Spätkänozoische Reliefentwicklung der Schweizer Alpen

Abstract

Die Reliefstruktur der Schweizer Alpen ist das Resultat einer über Jahrmillionen andauernden Wechselwirkung zwischen tektonischen Hebungsprozessen und erosiven Oberflächenprozessen. Letztere werden maßgeblich durch das Klima, die lithologischen Materialeigenschaften sowie die morphometrischen Charakteristika des Reliefs beeinflußt. <br /> Eine Bilanzierung der Lithosphärenhebungsraten und der Erosionsraten deutet darauf hin, daß sich das Schweizer Alpenrelief seit ca. 5 Mio. Jahren im dynamischen Gleichgewicht befindet. Die Erosionsraten wurden über Apatit-Fission-Track-Thermochronologie bestimmt und spiegeln damit die langzeitige Abtragungsgeschichte des Gebirges wider. Die verwendeten Hebungsraten stellen zwar nur die rezente Lithosphärenkinematik dar, weisen jedoch ausgeprägte Korrelationen mit dem tektonischen Spannungsfeld und dynamischen Modellen der Lithosphäre auf, so daß eine Extrapolation in die geologische Vergangenheit vorgenommen werden kann. <br /> Multiple Regressionsanalysen zeigen, daß die morphometrischen Reliefparameter im randalpinen Bereich signifikante positive Korrelationen mit der Erosionsresistenz der Gesteinsformationen und der tektonischen Hebungsrate aufweisen, während das Relief der zentralalpinen Region lediglich durch die Erosionsresistenz kontrolliert wird. Dieser Zusammenhang wird dadurch erklärt, daß die Hänge in der Zentralregion infolge intensiver tektonischer Hebung und Taleintiefung bereits ihre gesteinsabhängigen maximalen Neigungswinkel erreicht haben. Die anhaltende Tiefenerosion führt daher zum mechanischen Versagen der Hänge. Nach diesem Modell befindet sich das Relief in einem stationären Zustand, in dem die endogene Materialzufuhr vollständig durch gravitativ bedingte Massenbewegungen an der Oberfläche kompensiert wird. Damit wird das Höhenwachstum der Schweizer Alpen durch die mechanischen Gesteinseigenschaften begrenzt.<br /> Korrelationen zwischen den Reliefparametern und der mittleren Schneegrenze des Quartärs liefern ein alternatives Erklärungsmodell für den dynamischen Gleichgewichtszustand der Schweizer Alpen. Danach wird die endogene Materialzufuhr oberhalb der Schneegrenze vollständig durch die sehr hohen Erosionsraten der glazialen Prozesse kompensiert, so daß die maximale Gebirgshöhe durch das langzeitige Höhenniveau der Schneegrenze bestimmt wird. <br /> Zur Prüfung der erstgenannten Hypothese wurden theoretische Modellrechnungen durchgeführt. Dazu wurde anhand eines physikalisch basierten Reliefentwicklungsmodells das fluviale Gleichgewichtsrelief der Schweizer Alpen modelliert. Die Modellresultate zeigen, daß die theoretischen Hangneigungen innerhalb der Zentralregion signifikant größer sind als die realen Hangneigungen. Dies bedeutet, daß die realen Neigungswinkel durch gesteinsabhängige Schwellwerte begrenzt werden, so daß die o.g. Hypothese des gravitativen Hangversagens quantitativ verifiziert werden konnte.

<strong>Late Cenozoic Landform Evolution of the Swiss Alps</strong><br /> The landform structure of the Swiss Alps is the result of an interaction between tectonic uplift processes and erosive surface processes persisting over a period of millions of years. The latter are primarily controlled by the climate, the material properties of the lithology and the morphometric characteristics of the landform.<br /> A balance of the uplift rates of the lithosphere and the erosion rates suggests that the Swiss Alps are in a dynamic equilibrium for about 5 million years. The erosion rates were determined by apatit-fission-track thermochronology, thus reflecting the long-term denudation history of the mountain range. Though the uplift rates merely constitute the recent kinematics of the lithosphere they show distinctive correlations with the tectonic stress field and dynamic models of the lithosphere, hence an extrapolation into the geologic past can be performed.<br /> Multiple regression analyses show that the morphometric landform parameters exhibit significantly positive correlations with the erosivity of the rock formations and the tectonic uplift rate in the marginal region of the Alps, while the landform in the central region is solely controlled by the erosivity. This relation is explained by the slopes in the central region having approached their rock-dependent maximum gradients due to pronounced tectonic uplift and river incision. Therefore ongoing river incision leads to mechanical failure of the slopes. According to this model the landform exhibits a steady state at which endogenetic material supply is completely compensated by gravitational mass movements at the surface. Consequently the height growth of the Swiss Alps is limited by the mechanical rock properties.<br /> Correlations between landform parameters and the mean Quartenary snowline provide an alternative model to explain the state of dynamic equilibrium in the Swiss Alps. In this regard endogenetic material supply is compensated completely by the very high erosion rates of the glacial processes above the snowline, therefore the maximum height of the mountain range is controlled by the long-term altitude level of the snowline.<br /> In order to test the former hypothesis theoretical model calculations were carried out. For this purpose the fluvial equilibrium landform of the Swiss Alps were modelled by a physically based landform evolution model. The model results show that the theoretically derived slopes within the central region are significanty higher than the real slopes. Thus it appears that real slope angles are limited by thresholds depending on the rock type; consequently, the above-mentioned hypothesis of gravitational slope failure could be verified quantitatively.