• Geometrie, Chronologie und Dynamik der letzten pleistozänen Vergletscherung des Schwarzwaldes

     

     

  • Hintergrund

    Warum das Forschungsprojekt?

    Das Klima in Europa während der letzten Eiszeit

    Die Klimabedingungen in Mitteluropa werden kontrovers diskutiert. Trotz einer Vielzahl an wissenschaftlichen Untersuchungen ist noch nicht vollständig geklärt, inwieweit sich die damalige atmosphärische Zirkulation von der Heutigen unterschied. Aktuell wird das Klima in Mitteleuropa wesentlich durch die Zufuhr von feuchten Luftmassen vom Atlantischen Ozean geprägt. Es gilt als gesichert, dass die Westwindzone während des Höhepunkts der letzten Eiszeit deutlich weiter südlich lag. Wissenschaftliche Untersuchungen aus den Alpen legen den Schluss nahe, dass der letzte Vorstoß der Alpengletscher vor 25.000 Jahren sein Maximum erreichte und dieser maßgeblich durch die Zufuhr von feuchten Luftmassen aus dem Mittelmeergebiet ausgelöst wurde. Aufgrund von Föhneffekten dürfte nördlich der Alpen ein trockenes Klima geherrscht haben.

     

    Die genaue Rekonstruktion der atmosphärischen Zirkulation während der letzten Eiszeit ist für die aktuelle Debatte über die Auswirkungen des Klimawandels essentiell. Prognosen zum zukünftigen Umweltwandel setzen voraus, dass wir verstehen, wodurch vergangene Klima- und Umweltveränderungen hervorgerufen wurden, wie diese abgelaufen sind und wie groß die "natürliche" Variabilität ist. Da die Dynamik von Gletschern und Eiskappen zum großen Teil durch das Klima gesteuert werden, können Daten zur Ausdehnung von Eismassen dazu genutzt werden, um Gletschermodelle zu testen.

    Die Vergletscherung der Mittelgebirge Zentraleuropas

    Spuren der Vergletscherung belegen, dass neben den Alpen auch die höheren Mittelgebirge Zentraleuropas von Eiskappen und Gletschern bedeckt waren. Zu diesen Gebirgen zählen die Vogesen, der Schwarzwald, der Harz und der Bayerische Wald/Böhmerwald. Aufgrund ihrer kleinen Größe reagierten diese Eismassen sehr dynamisch auf Klimaveränderungen.

     

    Generell sind kleinere Eiskörper für die Untersuchung vergangener Klimaveränderungen deutlich interessanter als größere Gletscher, deren Entwicklung nur längerfristigen Trends folgt.

     

    Angesichts des trockenen Klimas in Mitteleuropa stellt sich die Frage, ob die Eiskappe im Südschwarzwald gleichzeitig mit den Alpengletschern ihr letztes Maximum erreichte. Oder lässt sich das letzte glaziale Maximum im Südschwarzwald mit dem letzten Maximum des Fennoskandinavischen Eisschilds korrelieren? Dieser erreichte seine Maximalausdehnung wenige tausend Jahre nach den Alpengletschern, als sich die Westwindzone wieder nach Norden verlagerte.

     

    Alternativ könnte das letzte Maximum im Schwarzwald auch in eine noch frühere Phase fallen, wie dies für die Westalpen diskutiert wird.

    Der Südschwarzwald während des letzten Vergletscherungsmaximums

    Es besteht Konsens darüber, dass der Südschwarzwald von einer etwa 1000 km2 großen Eiskappe bedeckt war (siehe Karte). Dies entspricht etwa der Fläche der Stadt Berlin. Die Ausdehnung der Eiskapppe war damit geringer als zum Höhepunkt der vorletzten Eiszeit. Vom Zentrum der Vergletscherung über der Gipfelregion des Feldbergs (1493 m ü. NHN) strömten Auslassgletscher die umliegenden Täler hinab.

     

    Während die Eiskappe über dem Gipfel des Feldbergs (1493 m ü. NHN) nur geringmächtig war, erreichten die Auslassgletscher Mächtigkeiten von über 400 Metern. Zahlreiche Pässe im Umkreis des Feldbergs wurden von Eis überströmt. Der Albgletscher war mit etwa 25 Kilometern der längste Gletscher im Südschwarzwald.

     

    Die Gipfelregionen des Belchens (1414 m a.s.l.) und des Köhlgartens (1224 m ü. NHN) waren von eigenständigen Eiskappen bedeckt, die durch Firnfelder mit der Eiskappe über dem Feldberg verbunden waren. Eine weitere Eiskappe bedeckte die Gipfelregion des Schauinslands (1284 m ü. NHN).

     

    Der Gletscherrückzug

    Zahlreicher Endmoränenwälle innerhalb des Maximalstands der letzten Vereisung belegen, dass der anschließende Eisrückzug durch Halte und Wiedervorstöße von Eisrändern unterbrochen wurde. Diese Ereignisse führten zur Ablagerung von Endmoränenwällen. Besonders gut erhalten sind diese im Menzenschwander Albtal oder am östlichen Ufer des Feldsees.

     

    Daten aus Sedimentkernen aus Mooren und Seen innerhalb von Endmoränenwällen aus der Phase des Gletscherrückzugs deuten darauf hin, dass der Gletscherrückzug bereits vor etwa 15.000 Jahren weitgehend abgeschlossen war. Es bleibt offen, ob es noch Gletscher im Südschwarzwald zur Zeit des Kälterückschlags vor etwa 12.900-11.700 Jahren gab.

    Geschichte der Eiszeitforschung im Südschwarzwald

    Bereits in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts berichtete Karl Schimper von Vergletscherungsspuren, die er im Südschwarzwald erkannte. In den folgenden Jahrzehnten wurden weitere Spuren der Vergletscherung, wie Endmoränenwälle, Rundhöcker und Kare beschrieben. Nach seiner Berufung an die Universität Freiburg veröffentlichte Gustav Steinmann (siehe Foto) im Jahre 1902 einen wegweisenden Aufsatz zur letzten Schwarzwaldvergletscherung. In seiner Karte des Feldberggebiets untergliederte Steinmann diese in drei Phasen. Trotz späterer Ergänzungen ist diese Untergliederung immer noch gültig.

     

    In der Zwischenkriegszeit erschienen weitere Arbeiten zur Vergletscherung des Südschwarzwaldes. In den 1960er Jahren erlebte die Erforschung der letzten Vergletscherung durch die Schüler von Max Pfannenstiel eine Blütezeit, in der zahlreiche Arbeiten an der Universität Freiburg entstanden. Ab Ende der 1980er Jahre erlosch das Interesse an der Schwarzwaldvergletscherung aber weitgehend. Seitdem erschienen Beschreibungen von glazialen Landformen zumeist in den Erläuterungen zu den geologischen Karten des Landesamts für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) in Freiburg. Die Kartierung von Vergletscherungsspuren durch das LRGB wurde vor mehreren Jahren schließlich eingestellt.

     

    Heute liegen mehrere Dutzend Untersuchungen zur Vergletscherung des Südschwarzwalds vor, die sich vorwiegend auf die Lage und Korrelation von glazialen Landformen konzentrieren. Teilweise wurden glaziale Landformen aus Sedimenten genauer sedimentologisch untersucht. Die einzigen Erkenntnisse zum zeitlichen Ablauf der letzten Vergletscherung basieren auf Daten von Sedimentkernen aus Seen und Mooren innerhalb von Endmoränenwällen im Seebachtal nordöstlich des Feldbergs. Diese Daten ermöglichen jedoch nur eine relativ grobe Einschätzung des zeitlichen Ablaufs der letzten Vergletscherung. Deshalb sollten diese vorsichtig interpretiert werden. Moderne Verfahren der Altersbestimmung von Endmoränenwällen, wie Oberflächenexpositionsdatierungen mit terrestrischen kosmogenen Nukliden, sind im Südschwarzwald bisher noch nicht eingesetzt worden.

     

     

  • Ziele

    Was wir erreichen wollen

    Forschungsfrage

    Das Ziel des Projekts besteht darin, die letzte Vergletscherung des Südschwarzwalds zu rekonstruieren. Dabei steht folgende Frage im Mittelpunkt:

     

    Wann erreichte die letzte Vergletscherung im Südschwarzwald ihr Maximum?

     

    Für die Beantwortung dieser Frage ist der Einsatz moderner Methoden der Altersbestimmung von Endmoränenwällen notwendig. Diese stellen den innovativen Kern des Projekts dar.

    Finanzierung

    Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Die Projektnummer lautet 426333515.

    Zeitplan

    Das Projekt begann im Juni 2019 und ist auf drei Jahre ausgelegt.

    Umgang mit Ergebnissen

    Die Publikation der Ergebnisse wird in internationalen begutachteten Fachzeitschriften (open access) erfolgen.
  • Methoden

    Unser "Werkzeugkoffer"

    Geomorphologische Kartierung

    Für das Projekt nutzen wir im Südschwarzwald erstmals hochauflösende Fernerkundungsdaten zur Erfassung von glazialen Landformen. Die räumliche Auflösung der Daten ist so hoch, dass selbst kleinräumige Strukturen im Gelände sichtbar sind. So können mögliche Endmoränenwälle oder andere glaziale Landformen bereits vor der Kartierung im Gelände ausfindig gemacht werden. Dies bringt eine große Zeitersparnis mit sich. Da die von uns verwendeten Fernerkundungsdaten keine Aussagen über die innere Struktur von Landformen ermöglichen (Sediment oder Anstehendes), werden mögliche glaziale Landformen im Feld gründlich untersucht.

    Sedimentologie

    Sedimentologische Untersuchungen basieren auf der Annahme, dass die Eigenschaften von Sedimenten Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen während der Entstehung der untersuchten Landformen ermöglicht. Zudem können die Transportgeschichte und die Herkunft der Sedimente rekonstruiert werden. So wird beispielsweise die Einregelung einer ausreichenden Zahl von länglichen Klasten in Sedimenten bestimmt, die an der Gletscherbasis abgelagert wurden. Damit kann die Fließrichtung ehemaliger Gletscher bestimmt werden. Deformationsstrukturen in Endmoränenwällen können als Hinweis darauf gewertet werden, dass ein Wiedervorstoß des Gletscherrands stattfand.

    Datierung mit terrestrischen kosmogenen Nukliden (TKN)

    Freiliegende Gesteinsoberflächen und oberflächennahe Bereiche von Gestein sind kosmischer Strahlung ausgesetzt. Die Reaktion mit den Mineralen im Gestein führt zur Bildung von Isotopen. So entsteht beispielsweise das radioaktive Isotop Beryllium-10 in quarzhaltigem Gestein. Da die Geschwindigkeit der Zunahme der Konzentration dieser Isotope bekannt ist, kann die Konzentration in Gestein ein Expositionsalter umgerechnet werden. Dies gibt Auskunft darüber seit wann eine Gesteinsoberfläche kosmischer Strahlung ausgesetzt ist. Die Datierungsmethode ermöglicht die Bestimmung des Alters von Blöcken auf Endmoränenwällen.

    Datierung mit optisch stimulierter Lumineszens (OSL)

    Der Kontakt von Sediment mit Sonnenlicht führt dazu, dass Signale in Mineralen gelöscht werden. Werden Sedimente jedoch überdeckt, nimmt dieses Signal durch den radioaktiven Zerfall von Elementen und die Einwirkung von kosmischer Strahlung wieder zu. Dieses Signal kann gemessen werden, indem Proben durch Licht im sichtbaren Bereich angeregt werden. Ist die Geschwindigkeit der Zunahme des Signals bekannt, kann daraus die Dauer der Überdeckung von Sedimenten hergeleitet werden. Im Südschwarzwald wollen wir die Methode zur Altersbestimmung von Endmoränenwällen nutzen.

    Gletscherrekonstruktion

    Die Mächtigkeit von nicht mehr existierenden Gletschern kann mithilfe von Daten von aktuellen Gletschern abgeschätzt werden. Zunächst erfolgt die Berechnung der Gletscherdicke an den vermuteten Hauptflusslinien des ehemaligen Gletschers. Im zweiten Schritt werden diese Punktdaten durch Höhenlinien mit der aktuellen Geländeoberfläche verbunden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Höhenlinien im Nähr- und Zehrgebiet des Gletschers konkav, beziehungsweise konvex gezeichnet werden (siehe Karte), wie es bei Gletschern üblicherweise der Fall ist. Da Endmoränen die Lage von Eisrändern widerspiegeln, dienen diese der Kontrolle der Ergebnisse.

     

    Im nächsten Schritt wird die Schneegrenze berechnet. Dabei handelt es sich dabei um die durchschnittliche Untergrenze des Nährgebiet eines Gletschers, ab der der winterliche Schnee während der Sommersaison nicht vollständig abtaut. Abgesehen von einigen Ausnahmen wird diese vorwiegend durch das Klima gesteuert. Ist der Zeitpunkt der Schneegrenze bekannt, können Aussagen über die damaligen Temperaturen und/oder Niederschläge getroffen werden.

  • Beteiligte

    Prof. Dr. Frank Preusser

    Universität Freiburg

     

    Konzeption des Projekts,

    OSL-Datierungen

     

     

     

    M.Sc. Felix Martin Hofmann

    Universität Freiburg

     

    Konzeption des Projekts,

    Geomorphologie,

    Sedimentologie,

    TKN-Datierungen,

    Gletscherrekonstruktion

  • Kooperationspartner

    Prof. Dr. Didier L.

    Bourlès

    Centre Européen de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement (CEREGE), Aix-en-Provence, Frankreich

     

    TKN-Datierungen

     

     

    Dr. Sven

    Lukas

    Universität Lund, Schweden

     

     

     

     

     

     

    Sedimentologie,

    Gletscher-

    rekonstruktion

    Dr. Irene

    Schimmelpfennig

    Centre Européen de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement (CEREGE), Aix-en-Provence, Frankreich

     

    TKN-Datierungen

     

     

    Dr. Natacha

    Gribenski

    Universität Bern,

    Schweiz

     

     

     

     

     

     

    OSL-Datierungen

     

     

    Laëtitia

    Léanni

    Centre Européen de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement (CEREGE), Aix-en-Provence, Frankreich

     

    TKN-Datierungen

     

     

  • Ergebnisse

    Begutachtete Artikel in Fachzeitschriften

     

    Hofmann, F. M., Rauscher, F., McCreary, W., Bischoff, J. P. & Preusser, F.: Revisiting Late Pleistocene glacier dynamics north-west of the Feldberg, southern Black Forest, Germany, E&G Quaternary Sci. J., 69, 61-87, https://doi.org/10.5194/egqsj-69-61-2020 , 2020

    Konferenzbeiträge

     

    Hofmann, F.M., Fülling, A. & Preusser, F.: Challenges in luminescence dating of the last glaciation maximum in the southern Black Forest, Germany, German Luminescence and Electron-Spin-Resonance Dating Meeting 2021 (DLED2021), Rehburg-Loccum, 29–31 October 2021 (Posterpräsentation).

     

    Hofmann, F.M., Schimmelpfennig, I., Preusser, F., Léanni, L. & ASTER Team (Georges Aumaître, Didier L. Bourlès, Karim Keddadouche): Late Pleistocene Deglaciation History of the Southern Black Forest, Germany: Insights from Geomorphological Mapping, 10Be Cosmic-ray Exposure Dating and Equilibrium Line Altitude Reconstructions, vDEUQUA, Online, 30 September – 1 October 2021, P25, https://doi.org/10.5281/zenodo.5526214 (Posterpräsentation).

     

    Hofmann, F.M., Fülling, A. & Preusser, F.: Challenges in luminescence dating of the last glaciation maximum in the southern Black Forest, Germany, 16th International Luminescence and Electron Spin Resonance Dating conference (LED2021), Online, 13–17 September 2021 (Posterpräsentation).

     

    Hofmann, F. M., Fülling, A. & Preusser, F.: Luminescence dating of the last glaciation maximum in the southern Black Forest, Germany: Preliminary results, European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2021, Vienna, 19 - 30 April, 2021,

     

    Hofmann, F. M., McCreary, W. & Preusser, F.: Was the last glaciation of the Black Forest (southern Germany) synchronous with the Alpine glaciation? European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2020, Vienna, 4 - 8 May 2020, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-136 (Posterpräsentation).

     

     

    Studentische Abschlussarbeiten

     

    Berger, A.: Rekonstruktion der letzten Vergletscherung im Haslachtal, Urseetal und Raitenbucher Tal, Bachelorarbeit, Institut für Erd- und Umweltnaturwissenschaften, Universität Freiburg, 52 S., 2020.

     

    Rauscher, F.: Vergletscherungsspuren um den Schauinsland, Bachelorarbeit, Institut für Erd- und Umweltnaturwissenschaften, Universität Freiburg, 47 S., 2019.

     

    Bischoff, J.-P.: Vergletscherungsspuren im Zastlertal (Scharzwald), Bachelorarbeit, Institut für Erd- und Umweltnaturwissenschaften, Universität Freiburg, 67 S., 2019.

     

  • Blog

    Neuigkeiten zum Projekt

    Am 1. März 2021 verstarb unser Projektpartner Didier Bourlès. Sein Tod bedeutet einen großen Verlust für Wissenschaftler in den Geowissenschaften. Aufgrund einer ergebnisreichen Zusammenarbeit während des Masterarbeitsprojekts von Felix Martin Hofmann hätten wir gerne weiter mit ihm...
  • Impressum

    Angaben gemäß § 5 TMG

     

    Professur für Sedimentologie und Quartärforschung

    Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften
    Albertstr. 23b
    79104 Freiburg

     

    vertreten durch: Prof. Dr. Frank Preusser

    Kontakt

     
    Felix Martin Hofmann
    +49 (0)761 203 6502
    felix.martin.hofmann(at)geologie.uni-freiburg.de

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    Hinweis zum Urheberrecht: Der Hintergrund der Karte zur maximalen Ausdehnung der Eiskappe des Südschwarzwaldes wurde aus Daten der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM; Version 4) erstellt: Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2008, Hole-filled seamless SRTM data V4, International Centre for Tropical Agriculture (CIAT), abrufbar unter http://srtm.csi.cgiar.org.

     

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