Als we naar de weersvoorspellingen kijken, zal het niet arctisch zijn tijdens de wegwedstrijden in Zürich 2024. IJstijden hebben echter een cruciale rol gespeeld bij het creëren van ons parcours. Nog maar kort geleden, geologisch gezien, was het parcours bedekt met honderden meters ijs. De oprukkende gletsjers en smeltwaterrivieren hebben dit parcours gemaakt tot wat het is: een uitdagende wedstrijd met 2400 hoogtemeters voor de elitevrouwen en maar liefst 4500 hoogtemeters voor de mannen. Samen met de afdeling Aard- en Planeetwetenschappen van de ETH, de universiteit in Zürich, kijken we naar de geologie van de wereldkampioenschappen.
IJstijd
De regio Winterthur-Zürich ligt in het voorland van het Alpengebergte. Tijdens het zogenaamde Kwartair, dat ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden begon, heeft deze regio minstens 15 belangrijke, tamelijk dramatische milieuveranderingen ondergaan. Het klimaat varieerde aanzienlijk van warme perioden, met gemiddelde jaartemperaturen die ongeveer 2 °C warmer waren dan tegenwoordig in Zwitserland, tot zeer koude glaciale perioden. In die perioden waren de temperaturen 16 °C lager dan tegenwoordig. Tijdens deze ijstijden waren de Alpen bedekt met ijs. Grote dalgletsjers stroomden vanaf deze alpiene ijskap naar beneden en bereikten het voorland aan weerszijden van de Alpen. Ze vormden uitgestrekte zogenaamde piëmontgletsjers zoals je in deze video kunt zien.
Van koud naar warm en weer terug
Hoewel het Quartair vrij kort was op de geologische tijdschaal, had het een enorme invloed op de morfologie van het landoppervlak. Tijdens de ijstijden erodeerden de naar beneden kruipende gletsjers, samen met wat grind, zand en water onder het ijs, diepe, kenmerkende U-vormige valleien in het Alpengebergte. In het voorland aan de noordkant van de Alpen is relatief zacht sedimentgesteente zoals zandsteen dominant. De piëmontgletsjers sleten dalen van meer dan 500 meter diep in het gesteente. De bodem van deze diepe dalen was zo diep dat hij zelfs onder zeeniveau ligt.
Door gletsjererosie zijn niet alleen deze valleien ontstaan, maar ook andere kenmerken die we vandaag de dag in het landschap zien, zoals morenen en drumlins. Allemaal door de afzetting van sediment. Deze zijn veel kleinschaliger dan de valleien, maar goed zichtbaar langs het parcours. We belichten ze later, maar onderzoeken eerst hun oorsprong.
Water vormt het land
Hadden alleen de gletsjerijsmassa’s ‘schuld’ aan alle erosie en afzetting van sedimenten? Nee. Tijdens de overgang van koude glaciale naar warme interglaciale perioden was niet het ijs, maar waren grote hoeveelheden smeltwater voornamelijk verantwoordelijk voor de vorming van het oppervlak. Terwijl gletsjers smolten en zich terugtrokken, konden smeltwaterstromen grote hoeveelheden water bevatten. Ze erodeerden en sleten geulen en valleien in het vast gesteente.
Tijdens warme perioden tussen de ijstijden werden grote hoeveelheden gesteente, dat zich langs de gletsjers van de Alpen naar het voorland ophoopte, door rivieren stroomafwaarts getransporteerd. Het kwam terecht in de valleien van het voorland. Thomas legde dit ook uit in de blog voor de tijdritten. Tegenwoordig vormen deze grind- en zandafzettingen verreweg de meest gewonnen bouwgrondstof van Zwitserland. Het wordt voornamelijk gebruikt als toeslagmateriaal voor de productie van beton. De grindaanvulling van de gletsjerdalen vormt ook de belangrijkste grondwateropslag in het Alpenvoorland.
Ice, ice baby
De meeste geomorfologische sporen van de oudere of minder uitgebreide gletsjers zijn vernietigd (geërodeerd) door latere glaciale bewegingen. De landvormen die we vandaag de dag kunnen zien, zijn voornamelijk het product van het Laatste (jongste) Glaciale Maximum (LGM) rond 24.000 jaar voor onze tijd. Dat is geologisch gezien alsof het gisteren is gebeurd.
De heuvels, meren en dalen van ons huidige landschap in het Alpenvoorland zijn afkomstig uit de recente ijstijden. Enkele voorbeelden zijn smeltwatergeulen, morenen, drumlins en valleien waarvan we later in deze blog enkele voorbeelden laten zien. Dat is het zichtbare bewijs dat ijs het land bedekte. Ze hebben hun sporen achtergelaten zodat wij ze kunnen zien en eroverheen kunnen rijden. Maar hoe kunnen we bewijzen dat gletsjers ooit het voorland bereikten waar we racen zoals we in de video lieten zien? Tijd om naar de kleine dingen te kijken. We vergelijken de vormen van de erosie-elementen of afzettingen. Hoe zien ze eruit? We kijken ook naar de materiaalsamenstelling van de sedimenten met kenmerken die vandaag de dag ontstaan in vergletsjerde gebieden. Waar zijn ze van gemaakt?
Wat we niet kunnen zien zijn de oververdiepte valleien, de valleien die soms zelfs onder zeeniveau lagen. Ze zijn gevuld met erosieproducten zoals rotspuin, grind of zand. Zoals Thomas uitlegde werden ze stroomafwaarts naar het voorland getransporteerd door gletsjers en vervolgens door rivieren. Ze vulden de valleien op die tijdens de vorige ijstijd in het gesteente waren uitgesleten. Stel je voor dat we zonder erosie nog steilere beklimmingen zouden hebben.
Bezienswaardigheden
Tijd om naar een aantal herkenbare punten langs het parcours te kijken. De rode lijn is de wegwedstrijd voor mannen. De vrouwen rijden de Zürichlus en een lus rond de Greifensee. Punten 1, 2 en 3 gelden alleen voor de elite mannenwedstrijd. Punten 4 tot en met 8 gelden voor zowel de elite mannen- als vrouwenwedstrijd.
1. Drumlins
We vinden deze alleen op het mannenparcours, op de Winterthurlus – zie de kaart hieronder. Drumlin is een Ierse term voor “kleine heuvelrug”. Deze richels zijn langwerpige, ovaalvormige heuvels die vaak in groepen voorkomen. De drumlins in het noorden van Winterthur en in het Glatt Valley gebied zijn ongeveer 500 meter lang, 100 meter breed en 20-25 meter hoog.
De lange as van de drumlins geeft de richting aan waarin de gletsjer bewoog. Deze heuvels hebben vaak een steilere zijde tegen de ijsstroomrichting in. Drumlins zijn waarschijnlijk ontstaan door de interactie van het ijs met de onderliggende ongeconsolideerde grondmorene sedimenten. Glaciologen discussiëren echter nog steeds over hun precieze oorsprong.
2. Irchelberg – een nuntak of een tafelberg?
Aan de noordwestelijke rand van de Winterthurlus van de mannenwedstrijd vinden we ons volgende kenmerk. De Irchel – nummer 2 op de kaart hieronder – heeft een significante morfologie met een vlakke, zeer licht naar het noordwesten aflopende top op 670-695 meter boven zeeniveau. Hij heeft steile flanken aan alle kanten. Daardoor steekt hij zo’n 250-300 meter boven het terrein uit. Door zijn vorm lijkt hij op een tafelberg. Maar de oorsprong van de Irchel is veelvoudig.
De vlakke top markeert een voormalig landoppervlak, waar glaciofluviale grindafzettingen plaatsvonden door smeltwaterstromen na een van de eerste ijstijden in het Quartair, ongeveer 2 miljoen jaar geleden. 2 miljoen jaar geleden. De Irchel is beroemd vanwege de dateerbare zoogdierfossielen die werden gevonden in interglaciale sedimenten op de heuveltop en die een belangrijk bewijs vormen voor de ouderdom van deze vroege Kwartaire gletsjers.
IJsmassa’s van latere gletsjers bereikten de top van de Irchel nauwelijks, maar erodeerden het omliggende gebied zoals we eerder uitlegden. Dit maakt de Irchel tot een nunatak, een berg die uitsteekt boven de ijsmassa’s als een eiland in een zee van ijs.
Hoe langzaam?
Doordat we relatief veel weten over de plaatselijke glaciale en fluviale afzettingen en processen, is dit gebied zeer waardevol voor het schatten van de hoeveelheid en de snelheid van erosie. We gebruiken die snelheid bijvoorbeeld voor de planning van een diepe geologische opslagplaats voor kernafval waar Thomas over schreef. Zo’n ondergrondse opslagplaats moet zo diep worden gebouwd dat hij tot 1 miljoen jaar beschermd blijft tegen erosie.
Dus hoe meten we erosie? Met de relatieve insnijding van het landoppervlak met ca. 370-450 meter sinds het begin van het Quartair, kunnen we een snelheid afleiden voor de erosie door rivieren en gletsjers van 0,14-0,22 mm per jaar. Dit is een belangrijke maat voor zo’n langdurig proces.
Tijd om nog een paar kenmerken langs het parcours te bekijken.
3. Tösstal – Kyburg
De weg stijgt hier 150 meter over anderhalve kilometer. De gemiddelde helling is 10%. De steile helling werd gevormd door het glaciale smeltwater van de rivier de Töss dat relatief snel erodeerde in het gesteente.
4. Glatt Valley
We vinden de vlakte van het (oververdiepte) Glattendal wanneer het elite-peloton van de mannen Winterthur verlaat om zuidwaarts te rijden naar de Zürichlus. We vinden twee meren, de Greifensee en de Pfäffikersee, in deze ca. vijf kilometer brede vallei. Het zijn overblijfselen van grotere smeltwatermeren die ontstonden na de laatste terugtrekking van de gletsjers. Naast de beroemde drumlins verder stroomopwaarts in het Wetzikon gebied, vertoont het daloppervlak weinig opvallende landvormen. Wat hier bijzonder is, ligt onder de grond.
Wetenschappers hebben veel boringen gedaan voor onderzoek of geothermisch onderzoek. Ze konden reconstrueren dat er een diepe U-vormige vallei in het onderliggende gesteente is uitgesleten. Het wordt nu opgevuld door fluviatiele sedimenten van na de ijstijd. Als dergelijke erosieve bedrock depressies onder het lokale basisniveau komen (drainage basisniveau, d.w.z. min of meer het gemiddelde niveau van het regionale bedrock oppervlak) noemen we ze een tunneldal of oververdiepte vallei.
Plaatselijk, zoals in het geval van het Bodenmeer, kan het overdiepte dal in het onderliggende gesteente tot onder zeeniveau reiken. Overdiepingen komen voor in veel voorheen vergletsjerde gebieden in bergachtige gebieden en hun uiterwaarden. De ontstaansprocessen zijn nog steeds een punt van discussie. Waarschijnlijk spelen glaciale afsnijdingen in combinatie met fluviatiele erosie, dus kortom ijs en smeltwater, een belangrijke rol.
5. Küsnachtal
Deze depressie maakt deel uit van de bovenste Küsnachtvallei, langs het meer. Het is het resultaat van erosie door de rivier in het zandsteengesteente. Het gebied staat bekend om de Küsnacht Bentoniet. Dit is een zeldzaam, zeer fijnkorrelig zacht gesteente afkomstig van vulkanische as. Het werd 15 miljoen jaar geleden afgezet na een vulkaanuitbarsting in het nabijgelegen Zuid-Duitsland (vulkaanveld Hegau).
6. Meer van Zürich
Het Meer van Zürich is een van de vele periglaciale meren in Zwitserland die gevormd zijn tijdens de laatste ijstijd, zo’n 14.000 jaar geleden. Het 140 meter diepe meer ligt in een door gletsjers uitgediepte vallei. Het werd door gletsjers nog eens 150 meter in het gesteente uitgesleten.
7. Eindmorene in Zürich
Na het Laatste Glaciale Maximum begonnen ijsmassa’s te smelten en trokken de gletsjers zich terug in de richting van de Alpen. Dit gebeurde niet in één enkel proces, maar in verschillende smelt- en terugtrekfasen. Warm, koud, warm, koud. Tussen deze fasen kwamen de gletsjers enkele jaren tot stilstand (stilstandfase). Tijdens zo’n stilstandfase, ergens tussen 15.000 en 19.000 jaar geleden, werd de eindmorene van Zürich gevormd. Tegenwoordig bevindt deze zich in de oude binnenstad van de stad. Het bekendste overblijfsel van deze stuwwal is de 20 meter hoge Lindenhof-heuvel. Er zijn sporen van bewoning uit ten minste 4.500 jaar voor Christus (neolithische periode). Het documenteert Keltische en Romeinse activiteiten.
Na het hernieuwde smelten van het ijs werd het smeltwater verdampt door de stuwwal van Zürich en vormde het Zürichmeer. Het kon nergens heen. De grote hoeveelheid boorgegevens als gevolg van bouwactiviteiten in de stad documenteren een laag met zeer bijzondere, chaotische sedimenten. Deze sedimenten geven aan dat er een catastrofale gebeurtenis moet hebben plaatsgevonden.
Onderzoek van sedimenten op de bodem van het meer heeft aangetoond dat er ongeveer 14.000 jaar geleden onder water puinstromen ontstonden die vermoedelijk het gevolg waren van een aardbeving. Die aardbeving, of anders een grote steenval in het meer (die toen veel hoger stroomopwaarts reikte naar de rand van de Alpen), veroorzaakte een enorme tsunami-achtige golf die plaatselijk de stuwwal vernietigde en tot deze uitbarsting leidde.
8. Zürichberg
De renners klimmen hier een meer dan 12% steile morenehelling op. De gletsjerafzettingen zijn slechts enkele meters dun. De helling wordt in feite gedefinieerd door het rotsdal dat het resultaat is van de erosies van meerdere gletsjerfasen.
Deze blog is automatisch vertaald vanuit het Engels. Eventuele taalfouten zijn niet van de auteur.
