Wenn wir uns die Wettervorhersagen ansehen, wird es während der Straßenrennen in Zürich 2024 nicht arktisch sein. Allerdings waren die Eiszeiten entscheidend für die Gestaltung unseres Parcours. Noch vor kurzem war die Rennstrecke, geologisch gesehen, von Hunderten von Metern Eis bedeckt. Die vorrückenden Gletscher und Schmelzwasserflüsse haben diese Strecke zu dem gemacht, was sie ist: ein anspruchsvolles Rennen mit 2400 Höhenmetern für die Elite-Frauen und nicht weniger als 4500 Höhenmetern für die Männer. Gemeinsam mit dem Departement für Erd- und Planetenwissenschaften der ETH Zürich haben wir uns die Geologie der WM-Strecken angeschaut.
Eiszeit
Die Region Winterthur-Zürich liegt im Vorland des Alpengebirges. Während des sogenannten Quartärs, das vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann, erlebte diese Region mindestens 15 bedeutende, ziemlich dramatische Umweltveränderungen. Das Klima schwankte erheblich zwischen warmen Phasen mit jährlichen Durchschnittstemperaturen, die etwa 2 °C wärmer waren als heute in der Schweiz, und sehr kalten Vereisungsphasen. In diesen Perioden waren die Temperaturen 16 °C niedriger als heute. Während dieser Vergletscherungen waren die Alpen mit Eis bedeckt. Große Talgletscher flossen von dieser alpinen Eiskappe talwärts und erreichten das Vorland auf beiden Seiten der Alpen. Sie bildeten ausgedehnte sogenannte Vorgebirgsgletscher, wie Sie in diesem Video sehen können.
Von kalt zu heiß und zurück
Obwohl das Quartär auf der geologischen Zeitskala recht kurz war, hatte es einen enormen Einfluss auf die Morphologie der Landoberfläche. Während der Vergletscherung haben die talwärts kriechenden Gletscher zusammen mit etwas Kies, Sand und Wasser unter dem Eis tiefe, ausgeprägte U-förmige Täler in das Alpengebirge erodiert. Im Vorland auf der Nordseite der Alpen sind relativ weiche Sedimentgesteine wie Sandsteine die vorherrschende Gesteinsart. Die Vorgebirgsgletscher haben Täler mehr als 500 Meter tief in das Grundgestein gegraben. Der Grund dieser übermäßig vertieften Täler war so tief, dass er sogar unter dem Meeresspiegel liegt.
Die glaziale Erosion hat nicht nur diese Täler geschaffen, sondern durch die Ablagerung von Sedimenten auch weitere Merkmale, die wir heute in der Landschaft sehen, wie Moränen und Drumlins. Diese sind viel kleiner als die Täler, aber entlang der Strecke sehr gut sichtbar. Wir beleuchten sie später, untersuchen aber zunächst ihre Ursprünge.
Wasser formt das Land
Waren die glazialen Eismassen allein “schuld” an der Erosion und Ablagerung von Sedimenten? Nein. Während des Übergangs von kalten Glazialen zu warmen Interglazialen war nicht das Eis, sondern große Mengen Schmelzwasser hauptverantwortlich für oberflächengestaltende Prozesse. Als die Gletscher schmolzen und sich zurückzogen, konnten die Schmelzwasserströme große Mengen an Wasser enthalten. Sie erodierten und schnitten Kanäle und Täler in das Grundgestein.
Während der warmen Phasen zwischen den Eiszeiten wurden große Mengen an Gesteinsschutt, der sich entlang der Gletscher von den Alpen bis ins Vorland angesammelt hatte, von den Flüssen flussabwärts transportiert. Sie landeten in den Tälern des Vorlandes. Auch das hat Thomas in seinem Blog für die Zeitreisen erklärt. Heute stellen diese Kies- und Sandvorkommen den bei weitem am meisten geförderten Baurohstoff der Schweiz dar. Sie werden hauptsächlich als Zuschlagstoffe für die Herstellung von Beton verwendet. Die Kiesaufschüttungen der Gletschertäler bilden auch den wichtigsten Grundwasserspeicher im Alpenvorland.
Ice, ice baby
Die meisten geomorphologischen Spuren der älteren oder weniger ausgedehnten Vergletscherungen sind durch die nachfolgenden Gletschervorstöße zerstört (erodiert) worden. Die Landformen, die wir heute sehen können, sind hauptsächlich das Produkt des jüngsten glazialen Maximums (LGM) vor etwa 24’000 Jahren. Das ist geologisch gesehen so, als wäre es gestern passiert.
Die Hügel, Seen und Täler unserer heutigen Landschaft im Alpenvorland stammen aus den jüngsten Eiszeiten. Einige Beispiele sind Schmelzwasserkanäle, Moränen, Drumlins und Täler, von denen wir später in diesem Blog einige Beispiele zeigen. Das ist der sichtbare Beweis dafür, dass Eis das Land bedeckte. Sie haben einfach ihre Spuren hinterlassen, die wir sehen und über die wir fahren können. Aber wie können wir beweisen, dass die Gletscher einst das Vorland erreichten, über das wir rasen, wie wir im Video gezeigt haben? Es ist an der Zeit, sich die kleinen Dinge anzuschauen. Wir vergleichen die Formen der Erosionsmerkmale oder Ablagerungen. Wie sehen sie aus? Wir betrachten auch die Materialzusammensetzung der Sedimente mit den Merkmalen, die heute in vergletscherten Gebieten auftreten. Woraus sind sie gemacht?
Was wir nicht sehen können, sind die übermäßig vertieften Täler, die manchmal sogar unter dem Meeresspiegel lagen. Sie sind mit Erosionsprodukten wie Gesteinstrümmern, Kies oder Sand gefüllt. Wie Thomas erklärte, wurden sie von Gletschern und dann von Flüssen flussabwärts ins Vorland transportiert. Sie füllten die Täler auf, die während der vorangegangenen Eiszeit in das Grundgestein gegraben wurden. Stellen Sie sich vor, dass wir ohne Erosion noch steilere Anstiege hätten.
Landformen
Es ist an der Zeit, einen Blick auf einige der erkennbaren Orientierungspunkte entlang der Rennstrecke zu werfen. Die rote Linie ist das Straßenrennen der Männer. Die Frauen fahren die Zürich-Schleife und eine Schleife um den Greifensee. Die Punkte 1, 2 und 3 gelten nur für das Eliterennen der Männer. Die Punkte 4 bis 8 gelten sowohl für das Eliterennen der Männer als auch für das Eliterennen der Frauen.
1. Drumlins
Wir finden sie nur auf dem Männerkurs, auf der Winterthurer Schleife – siehe Karte unten. Drumlin ist ein irischer Begriff für “kleiner Bergrücken”. Diese Bergrücken sind langgestreckte, ovale Hügel, die oft in Gruppen vorkommen. Die Drumlins im Norden von Winterthur und im Gebiet des Glatttals sind etwa 500 Meter lang, 100 Meter breit und 20-25 Meter hoch.
Die Längsachse der Drumlins zeigt die Richtung an, in der sich der Gletscher bewegte. Diese Hügel haben oft ein steileres Gesicht entgegen der Fließrichtung des Eises. Drumlins sind wahrscheinlich durch die Interaktion des Eises mit den darunter liegenden unverfestigten Grundmoränensedimenten entstanden. Die Glaziologen diskutieren jedoch immer noch über ihre genaue Entstehung.
2. Der Irchelberg – ein Nuntak oder ein Tafelberg?
Am nordwestlichen Rand der Winterthurer Schleife des Männerrennens finden wir unsere nächste Besonderheit. Der Irchel – Nummer 2 auf der Karte unten – hat eine signifikante Morphologie mit einer flachen, sehr leicht nach Nordwesten abfallenden Spitze auf 670-695 Metern über dem Meeresspiegel. Er hat auf allen Seiten steile Flanken. Daher ragt er etwa 250-300 Meter aus dem Gelände heraus. Von seiner Form her sieht er aus wie ein Tafelberg. Aber der Ursprung des Irchel ist vielfältig.
Die flache Spitze markiert eine ehemalige Landfläche, an der sich nach einer der ersten Vergletscherungen im Quartär vor ca. 2 Millionen Jahren Schmelzwasserströme ablagerten. vor ca. 2 Millionen Jahren. Der Irchel ist berühmt für datierbare Säugetierfossilien, die in interglazialen Sedimenten auf der Hügelspitze gefunden wurden und einen wichtigen Altersnachweis für diese frühen Quartärvergletscherungen darstellen.
Die Eismassen späterer Vergletscherungen erreichten die Irchelspitze kaum, sondern erodierten die Umgebung, wie wir bereits erklärt haben. Das macht den Irchel zu einem Nunatak, einem Berg, der aus den Eismassen herausragt wie eine Insel in einem Meer aus Eis.
Wie langsam?
Da wir relativ viel über die lokalen Gletscher- und Flussablagerungen und -prozesse wissen, ist dieses Gebiet sehr wertvoll für die Abschätzung der Menge und Geschwindigkeit der Erosion. Wir nutzen diese Geschwindigkeit zum Beispiel für die Planung eines geologischen Tiefenlagers für Atommüll, über das Thomas geschrieben hat. Ein solches unterirdisches Endlager muss so tief gebaut werden, dass es bis zu 1 Million Jahre lang vor Erosion geschützt bleibt.
Wie können wir also Erosion messen? Mit dem relativen Einschnitt der Landoberfläche um ca. 370-450 Metern seit dem frühen Quartär können wir eine Rate für die Erosion durch Flüsse und Gletscher ableiten, die 0,14-0,22 mm pro Jahr beträgt. Dies ist ein wichtiges Maß für einen so langfristigen Prozess.
Es ist an der Zeit, sich einige weitere Merkmale entlang der Strecke anzusehen.
3. Tösstal – Kyburg
Die Straße steigt hier auf eineinhalb Kilometern 150 Meter an. Die durchschnittliche Steigung beträgt 10%. Der steile Hang wurde durch das Schmelzwasser des Flusses Töss geformt, das sich relativ schnell in das Gestein gegraben hat.
4. Glatttal
Wir finden die Ebene des (übertieften) Glatttals, wenn das Elitefeld der Männer Winterthur verlässt, um nach Süden zur Zürich-Schleife zu fahren. In diesem ca. fünf Kilometer breiten Tal befinden sich zwei Seen, der Greifensee und der Pfäffikersee. fünf Kilometer breiten Tal. Sie sind Überbleibsel größerer Schmelzwasserseen, die nach dem letzten Rückzug der Gletscher entstanden sind. Abgesehen von den berühmten Drumlins weiter flussaufwärts in der Gegend von Wetzikon weist die Taloberfläche wenig markante Landformen auf. Das Besondere liegt hier im Untergrund.
Wissenschaftler haben viele Bohrungen zu Forschungszwecken oder zur Erkundung der Geothermie durchgeführt. Sie konnten rekonstruieren, dass sich ein tiefes U-förmiges Tal in den Felsen darunter gegraben hat. Es ist jetzt mit nacheiszeitlichen Flusssedimenten gefüllt. Wenn solche erosionsbedingten Vertiefungen im Felsgestein unter das lokale Grundniveau (das Grundniveau der Entwässerung, d.h. mehr oder weniger das durchschnittliche Niveau der regionalen Felsoberfläche) reichen, nennen wir sie ein Tunneltal oder ein Übertiefungstal.
Stellenweise, wie im Fall des Bodensees, kann die Übertiefung im darunter liegenden Felsgestein bis unter den Meeresspiegel reichen. Übertiefungen sind in vielen ehemals vergletscherten Gebieten in einer Vielzahl von Gebirgsregionen und deren Vorland zu finden. Die Entstehungsprozesse sind immer noch ein Diskussionspunkt. Höchstwahrscheinlich spielen glaziale Abtragung in Kombination mit fluvialer Erosion, also kurz gesagt Eis und Schmelzwasser, eine Schlüsselrolle.
5. Küsnachter Tobel
Diese Senke ist Teil des oberen Küsnachter Tobels, entlang des Sees. Sie ist das Ergebnis der Erosion des Flusses in den Sandsteinfelsen. Die Gegend ist für den Küsnachter Bentonit bekannt. Dies ist ein seltenes, sehr feinkörniges, weiches Gestein, das aus vulkanischer Asche stammt. Es wurde vor 15 Millionen Jahren nach einem Vulkanausbruch im nahen Süddeutschland (Hegau-Vulkanfeld) abgelagert.
6. Zürichsee
Der Zürichsee ist einer der vielen periglazialen Seen in der Schweiz, die während der letzten Eiszeit vor etwa 14.000 Jahren entstanden sind. Der 140 Meter tiefe See befindet sich in einem eiszeitlich vertieften Tal. Er wurde von den Gletschern weitere 150 Meter in das Grundgestein erodiert.
7. Endmoräne in Zürich
Nach dem letzten glazialen Maximum begannen die Eismassen zu schmelzen und die Gletscher zogen sich in Richtung Alpen zurück. Dies geschah nicht in einem einzigen Prozess, sondern in mehreren Schmelz- und Rückzugsphasen. Warm, kalt, warm, kalt. Zwischen diesen Phasen kamen die Gletscher für einige Jahre zum Stillstand (Stillstandsphase). Während einer solchen Stillstandsphase, irgendwann zwischen 15’000 und 19’000 Jahren, bildete sich die Endmoräne von Zürich. Sie liegt heute in der Altstadt der Stadt. Das bekannteste Überbleibsel dieser Moräne ist der 20 Meter hohe Lindenhof-Hügel. Es gibt Spuren von Besiedlung aus mindestens 4’500 Jahren vor Christus (Jungsteinzeit). Er dokumentiert keltische und römische Aktivitäten.
Nach dem erneuten Abschmelzen des Eises wurde das Schmelzwasser von der Züricher Endmoräne gestaut und bildete den Zürichsee. Es konnte nirgendwo mehr hin. Die zahlreichen Bohrungen, die aufgrund von Bautätigkeiten in der Stadt durchgeführt wurden, dokumentieren eine Schicht mit sehr speziellen, chaotischen Sedimenten. Diese Sedimente deuten darauf hin, dass ein katastrophales Ereignis stattgefunden haben muss.
Untersuchungen von Seesedimenten haben gezeigt, dass es vor etwa 14’000 Jahren zu seeweiten Unterwasser-Schuttströmen kam, die vermutlich durch ein Erdbeben ausgelöst wurden. Dieses Erdbeben oder alternativ ein großer Felssturz in den See (der damals viel weiter flussaufwärts in Richtung Alpenrand reichte) löste eine riesige tsunami-ähnliche Welle aus, die lokal die Staumoräne zerstörte und zu diesem Ausbruch führte.
8. Zürichberg
Die Reiter klettern hier einen mehr als 12% steilen Moränenhang hinauf. Die glazialen Ablagerungen sind nur wenige Meter dünn. Der Hang wird eigentlich durch das Felsental definiert, das durch die Erosionen mehrerer Gletscherphasen entstanden ist.
Dieser Blog wurde automatisch aus dem Englischen übersetzt. Etwaige sprachliche Fehler sind nicht vom Autor zu verantworten.
