Original paper

Die rheinische Erosionsleistung in Zahlen: eine Berechnung aus digitalen Geländemodellen am Beispiel des Leintals im Vorland der Ostalb

[Long-term amount of Rhenish erosion calculated from digital terrain models (Lein valley, foreland of eastern Schwäbische Alb)]

Strasser, Annette; Strasser, Marcel; Seyfried, Hartmut

Kurzfassung

Im Verlauf der letzten 20 Millionen Jahre haben drei Flussnetzwerke nebeneinander bzw. nacheinander die südwestdeutsche Schichtstufenlandschaft gestaltet: a) ein altes, nach Süden in das Molassebecken entwässerndes prädanubisches Netzwerk, b) das junge, ostwärts entwässernde danubische Netzwerk, welches große Teile des prädanubischen Flussnetzes übernahm und c) das nordgerichtete rheinische Netzwerk, das sich weit nach Süden ausdehnte, indem es den vorgegebenen prädanubischen bzw. danubischen Anlagen folgte, aber in vielen Fällen die Fließrichtung umkehrte. Die landschaftsgeschichtliche Entwicklung ist qualitativ bekannt; quantitative Daten sind jedoch eher spärlich und meistens auf das Holozän beschränkt. Diese Studie beschäftigt sich mit der Berechnung des rheinischen Materialaustrags und der Ermittlung von Langzeit-Erosionsraten über einen Zeitraum von 700 bis 600 ka im Gebiet des Leintals und der angrenzenden Frickenhofer Höhe. In diesem Gebiet finden sich sehr gut erhaltene Reste der danubischen Landschaft und ihrer jüngsten Talfüllungen. Die obere Begrenzungsfläche für die Bestimmung des Materialaustrags ist durch die Basis der Goldshöfer Sande gegeben, bei denen es sich um die jüngsten Ablagerungen des Vorläufers der Brenz, der Ur-Brenz und ihrer damaligen Zubringer Kocher, Jagst und Lein handelt. Die untere Begrenzungsfläche ist das heutige rheinisch überprägte Relief. Die morphometrischen Parameter der danubischen Lein haben wir aus Bohrdaten, aus Literaturangaben und Lageinformationen in geologischen Karten sowie aus eigenen Feldbeobachtungen abgeleitet. Für das Paläogefälle der danubischen Lein berechneten wir einen Durchschnittswert von 0,82 ‰. Im Oberlauf beträgt der Paläogradient 1,28 ‰, im Mittel- und Unterlauf 0,71 ‰ beziehungsweise 0,46 ‰. Diese Gradienten wurden in ein digitales Geländemodell (DGM) der heutigen Landschaft importiert und dienten dort als Funktion bei der Anhebung benachbarter Datenpunkte auf das Niveau des danubischen Talbodens. Daraus entwickelten wir ein hochgenaues DGM des Tales der danubischen Lein. Die Differenz zwischen dem Modell des danubischen Leintals und seiner rheinischen Entsprechung ist das Volumen des ausgetragenen Materials seit der Flussanzapfung . Im vorliegenden Fall beträgt es 1,4 km3. 700 bis 600 ka rheinische Abtragung ergeben Langzeit-Erosionsraten zwischen 63 bzw. 74 mm/ka. Diese Werte liegen über dem Durchschnitt heutiger Flüsse in Südwestdeutschland. In ihnen äußert sich der Einfluss starker und häufiger Temperaturschwankungen im Mittelund Spätpleistozän, vor allem während der Kaltzeiten und am Übergang von Kalt zu Warmzeiten. Die Nettowerte für die Kalt- und Übergangszeiten des Mittel und Spätpleistozäns betragen 66 bis 77 mm/ka; die Erosionsleistung in diesen Episoden war also dreimal höher als während des Holozäns oder in den beiden letzten Warmzeiten.

Abstract

Over the last 20 million years the scarplands of Southwestern Germany were shaped by three competing river systems: a South-draining ancient Pre-danubian network largely overtaken by the relatively young East-draining Danubian network, and the North-draining Rhenian network eventually invading large sectors of Southwest Germany using former drainage patterns as blueprints but reversing the direction of runoff. The qualitative aspects of changes in landforms are known in much detail but quantitative data are still scarce and mostly restricted to the Holocene. Here we present data on the volume of material extracted by Rhenish erosion and on erosion rates over timescales of nearly 1 Ma. Our study is based on a digital terrain model (DTM) developed for well-preserved relics of the ancient Danubian landscape in the area confined by the cities Aalen, Abtsgmünd, and Schorndorf. Morphometric parameters of the ancient Danubian Lein valley were determined using borehole data, literature, geological maps, and own field observations resulting in an average palaeogradient of 0.82 ‰ decreasing from 1.28 ‰ through 0.71 ‰ to 0.46 ‰ in the upper, middle, and lower courses, respectively. The gradient was imported as a 3D-breakline into the model where it controls the reinterpolation of surrounding data points. The result is a high-resolution DTM of the valley of the Danubian Lein.

Keywords

Pre-danubianRhenish erosionDanubian Lein valleygermany