Hohe Gebirgslandschaften mit geringem Relief

In zahlreichen Gebirgen treten Landschaften mit geringem Relief in großer Höhe auf. Diese topographische Eigenart zeigt sich am deutlichsten durch das Auftreten von Plateaubergen, kann aber durch einen Übergang von zunehmender zu abnehmender Hangneigung in mittleren Höhenlagen nachgewiesen werden. Diese Beobachtung führt schlussendlich zu zwei völlig gegensätzlichen Hypothesen: Die Hypothese der glazialen Umprägung (klimatisch bedingter Prozess) erklärt das topographische Muster mit kreissägenartiger Erosion der Gletscher oberhalb, und lokaler Übertiefung von Tälern unterhalb, der Gleichgewichtslinie der Gletscher während der Eiszeiten. Landschaften mit geringem Relief müssen demzufolge im ursprünglich vergletscherten Bereich des Gebirges oberhalb der Schneelinie des letzten Glazials auftreten und zeitgleich mit den Vereisungen gebildet worden sein. Der Grad der glazialen Überprägung müsste dann mit der Dauer der Eisbedeckung zunehmen. Die Hypothese der fluvialen Unreife (tektonisch bedingter Prozess) erklärt dasselbe topographische Muster durch ein rezentes Hebungsereignis. In diesem Modell sind die beiden gegensätzlichen Landschaftstypen dem vorangegangene sowie dem aktuellen tektonische Regime zuzuordnen. In diesem Szenario werden Landschaften mit geringem Relief zuerst gehoben und anschließend durch Flüsse eingeschnitten, sodass die Fläche dieser Landschaften mit der Zeit abnimmt. Um diese beiden gegensätzlichen Hypothesen zu testen schlagen wir eine Studie in den Ostalpen vor, wo ehemals vergletscherte und nicht vergletscherte Gebiete in direkter Nachbarschaft auftreten. Wir stellen drei spezifische Fragen, die wir in diesem Forschungsprojekt beantworten möchten. (1) Wo treten Landschaften mit geringem Relief und eingeschnittene Landschaften auf? (2) Wann und mit welchen Raten wurden Landschaften mit geringem Relief und eingeschnittene Landschaften gebildet? (3) Wie haben sich die beobachteten topographischen Muster über die Zeit entwickelt? Um unsere Ziele zu erreichen werden wir eine Reihe von Analysen in aneinander grenzenden Gebieten durchführen, wobei ein Gebiet während der Pleistozänen Vereisungen vergletschert war und das andere nicht. Die beiden Gebiete sind perfekt komplementär indem sie dasselbe lithologische und strukturelle Inventar aufweisen, aber eine völlig unterschiedliche Landschaftsprägung während der Eiszeiten erfahren haben. (1) Wir werden das regionale Muster von Landschaften mit geringem Relief und eingeschnittene Landschaften kartieren. (2) Wir werden das Alter von Höhlensedimenten durch Datierung mittels kosmogener Nuklide bestimmen, um Zeitpunkt und Raten der Reliefbildung zu berechnen. (3) Wir werden mit Hilfe von numerischen Modellen die zeitabhängige Entwicklung von Landschaften mit geringem Relief und eingeschnittene Landschaften für fluviale und glaziale Bedingungen berechnen. Indem wir die Ergebnisse dieser drei methodisch unabhängigen Arbeitspakte kombinieren, sind wir in der Lage die beiden gegensätzlichen Hypothesen zu testen, um schlussendlich den Einfluss klimatischer und tektonischer Veränderungen auf die Landschaftsentwicklung der Ostalpen zu bestimmen. Darüber werden wir Erkenntnisse, die wir in den Ostalpen gewonnen haben, auf Gebirge mittlerer Breite übertragen, womit das Projekt für das Verständnis der Reliefentwicklung in Gebirgen weitreichende Auswirkungen haben wird.

In vielen Gebirgen der Erde und so auch in den Ostalpen treten ausgedehnte Landschaften mit geringem Relief in mittlerer und großer Höhe auf. Im starken Gegensatz zur Standardvorstellung über die Topographieentwicklung in Gebirgen zeichnen sich diese Landschaften durch einen Übergang von zunehmender zu abnehmender Steilheit mit zunehmender Höhe aus. In der Vergangenheit wurde diese Eigenschaft der Landschaft entweder durch intensive glaziale Erosion im Gebirge während der Eiszeiten (Klimaänderung als antreibende Kraft) oder durch die rasche Hebung vormaliger Talböden in der jüngsten geologischen Vergangenheit (Änderung der Tektonik als antreibende Kraft) erklärt. Während beide Bildungsmechanismen qualitativ zu ähnlichen Landschaften mit geringem Relief führen, unterscheiden sich die räumliche Verteilung, das Alter bzw. die Raten der Bildung sowie die zeitliche Entwicklung dieser topographischen Besonderheiten. In einem internationalen Forscherteam wurden die beiden gegensätzlichen Hypothesen mit Gelände-, Labor- und numerischen Methoden getestet. (1) Im Gelände und mit digitalen Höhenmodellen wurde die räumliche Verteilung von Landschaften mit geringem Relief kartiert. (2) Das Bildungsalter Alter von Höhlen und der damit korrelierten Verebnungsflächen wurde mit kosmogenen Nukliden bestimmt, um Raten der großräumigen Hebung abzuleiten. (3) Sie Entwicklung von Landschaften entsprechend der beiden Hypothesen berechnet wurde mit Modellen berechnet und mit Gelände- und Laborergebnissen verglichen. Die Auswertung der großräumigen Kartierung zeigt, dass Flächen mit geringem Relief sowohl in Regionen auftreten, die im Pleistozän vergletschert waren, als auch in Regionen am Alpenostrand, die nie von glazialer Erosion betroffen waren. Die Auswertung dieser Kartierung ergab, dass weitläufige Verebnungsflächen in vergletscherten und unvergletscherten Gebieten auf die Hebung von Talsohlen zurückzuführen ist, die mit Höhlenniveaus korrelierbar sind. Aus der Datierung der Bildungsalter von über 40 Höhlen ergibt sich für die Ostalpen eine über die letzten 5 Mio. Jahre gemittelte Hebungsrate in der Größenordnung von 0,2 mm/Jahr. Es konnte somit gezeigt werden, dass die jüngste Hebung der Ostalpen etwa fünfmal so schnell erfolgte wie bisher angenommen. Modellrechnungen ergaben, dass glazial geprägte Landschaften unterhalb der Langzeit-Gleichgewichtslinie von Gletschern steiler sind als jene ohne glaziale Überprägung und dass in ehemals vergletscherten Bereichen eine ausgeprägte bimodale Verteilung in der Hangneigung auftritt, die auf die Bildung von breiten und flachen Talböden und sehr steilen Talflanken zurückzuführen ist. Die Alpenweit beobachtete relative Abnahme der Hangneigung in mittlerer Höhe ergibt sich aus einem steiler werden der tiefer gelegenen Landschaftsteile im Bereich der Gletscherhaupttäler. Hinweise auf die Bildung von großräumigen Verebnungsflächen durch die Entwicklung von Karen bei gleichzeitiger Zerstörung der Gipfeltopographie konnten wir nicht finden. Neben den projektspezifischen Ergebnissen wurde ein völlig neuer numerischer Ansatz zur Beschreibung glazialer Erosion weiterentwickelt, kalibriert und getestet. Durch die überragende Rechenperformance sind bisher undurchführbare Experimente möglich, die fluviale und glaziale Erosion, Sedimenttransport, orographischen Niederschlag und regionale Isostasie im Gebirgsmaßstab über Millionen Jahre beschreiben können, und fundamental neue Einblicke in die Entwicklung von Gebirgslandschaften ermöglichen.