Die Gesteine unterliegen an der Erdoberfläche dem Einfluss der Atmosphäre und somit der physikalischen und chemischen Verwitterung. Sofern das ehemals feste Gestein dabei nicht völlig aufgelöst wurde (zum Beispiel Steinsalz oder Kalk) und seine Verwitterungsrückstände nicht durch Wasser oder die Schwerkraft weit wegtransportiert wurden, bedecken sie noch das feste Gestein.
Regolith & Saprolith
Die Rückstände können zum Beispiel ganz grober Schutt, aber auch feiner Sand oder sogar Ton sein. Das hängt davon ab wie das Gestein verwittert und welche Verwitterungsart vorherrscht. Die ganze Decke aus Verwitterungsrückständen nennt man Regolith (von griechisch "rhegos" = Decke, Mantel und "lithos" = Stein).
Zwischen dem Regolith und dem unverwitterten Gestein folgt noch eine Übergangszone aus morschem Fels, der jedoch noch bestimmte Strukturen und Eigenschaften des frischen Gesteins wie zum Beispiel Klüfte aufweist. Man bezeichnet diesen Bereich auch als Saprolith (von griechisch "sapros" = verfault).
Im Regolith ist von der ursprünglichen Gesteinsstruktur nichts mehr zu erkennen. Durch weitere Prozesse entwickelt sich in ihm schließlich ein Boden, der eine völlig neue Struktur erhält und in unterschiedliche Horizonte zu gliedern ist. Verantwortlich dafür sind die weitere Verwitterung, Tiere und Pflanzen oder etwa die Verlagerung und Anreicherung von Stoffen.
Je nach Art des Gesteins, aus dem der Regolith entstand, enthält dieser Boden mehr oder weniger Nährstoffe für Pflanzen, da deren Freisetzung fast ausschließlich von der Mineralzusammensetzung des verwitterten Gesteins abhängig ist.
Seltsame Erscheinungen
In vielen Mittelgebirgen, wie dem Rheinischen Schiefergebirge oder beispielsweise dem Harz, stehen verbreitet Gesteine an, die fast ausschließlich aus Quarz bestehen, so genannte Quarzite. Sie verwittern nur sehr schwer und bilden deshalb meist stufenartige Formen in der Landschaft. Quarz ist reines Siliciumdioxid (SiO2).
Doch Pflanzen benötigen Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium oder Magnesium und Spurenelemente wie Eisen, Kupfer oder Zink. Der Vorrat an Stickstoff im Boden stammt zwar fast ausschließlich aus der Atmosphäre, die anderen Hauptnähr- und Spurenelemente fehlen im Quarzit.
Trotzdem wachsen auf Quarziten, aber auch auf nährstoffarmen Sandsteinen, dichte Wälder. Quarzite, Sandsteine oder Tiefengesteine wie der Granit verwittern zu einem sandig-grusigen Material, das relativ wasserdurchlässig ist. In vielen Bereichen unserer Mittelgebirge, die aus diesen Gesteinen aufgebaut sind, finden wir jedoch lehmige Böden, die mitunter selbst am Hang zu Staunässe neigen können.
Zudem lässt sich oft ein weiteres auffälliges Phänomen in unseren Mittelgebirgen beobachten. Der obere Bereich des Regoliths enthält an vielen Mittel- und Unterhängen flächenhaft verbreitetes, völlig unsortiertes Gesteinsmaterial unterschiedlicher Größe, das nicht durch weitere Verwitterung aus dem Saprolith hervorgegangen ist, sondern erst weiter oben am Hang vorkommt.
Fremdes Material
Es muss demnach Fremdmaterial auf die Hänge der Mittelgebirge gelangt sein, das nährstoffreich, feinkörnig und leicht verwitterbar ist, damit diese Nährelemente auch freigesetzt werden konnten. Zudem müssen Verwitterungs- und Fremdmaterial am Hang verlagert und miteinander vermischt worden sein.
Damit viel ortsfremdes Feinmaterial auf die Hänge gelangen kann und sich verwittertes Gesteinsmaterial in größerem Umfang hangabwärts bewegen kann, durften keine dichten Wälder auf den Hängen wachsen. Das war in der letzten Eis- oder Kaltzeit, die vor rund 11.000 Jahren zu Ende ging, der Fall. Damals waren die Hänge der Mittelgebirge tundrenähnlich und ohne Wälder.
Um das Eis herum
Die Gletscher stießen von Skandinavien bis nach Nord- und Ostdeutschland vor. Aus den Alpen flossen gewaltige Gletscherströme nach Norden bis in den Raum von München. Dazwischen war Mitteleuropa bis auf wenige Ausnahmen (Schwarzwald, Harz, Vogesen) eisfrei. Man bezeichnet solche Gebiete in der Umgebung von Vergletscherungen als "Periglazial" (von griechisch "peri" = um, herum und lateinisch "glacies" = Eis).
Die durchschnittlichen Julitemperaturen lagen unter 10 Grad Celsius, die durchschnittlichen Temperaturen im Januar bei minus 15 Grad Celsius. Während der Kaltzeithöhepunkte, die von kürzeren Temperaturanstiegen unterbrochen wurden, erreichten die Januartemperaturen durchschnittlich minus 27 Grad Celsius, im Juli sanken sie unter 5 Grad Celsius. Man kann das damalige Klima und die Vegetationsverhältnisse während der Kaltzeit in etwa mit dem Klima im nördlichen Kanada oder im arktischen Spitzbergen vergleichen.
Dauerfrost und Bodenfließen
Die Böden im Periglazialraum Mitteleuropas waren infolge der ganzjährig tiefen Temperaturen gefroren, was man als Perma- oder Dauerfrost bezeichnet. Nur die obersten Dezimeter tauten in den Sommermonaten auf. Dies führte zur Verlagerung von Verwitterungsrückständen und Bodenmaterial am Hang und somit zur Bildung der Schuttdecken oder Deckschichten. Dabei kamen zwei Prozesse zum Tragen:
- Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich um neun Prozent seines Volumens aus. Der nasse oder feuchte oberflächennahe Untergrund wurde daher im Zuge des Gefriervorgangs senkrecht zur Geländeoberfläche etwas angehoben. Beim Auftauen des Bodeneises sackte das zuvor angehobene Material der Schwerkraft folgend wieder senkrecht nach unten. Dadurch bewegte sich die ganze Hangoberfläche etwas talwärts. Über viele Jahre hinweg wurde so der Verwitterungsschutt transportiert.
- Das während der Sommermonate auftauende Wasser konnte durch das Eis im tieferen Untergrund nicht versickern. Die Auftauzone wurde dadurch mancherorts von Wasser übersättigt und schon beim geringsten Gefälle bewegte sich ein zäher Brei aus Wasser, Boden und verwittertem Gestein langsam hangabwärts.
Den gesamten Prozess des "Bodenfließens" nennt man Solifluktion (von lateinisch "solum" = Boden und "fluere" = fließen), wodurch weiträumig Schuttdecken oder Fließerden entstanden, die heute die Hänge der Mittelgebirge bedecken. Welcher der beiden Prozesse eher maßgebend war, ist bislang nicht nachvollziehbar.
Stop & go
Innerhalb der Kaltzeiten kam es immer wieder zu Klimaveränderungen mit wärmeren Phasen, so dass die Schuttdeckenbildung zeitweise zum Erliegen kam, dann aber wieder einsetzte. Man kann daher mehrere Schuttdecken oder periglaziale Deckschichten unterscheiden. Sie werden auch als periglaziäre Lagen bezeichnet (der Begriff "periglazial" bezeichnet die Landschaftsverhältnisse und "periglaziär" den Entstehungsprozess unter periglazialen Bedingungen, beide Begriffe werden oft auch synonym verwendet).
Während des Pleistozän, das vor rund zwei Millionen Jahren begann und vor etwa 11.000 Jahren endete, gab es einen mehrfachen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Da die Schuttdecken einer älteren Kaltzeit von der darauf folgenden wieder durch neue Umlagerungsprozesse aufgearbeitet wurden, stammen die Schuttdecken, die durch den Beginn des Holozän sozusagen konserviert wurden, mit großer Wahrscheinlichkeit aus der letzten Eiszeit. Genau festzustellen wie alt die periglazialen Bildungen sind, stellt sich bislang als sehr schwierig dar.
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