da von Natur aus während der Bildung der einzelnen Lagen Vermischungen oder gar Materialaufarbeitungen ganzer Lagen von unterschiedlicher Intensität stattfanden. Hinzu kommen Prozesse der Bioturbation (Durchmischung von Böden oder Sedimenten durch Tiere und Pflanzen, von lateinisch turbare = verwirren) im Holozän.
Periglazial und periglaziär
Die eisfreien, tundrenartigen Landschaftsverhältnisse zwischen den nördlichen und südlichen Gletschervorstößen während eines Hochglazials werden als Periglazial bezeichnet wird. In der deutschen Terminologie gibt es auch den Begriff „periglaziär“, mit dem die Prozesse zusammengefasst werden, die im Periglazialraum stattgefunden haben.
Typische Unterscheidungsmerkmale sind die Farbe einer Lage, die Dichte der Lagerung, der Steingehalt, die Einregelung grober Komponenten und der Feinbodenanteil. Im Labor können unterschiedliche Lagen zudem durch eine Schwermineralanalyse erfasst werden, wenn bestimmte Minerale einer Lage in den Gesteinen der Umgebung fehlen. Daraus ist zu schließen, dass ein Materialeintrag aus der Luft erfolgte (äolisches Fremdmaterial wie Löss oder vulkanische Asche, auch Tephra genannt).
Schwerminerale
Schwerminerale sind Minerale, die eine Dichte von mehr als 2,9 g/cm³ besitzen. Typische Vertreter sind z. B. Magnetit, Zirkon, Hämatit oder Granat.
Basislage (LB)
Die Basislage ist aus dem jeweils anstehenden Gestein hervorgegangen, das im Laufe der Verlagerung mit den hangaufwärts vorkommenden Gesteinen durchmischt wurde. Sie ist bis auf exponierte Standorte relativ weit verbreitet. So fehlt sie häufig im unmittelbaren Kammbereich der Mittelgebirge auf gestreckten oder konvexen Hängen oberhalb etwa 500 m (z. B. Taunuskamm). Durch intensive Frostsprengungsverwitterung wurde das Gestein gelockert, verwittert und durch Solifluktion hangabwärts verlagert. Bei steil stehenden Schiefern kann man häufig beobachten, dass die oberste Verwitterungsschicht des Gesteins, die aus einzelnen aus dem Verband herausgelösten Gesteinsbruchstücken besteht, hangabwärts umgebogen ist. Man bezeichnet dieses hangabwärtige Umbiegen des verwitterten Gesteins als Hakenschlagen.
Die Basislage kann mehrgliedrig sein und ist primär frei von Löss, was darauf hinweist, dass diese Lage unter kühl-feuchtem Klima, wahrscheinlich zu Beginn oder während einer Klimaschwankung innerhalb einer Eiszeit gebildet wurde, denn Löss konnte nur in trocken-kalten Klimaphasen verweht werden. Ein trotzdem örtlich vorzufindender Lössanteil ist auf die Einspülung bzw. Verlagerung und sekundäre Anreicherung des Materials zurückzuführen, denn der Löss in der Basislage ist in der Regel nicht dispers (fein verteilt), sondern tritt in Form von Hauben auf größeren Steinen auf. Demnach sind äolische Anteile (Löss) in der Basislage erst nach ihrer Entstehung (postsedimentär) infolge von Einspülung aus den jüngeren Mittel- und Hauptlagen durch frostbedingte (kryogene) Vorgänge und die Arbeit von Bodenlebewesen (Bioturbation) an Ort und Stelle gelangt. Auffällig und charakteristisch ist die Einregelung der Längsachse gröberer Komponenten in Hangfallrichtung. Das Alter der Basislage und ihrer Glieder ist unbekannt. Die Mächtigkeit der Basislage schwankt stark.
Mittellage (LM)
Die Mittellage enthält häufig einen relativ hohen Anteil an Löss, was auf eine Entstehung unter trocken-kaltem Klima hinweist, und ist nur an erosionsgeschützten Positionen (z. B. konkave Hangbereiche) bis heute erhalten geblieben. Durch ihren oft relativ hohen Löss- und auch höheren Tonanteil sowie eine dichtere Lagerung ergibt sich insgesamt ein markanter Substratunterschied zur Haupt- und Basislage, der bereits visuell und durch eine Fingerprobe im Aufschluss feststellbar ist, wenngleich Material der Basislage während der solifluidalen Prozesse in die Mittellage eingearbeitet wurde. Auch die Mittellage kann mehrgliedrig sein, zeigt eine Einregelung von Längsachsen gröberer Gesteinskomponenten in Hangfallrichtung und kann eine sehr unterschiedliche Mächtigkeit aufweisen. Müller (2011) konnte an Böden im Spessart nachweisen, dass der größte Anteil an tonigem Feinmaterial in Mittellagen aus umgelagerten Aggregaten einer älteren Bodenbildungsphase stammt. Ob dies auch für die Böden anderer Regionen zutrifft, bedarf näherer Untersuchungen, ist aber als durchaus wahrscheinlich anzusehen.
Hauptlage (LH)
Die Hauptlage ist ganz Mitteleuropa flächenhaft verbreitet, wobei ihre Existenz für den Alpenraum in der Diskussion ist (Stahr 2000, Veit et al. 2002). Heute ist sie durch den Eingriff des Menschen in die Vegetation seit Jahrhunderten vielfach gestört. Durch Baumaßnamen, Ackerbau, die Waldnutzung in historischer und heutiger Zeit mit nachfolgernder Erosion oder Umlagerung. Die Hauptlage beinhaltet, sofern sie sich im Bereich des Fallouts entwickelt hatte, neben Löss auch Aschenmaterial des Laacher See-Vulkans, den so genannten Laacher Bimstuff oder die Laacher See Tephra. Dieser Vulkan brach vor ungefähr 10.930 v. Chr. am Ende der Wärmeschwankung des Allerød (= Allerød-Interstadial des Spätglazials) in der Eifel nahe der heutigen Verbandsgemeinde Mendig aus. Darauf folgte ein Kälterückschlag in der Jüngeren Dryaszeit (10.730 bis 9.640 v. Chr.), die auch Jüngere Dryas oder Jüngere Tundrenzeit genannt wird.
Dieser letzte Zeitabschnitt der Würm- oder Weichsel-Eiszeit (= Stadial des Spätglazials) wurde nach der Weißen Silberwurz (Dryas octopetala) benannt, eine Pflanze, die zu jener Zeit in den Kältesteppen weit verbreitet war, die heute beispielsweise auf der Inselgruppe Svalbard und inzwischen sogar in mitteleuropäischen Gärten zu finden ist. Innerhalb dieser Zeitspanne fanden wieder Prozesse der Solifluktion, Kryoturbation und Abluation auf den Hängen statt. Dabei kam es zur Einarbeitung des vulkanischen Materials und von erneuten Lössanwehungen (Semmel & Petschick 2006) bis der Beginn unserer Warmzeit (Holozän) vor fast 12.000 Jahren und einer damit verbundenen raschen Ausbreitung der Vegetation die Prozesse allmählich stoppte. Die Lössanwehungen sprechen für ein zumindest zeitweise trockenes, fast wüstenähnliches Klima (Kältewüste) innerhalb der Jüngeren Dryas, was die Verwehung von Staub (hier Löss) vergleichbar mit den Sand- und Staubstürmen in den gegenwärtigen Wüsten (z. B. Sahara) begünstigte.
Durch Niederschläge und Schmelzwässer in feuchteren Phasen wurde ein gewisser Teil des Lösses wieder abgespült. In Abhängigkeit von der Exposition und der Steilheit von Hängen variierte der Anteil an Löss im Lockermaterial erheblich. Umso steiler der Hang, desto weniger Löss wurde abgelagert bzw. erhalten. So ist die Hauptlage in Oberhangbereichen auch deutlich steinreicher und geringmächtiger, so dass die darin entwickelten Böden trotz relativ hoher Niederschläge rasch austrocknen. In konkaven Hangbereichen und Leelagen der in Mitteleuropa vorherrschenden Westwinde waren die Lössablagerungen mächtiger, was sich im Lössgehalt der heute verbreiteten Hauptlage deutlich bemerkbar macht und somit klare Auswirkungen auf die Standortqualität für Pflanzen sowie für die Filter- und Puffereigenschaften des in der Hauptlage entwickelten Bodens hat.
Kryoturbation
von griechisch kryos = Frost und lateinisch turbare = umherwirbeln, gemeint ist die Durchmischung des Untergrundes durch Gefrieren und Wiederauftauen.
Abluation
von lateinisch abluere = abwaschen, gemeint ist die Aus- und Abspülung von Feinmaterial.
Auffallend ist die relativ konstante Mächtigkeit der Hauptlage Lage von 50 cm +/- 20 cm (30-70 cm) und die lockerere Lagerung gegenüber der Mittellage, sofern Letztere im Gelände auftritt. Fehlt die Mittellage, deren Material spätestens von den Prozessen in der jüngeren Tundrenzeit aufgearbeitet wurde, so ist die Basis oft steinreicher, doch relativ klar von der Basislage zu unterscheiden. Die erstaunlich gleich bleibende Mächtigkeit der Hauptlage kann nach Semmel & Petschick (2006) darin begründet sein, dass ihre Untergrenze die Trennlinie zwischen Permafrost und Auftauboden darstellt. Dies ist wahrscheinlich ein wesentlicher Faktor.
Geht man von einem Durchtränkungsfließen nach Auftauen des oberflächennahen Untergrundes und Regelationsfließen während der Frostwechsel unter mehr oder weniger vorhandener Tundrenvegetation aus (gebundene Solifluktion), die ähnlich der rezenten Flechten- und Moostundra bzw. Zwergstrauchtundra (Parktundra) mit beispielsweise Kraut-Weide (Salix herbacea) und Zwerg-Birke (Betula nana) pollenanalytisch für die Jüngere Dryas nachgewiesen ist, so dürften sich zahlreiche Solifluktionloben in staffelartiger Abfolge auf den Hängen der Mittelgebirge befunden haben, wobei die Einarbeitung von Löss und Tephra anfangs relativ ungleichmäßig erfolgt sein muss. Hinzu kamen sicherlich Ab- und Ausspülungsprozesse durch Schmelzwasser, wie man dies auch heute in Periglazialgebieten (Alpen, Subarktis) beobachten kann. Die Charakteristika der jungtundrenzeitlichen Solifluktionloben haben, analog zu vergleichbaren Loben in den Alpen (siehe Abbildung) oder der Subarktis, vermutlich darin bestanden, dass sie an ihrem oberen Ende ausgedünnt und an der Stirnseite aufgewölbt waren, was primär eine unterschiedliche Substratmächtigkeit zur Folge hatte. Doch die Abfolge von Loben hatte vermutlich unabhängig vom Hangverlauf nur relativ geringe Sprunghöhen auf der Oberfläche bewirkt. Für rezente periglaziäre Solifluktionsloben in den Hohen Tauern (Österreich) gibt z. B. Veit (1988) Stirnhöhen von 20 cm bis über einen Meter an.
Daher muss man zur Zeit der jüngeren Dryas aus aktualistischer Sicht von einer kleinräumig differenzierten, recht unruhigen Geländeoberfläche mit vielen Solifluktionsloben und Abspülungsformen sowie einem Miteinander von unterschiedlichen Lockergesteinen (Frostschutt, Löss, Tephra) auf den Mittelgebirgshängen ausgehen, die Prozessen der Kryoturbation ausgesetzt waren. Das bedeutet, dass schon zu dieser Zeit Durchmischungen oder Verwürgungen des oberflächennahen Untergrundes erfolgten, welche die Grenzen von übereinander folgenden Loben und den Verlauf von Spülrinnen nach und nach „verwischten“ und Lockermaterialien immer wieder umverteilten. Somit konnten im Zusammenspiel mit Spülprozessen sicherlich auch kleinere Sprunghöhen im Gelände (Stirnseiten von Loben) verändert oder egalisiert werden. Im frühen Holozän beendete die Wiederbewaldung durch Birken und Kiefern diese Prozesse. Von diesem Zeitpunkt an muss von einer rund 10.000 Jahre währenden Bioturbation über alle ehemals periglaziär entstandenen Schichtgrenzen ausgegangen werden, die während der Jüngeren Dryaszeit entstanden waren. Von Ameisen und Regenwürmern über Mäuse und Füchse bis hin zum Wildschein, alle wühlten und gruben bis heute im Untergrund und noch viele andere Bodentiere mehr.
Auch Pflanzenwurzeln wirkten hierbei ebenfalls kräftig mit. Beispielsweise durch Wurzelwachstum und Wurzeldruck, durch Setzungs- und Verdichtungsprozesse infolge des Entzugs von Wasser oder durch Windbewegungen, die über den Baum und seine Wurzeln auf den Untergrund übertragen werden (Lockerungs- und Stampfbewegungen bis hin zum Windwurf). Daher ist davon auszugehen, dass das heutige Erscheinungsbild und die relativ konstante Mächtigkeit der Hauptlage mit der weitgehend dispersen Verteilung von Löss und Tephra neben bodenbildenden Prozessen (Verwitterung, Verlagerungen, Neubildungen) im Wesentlichen auf einer bioturbaten Aufarbeitung unterschiedlichster spätglazialer bzw. jungtundrenzeitlicher Lockergesteine (Solifluktionsloben) zurückzuführen ist. Für eine intensive Bioturbation im Holozän spricht auch, dass die Einregelung von gröberen Gesteinskomponenten mit der Längsachse in Hangfallrichtung bei der Hauptlage nicht immer eindeutig ist. Zudem finden sich in der Hauptlage selbst keine erhaltenen Strukturen wie etwa kryoturbate Verwürgungen oder Eiskeile (Eiskeilpseudomorphosen). Wegen ihrer relativ lockeren Lagerung gegenüber der Mittellage, was sicherlich auch auf der wühlenden und grabenden Tätigkeit des Bodenlebens beruht, ist die Hauptlage der Hauptwurzelraum von Waldbäumen. Da Löss auch in der Mittellage weitgehend dispers vorliegt, legt dies den Schluss nahe, dass diese nicht nur Material einer älteren Bodenbildungsphase aufgearbeitet hat, sondern selbst bodenbildenden Prozessen und einer länger währenden bioturbaten Durchmischung unterlag, was eine deutlich zeitliche Differenz zur Hauptlage impliziert.
Geht man von einer viele Tausend Jahre währenden Bioturbation aus, so stellt sich natürlich die Frage, warum die Grenze von Haupt- zur Mittellage erhalten blieb? Vermutlich deshalb, da sich Tiere und Pflanzen opportun Verhalten. Warum also mit höherem Energieaufwand in die tonigere und dichter gelagerte Mittellage vordringen, wenn die Hauptlage ausreichend Lebens- und Wurzelraum mit guter Nährstoffversorgung bereitstellt?
Eiskeil
auch Frostkeil genannt. Dabei handelt es sich um vertikale Spalten, die im Dauerfrostboden entstehen und mit Eis gefüllt sind. Sie entstehen, wenn sich der oberflächennahe Untergrund bei tiefen Temperaturen zusammenzieht und aus diesem Grund aufreißt. Dies wird als thermische Kontraktion bezeichnet. In den Spalten kann zum Beispiel Schmelzwasser gefrieren. Durch mehrfache Wiederholung dieses Geschehens vergrößern sich die v-förmigen Keile. Eiskeile können bis in eine Tiefe zwischen einem und zehn Metern reichen. Schließen sie sich nach Auftauen des oberflächennahen Untergrundes nicht, kann Lockermaterial von darüber liegenden Schichten hineingeraten und sie verfüllen, so dass sie bis heute „konserviert“ sind. Da Eis durch Lockermaterial ersetzt ist, spricht man auch von Eiskeilpseudomorphosen.
Oberlage (LO)
Die Oberlage findet sich unterhalb von Felsklippen oder Felsdurchragungen. Sie ist schuttreich, arm an Feinerde, recht unterschiedlich in ihrer Mächtigkeit und ist dort durch Verwitterung mit daraus resultierendem Steinschlag von Natur aus entstanden. Doch auch an einigen dieser felsigen Bereiche und auch andernorts dürfte der Mensch an der Entstehung von nacheiszeitlichen Lagen oder Schuttdecken durch Rohstoffgewinnung (Steinbrüche), Landwirtschaft oder sonstige Eingriffe in die Waldvegetation indirekt oder direkt durch Aufschüttung beteiligt gewesen sein. Definitionsgemäß beruht die Oberlage auf natürlichen Prozessen und Umlagerungen des Materialtransportes. In vielen Fällen ist jedoch nicht belegbar, inwieweit oder mit welcher Intensität der Mensch seine Finger im Spiel hatte. Offensichtlich ist dies jedoch im direkten Umfeld von ehemaligen Steinbrüchen der Fall, wo es sich bei stark grobschutthaltigen Überlagerungen der Hauptlage mit großer Wahrscheinlichkeit um Abraummaterial handelt. Definitionsgemäß (AG Boden 2005) ist dabei nicht von Oberlage zu sprechen. Bei eindeutig vom Menschen geschaffenen Lagen kann daher von anthropogenen oder holozänen Lagen gesprochen werden. Dies ist sicherlich in vielen Fällen zutreffend.
Literatur:
Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden (2005): Bodenkundliche Kartieranleitung, Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten, 5. Aufl., 438 S.; 41 Abb., 103 Tab., 31 Listen; Hannover.
Müller, S. (2011): Neue Erkenntnisse zu periglaziären Lagen und Pedogenese im hessischen Spessart.- Online-Publikation, Institut für Physische Geographie der Goethe Universität Frankfurt am Main.
Stahr, A. (2000): Zur Differenzierung periglazialer Deckschichten der montanen und subalpinen Höhenstufe in den Berchtesgadener Alpen.- Frankfurter geowiss. Arb., D26: 155-172; Frankfurt am Main.
Veit H., Mailänder R., Vonlanthen C. (2002): Periglaziale Deckschichten im Alpenraum: Bodenkundliche und landschaftsgeschichtliche Bedeutung. Petermanns Geographische Mitteilungen, 146, 2002/4.
Semmel, A., & Petschick, R. (2006): Spätglaziale Sedimente und ihre äolischen Beimengungen in einigen deutschen Mittelgebirgen.- Geol. Jb. Hessen 133: 109-120, 6 Abb., 4 Tab.; Wiesbaden.