Original paper
Reliefgenerationen im unvergletscherten Polargebiet
[Relief generations in unglaciated polar regions]
Wirthmann, Alfred
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 20 Issue 4 (1976), p. 391 - 404
17 references
published: Dec 7, 1976
ArtNo. ESP022002004002, Price: 29.00 €
Kurzfassung
Das Konzept der Morphogenese durch aufeinander folgende Reliefgenerationen wird für das heute unvergletscherte Polargebiet kurz begründet und am Beispiel von SE-Spitzbergen erläutert. Reste einer älteren Fläche können über flach gefaltetes Eozän in W-Spitzbergen verfolgt werden und senken sich nach E. Eine jüngste tertiäre Altfläche wird durch das Vorland- und Barentsschelf-Niveau repräsentiert. Die tertiäre subaerische Flächenbildung wurde wahrscheinlich durch resistente Randschwellen zum Nordatlantik und zum Polarbecken hin begünstigt. Spätere Entstehung der Flächen durch Schelfeisabtragung oder Kryoplanation werden diskutiert, aber abgelehnt, da beide Mechanismen nur bei schon vorhandenem Flachrelief und/oder widerständiger Taloberkante als wirklich effektiv vorstellbar sind. Die maximale pleistozäne Vergletscherung hatte ihr Zentrum in der Barents-See. Sie formte vor allem durchgreifende Sunde und Trogtäler. Kleinere Trogtäler entstanden während frühglazialer Vereisungen der einzelnen Inseln. Bis 90 m hoch reichen isostatisch gehobene postglaziale Strand-Terrassen und Sedimente. Die qualitative und quantitative Analyse der rezenten morphologischen Prozesse ist vor allem möglich durch das Studium der tiefgreifenden Veränderungen der pleistozän-glazialen Reliefgeneration. Frostsprengung und Tieffrostkontraktion bereiten das Gestein auf, auch noch in den obersten Schichten des Dauerfrostbodens, wo sich eine „Eisrinde“ bildet. Da dies auch unter den winterlich trockenen Flußbetten geschieht, wird die Tiefenerosion während der kurzen sommerlichen Abflußspitzen ungeheuer erleichtert und beschleunigt. Fast alle Täler haben heute stufenlose Längsprofile. Sehr intensiv wurden auch die ehemaligen Trogtalhänge umgeformt und zurückverlegt. Vor einem tief und eng zerschnittenen Oberhang entwickelt sich ein einheitliches Kryopediment, das imstande ist, in voller Breite der raschen Tiefenerosion des Flusses zu folgen. Wichtig dafür ist die starke Schneeansammlung an der Hangoberkante und in den Hangkerben; so wird die kräftige Durchtränkung und Überspülung des Pediments gesichert. Gleichzeitig werden die Hochflächen nur wenig umgestaltet. Das liegt an der reliefbedingten geringen winterlichen Schneeakkumulation auf den Flächen selbst, an der perennierenden Schneefüllung initialer Rinnen, am Frostpflaster und am Austrocknen der Talkanten, die so zu einer Sperre für die Solifluktion werden.
Abstract
Morphogenesis by a succession of different relief generations is shortly explained for the recently not glaciated polar regions. At the example of SE Spitsbergen, this concept is further substantiated. Relicts of an older palaeosurface with a gradient towards E could be shown to extend over gently folded Eocene in W Spitsbergen. A last palaeosurface is represented in the forelands and the shelf of the Barents Sea. Their development by subaerial planation during the Tertiary might have been favoured by the presence of resistant and rising continental rims towards the North Atlantic and the Polar Basin. A later development of the surfaces by way of shelf ice or kryoplanation is discussed but rejected, since both cannot be imagined to be sufficiently effective without preexisting flat topography and/or resistant brink at the valley sides. Maximum pleistocene glaciation had its center in the Barents Sea. Sounds and transverse trough valleys have been carved by this inland ice. Glaciation of the individual islands during early glacial periods has resulted in the formation of a network of smaller troughs. Isostatic uplift of postglacial marine terraces and sediments has occurred up to 90 m. The qualitative and quantitative analysis of the recently active morphological processes are possible mainly by studying the profound transformation of the pleistocene glacial relief generation. The rocks are broken down to frost debris by freeze-thaw cycles and thermal contraction at very low temperatures, the latter taking place even in the uppermost strata of the permafrost where an horizon exceptionally rich in Taber-ice is being formed. This process is active also below the river beds which are dry in winter. Vertical erosion during the short run-off peaks in summer is vastly accelerated under these conditions. Nearly all valleys thus have acquired smooth longitudinal profiles. Transformation and retreat of the slopes of former trough valleys were also very pronounced. At the foot of a deeply and narrowly dissected upper slope, a uniform kryopediment has been developed which is keeping pace, as a whole, with the rapid vertical erosion of the main river. An important feature is the strong accumulation of snow below the shoulder of the slope and in the rills, providing ample melt water for solifluction and wash processes on the pediment. At the same time, the plateaus are only slightly transformed. This is due to the combination of various facts: little winter snow accumulates on the high plateaus, whereas initial forms of dissection are blocked by perennial snow. Frost pavements and the desiccation at the convex break of slope at the valley shoulders are additionally adverse to effective wash action and solifluction.
Résumé
Le concept d’une morphogenèse s’établissant par l’emboitement de reliefs successifs paraît récemment établi pour les régions polaires non affectées d’une glaciation récente, et la région du SE du Spitzberg est ici citée en exemple. Dans les régions ouest du Spitzberg, des restes d’une surface d’érosion ancienne qui descend vers l’est, s’étendent sur de l’Eocène légèrement ondulé. Une surface du Tertiaire le plus récent est représentée par le niveau de l’avant-pays, et la plate-forme de la mer de Barents. Le développement des surfaces d’aplanissement tertiaires était probablement favorisé par des bourrelets marginaux résistants du côté de l’Atlantique nord et de l’Océan glacial arctique. On discute de l’hypothèse d’une formation plus tardive des surfaces d’érosion, due à l’érosion par la glace ayant raboté la plate-forme continentale, ou encore par cryoplanation. Mais ces hypothèses sont rejetées, parce que ces deux processus ne sont imaginés comme vraiment effectifs que sur un relief déjà très aplani et/ou à l’endroit de têtes de vallée très résistantes. La glaciation maximale avait son centre dans la mer de Barents: elle a formé surtout de profonds sillons se développant par érosion remontante et des auges glaciaires. Des auges glaciaires plus petites se sont développées au début des phases glaciaires affectant chaque île. Des terrasses côtières et des sédiments post-glaciaires ont été soulevés par isostasie jusqu’à 90 m d’altitude. L’analyse qualitative et quantitative des processus morphologiques récents est avant tout possible par l’étude des changements importants subis par les reliefs glaciaires du pléistocène. Gélifraction et contraction par le gel en profondeur ameublisse la roche, même dans les couches les plus élevées du permafrost, où se forment des bourrelets de glace. Comme ce processus a aussi lieu sous les lits asséchés des fleuves en hiver, l’érosion verticale en est très facilitée et accélérée pendant les courtes périodes de crues d’été. C’est pourquoi presque toutes les vallées ont un profil longitudinal régularisé. Les anciennes auges glaciaires ont aussi été fortement recreusées et approfondies par érosion remontante. En dessous de hauts versants profondément et densément entaillés il s’est développé un cryopédiment unique qui a été capable de s’abaisser sur toute à largeur au fur et à mesure de l’importante érosion verticales des rivières. La forte accumulation de la neige à la tête des pédiments et dans les ravins joue un rôle important pour assurer la saturation en eau et l’écoulement en surface sur le pédiment. En même temps, les hauts plateaux n’ont été que peu modifiés. C’est la conséquence de la faible accumulation de neige hivernale sur les hautes surfaces aplanies et du remplissage persistant des rigoles initiales par la neige, du «pavement» constitué par le gel et de l’assèchement des crêtes dues au recoupement des versants, qui empêche la solifluxion de les modifier.
Keywords
polar regions • shelf • glaciation • slopes • solifluction • palaeosurface • kryopediment • Barents Sea • Spitsbergen