Geologie Deutschlands: Ein prozessorientierter Ansatz

255 Pages·2018·87.047 MB·German

by  Martin Meschede

Martin Meschede
Geologie
Deutschlands
Ein prozessorientierter Ansatz
2. Aufl age
Geologie Deutschlands
Martin Meschede
Geologie Deutschlands
Ein prozessorientierter Ansatz
2. Auflage
Martin Meschede
Universität Greifswald
Greifswald, Deutschland
ISBN 978-3-662-56421-9 ISBN 978-3-662-56422-6 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-56422-6
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Fotos und Grafiken: © Martin Meschede
Coverdesign: deblik, Berlin
Einbandabbildung: Der Scheibenberg südwestlich von Annaberg im Erzgebirge zeigt einen erkalteten Lavastrom aus dem
unteren Oligozän, der komplett aus vertikalen Basaltsäulen besteht. An diesen Basaltsäulen entzündete sich im 18. Jahrhundert
ein Streit zwischen Neptunisten und Plutonisten. Die Neptunisten, zu denen neben dem Begründer Abraham Gottlob Werner
(1749–1817) auch Johann Wolfgang von Goethe (1794–1832) gehörte, sahen alle Gesteine als nacheinander in einem durch die
Sintflut geschaffenen Ozean entstanden an. Der Scheibenberg lieferte ihnen durch die horizontale Auflagerung der Basalte auf
Sedimentgesteinen ein Hauptargument. © Martin Meschede
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
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V
Vorwort zur zweiten Auflage
Ein Lehrbuch stellt immer nur den aktuellen Stand
der Wissenschaft dar, Revisionen und Änderungen
sind daher unvermeidlich und werden auch zukünftig
den Inhalt des Buches verändern. Ein gutes Beispiel
für die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen
Modelle bietet die . Abb. 5.1 mit einem Querschnitt
durch den gesamten Erdkörper. Neue seismotomo-
graphische Untersuchungen haben zu neuen Erkennt-
nissen über den Aufbau des Erdmantels und Erdkerns
geführt, die in dieser veränderten Abbildung zum
Ausdruck kommen.
Eine ganze Reihe von Kollegen hat mich auf fehler-
hafte Darstellungen und typographische Irrtümer in
der ersten Auflage des Buches hingewiesen. Zualler-
erst und ganz besonders möchte ich mich bei Wolf-
gang Franke, Frankfurt a. M., bedanken, der sich sehr
ausführlich mit den Ausführungen zu den älteren Ein-
heiten (Paläozoikum und älter) beschäftigt hat. Er gab
mir zahlreiche Hinweise und konstruktive Vorschläge,
die ich in der vorliegenden zweiten Auflage größten-
teils berücksichtigt habe. Weiterhin möchte ich mich
bei Peter Suhr und Kurt Goth, beide vom Landesamt
für Umwelt und Geologie, Sachsen, Eckhard Groll,
Eberswalde, Gernold Zulauf, Frankfurt, Thorsten
Bickert, Bremen, sowie Wolfgang Frisch, Wien, für
Korrekturen und Klarstellungen im Text bedanken.
Wie schon im Vorwort der ersten Auflage geäußert,
bin ich für kritische Anmerkungen jederzeit offen und
freue mich über jeden Kommentar oder Anregung,
die zur Verbesserung des Buches beitragen können
(Email: [email protected]).
Martin Meschede
Greifswald, im November 2017
VII
Vorwort zur ersten Auflage
In den letzten 200 Jahren hat sich unser naturwissen- dazu anregen, dass wir noch mehr für die Erhaltung
schaftliches Weltbild mehrfach grundlegend geändert. geologisch bedeutender Stätten tun müssen. Die ent-
Einen nicht unerheblichen Anteil daran hat auch die stehenden Geoparks und Initiativen zur Erhaltung
Geologie und mit ihr die Erforschung der regionalen von geologischen Denkmälern sind unbedingt nötig
geologischen Zusammenhänge. Die ältesten geologi- und lassen mich hoffen, dass hier noch mehr getan
schen Karten auf deutschem Gebiet stammen schon werden wird. Der Geotopschutz ist genauso wichtig
aus dem 18. Jahrhundert und das 19. Jahrhundert wie der Biotopschutz und die geowissenschaftlichen
ist durch die systematische geologische Landesauf- Belange sollten auch eine Chance haben im Vorder-
nahme geprägt. Viele geowissenschaftliche Erkennt- grund zu stehen insbesondere wenn es darum geht,
nisse von weltweiter Bedeutung haben ihren Anfang in Steinbrüchen den Zugang zum aufgeschlossenen
auch in Deutschland genommen, denken wir z. B. an Gestein zu erhalten. Was nützt uns ein Geotop, in
den sogenannten Basaltstreit zwischen Neptunisten dem wir nichts mehr verändern dürfen? Die Gesteine
und Plutonisten im 18. Jahrhundert. Viele Genera- sollen offen zugänglich bleiben, dafür müssen sie aber
tionen von Geologen haben sich seit der Begrün- freigelegt werden dürfen.
dung der geologischen Wissenschaften in der Mitte
des 19. Jahrhunderts mit der geologischen Landes- Das Buch wendet sich an Studierende der Geowis-
aufnahme beschäftigt und damit die Grundlage für senschaften oder anderer naturwissenschaftlich ori-
die oft kontrovers diskutierten Interpretationen der entierter Studiengänge, aber auch an einen breiten,
Entstehungsgeschichte geliefert. Die Paläontologen naturwissenschaftlich interessierten Leserkreis. Es ist
haben dabei ihren Beitrag nicht nur zur Entstehungs- zwar aus einer Einführungsvorlesung zur regionalen
geschichte des Lebens sondern auch zur Altersein- Geologie von Deutschland und Mitteleuropa heraus
stufung der abgelagerten Sedimentgesteine geleistet. entstanden, es wird aber dennoch kein geologisches
Das heutige, moderne Verständnis der Geologie ist Spezialwissen vorausgesetzt. Um allen interessierten
ganz wesentlich von dem in den 1960er Jahren ent- Lesern das Verständnis der geologischen Zusammen-
wickelten Konzept der Plattentektonik geprägt, das hänge zu erleichtern, sind eine Vielzahl sogenannter
auf den Erkenntnissen von Alfred Wegener mit seiner Boxen in den Text eingefügt, in denen einzelne
richtungsweisenden Publikation aus dem Jahre 1912 Themen und Begriffe in kurzer, zusammenfassender
über die Verschiebung der Kontinente aufbaut. Es Form erläutert werden. Einige allgemeine und ein-
dauerte seine Zeit, bis die Theorie der Plattentektonik führende Kapitel zu den Themen Zeiträume, Gesteine,
allgemein akzeptiert wurde und ein Anliegen dieses Alter und Plattentektonik sind den regionalgeologisch
Buches ist, diese Theorie auch konsequent auf das ausgerichteten Kapiteln vorangestellt. Diese beginne
geologische Geschehen in Deutschland und Mittel- ich mit einer Betrachtung der Erdbebentätigkeiten in
europa anzuwenden. Deutschland im Kontext der großräumigen Platten-
tektonik. Alle weiteren Kapitel sind stratigraphisch
Angesichts der fundamentalen und heute allgemein geordnet, beginnend mit den Überlieferungen der
akzeptierten Erkenntnisse der Geowissenschaften ältesten Gesteine und Minerale, die in Deutschland
stimmt es einen Geologen allerdings immer wieder bisher gefunden wurden. Diese Art der Gliederung
traurig, wenn er mit ansehen muss, wie ehemals her- erschien mir am sinnvollsten, da sie die verschiede-
vorragende Aufschlüsse, seien es Steinbrüche, die nen aufeinanderfolgenden geologischen Ereignisse
zuwachsen und verfallen, Straßenanschnitte, die mit am besten in ein strukturelles Gesamtbild einordnet.
Mauern oder Beton versiegelt wurden, oder Berg- Nach einer ausführlichen Beschreibung der für die
werke, die heute nicht mehr zugänglich sind, für deutsche Geologie prägenden variszischen Gebirgs-
weitergehende Studien nicht mehr zur Verfügung bildung am Ende des Paläozoikums wird die Entwick-
stehen. Bei meinen Recherchen zu diesem Buch habe lung Deutschlands als Teil Mitteleuropas während des
ich mehrere Beispiele, darunter berühmte Aufschlüsse Mesozoikums erläutert. Die Entwicklung im Alpen-
der geologischen Forschungsgeschichte (z. B. Hagen- raum verlief z. T. etwas anders, sie ist aber für das Ver-
Vorhalle), kennen gelernt, die zwar in der Literatur ständnis der geologischen Entwicklung in Mitteleu-
umfangreich beschrieben werden, die aber mittler- ropa von fundamentaler Bedeutung. Deshalb wird die
weile so verfallen bzw. zugewachsen und z. T. auch Entwicklung des alpinen Raums unabhängig von den
verschlossen sind, dass man in ihnen nichts mehr Ländergrenzen in einem eigenen Kapitel besprochen.
erkennen kann. Vielleicht kann dieses Buch über Die känozoische Entwicklung in Deutschland und im
die Erweiterung des Verständnisses der allgemeinen Voralpengebiet mit ihren speziellen Beckenentwick-
geologischen Entwicklung in Deutschland ein wenig lungen und vulkanischen Ereignissen schließt sich an.
VIII Vorwort zur ersten Auflage
Den Asteroideneinschlägen im Nördlinger Ries und
Steinheimer Becken ist ein eigenes Kapitel gewidmet.
Die meisten Landschaften in Deutschland sind in
irgendeiner Form von den besonderen klimatischen
Bedingungen während der quartären Vereisungspha-
sen geprägt. Sowohl die im Quartär entstandenen Ab-
lagerungen als auch die Erosisonsformen im Umfeld
der Vereisungen werden im abschließenden Kapitel in
einer zusammenfassenden Übersicht behandelt.
Die in dieser ersten Auflage vorgestellten Modelle
stellen den momentanen Stand der Forschung dar.
Es ist möglich, ja sehr wahrscheinlich, dass die Vor-
stellungen nicht von allen geteilt werden, da es durch-
aus unterschiedliche Sichtweisen auf die plattentekto-
nische Entwicklung der verschiedenen Einheiten gibt.
Der größte Diskussionsbedarf besteht dabei sicherlich
bei der Interpretation der paläozoischen Entwicklung.
Je älter die tektonischen Struktureinheiten sind, desto
schwieriger wird ihre Einordnung in ein plattentekto-
nisches Gesamtbild. Und vielleicht hat sich auch der
eine oder andere fachliche Fehler für mich unbemerkt
eingeschlichen. Ich bin für kritische Anmerkungen
jederzeit offen und freue mich über jeden Kommen-
tar oder Anregung, die ich für eine spätere, vielleicht
einmal notwendige Überarbeitung verwenden kann
(E-Mail: [email protected]).
Martin Meschede
Greifswald, im August 2014
IX
Danksagung
Ein solches Buch ist ohne die Durchsicht durch be-
freundete Fachkollegen nicht zu bewältigen. Ich
möchte mich bei all den vielen Helfern für wertvolle
Hinweise, Anmerkungen und Ergänzungen im Text,
das Überlassen von Fotos, Hilfestellungen bei Zeich-
nungen und Gestaltungstipps bedanken.
Mein besonderer Dank geht an Horst Hann (Stutt-
gart), Helmut Weller, Jürgen Eidam † und Heiko Hü-
neke (alle Greifswald) für Hilfen zum Themenkom-
plex Paläozoikum und Älteres. Werner Stackebrandt
(Potsdam) korrigierte und ergänzte das Mesozoikum-
Kapitel mit wertvollen Tipps. Wolfgang Frisch (Wien)
und Hans-Jürgen Gawlick (Leoben) haben mit ihren
Korrekturen und Ergänzungen ganz wesentlich zum
Gelingen des Alpen-Kapitels beigetragen. Kurt Goth
(Dresden) half mir mit Kommentaren und Korrek-
turen im Tertiär-Kapitel und Horst Kämpf (Potsdam)
brachte seine Erfahrungen zu den Themen Erdbeben
und Vulkanismus ein. Schließlich geht mein Dank
an Henrik Rother (Greifswald) für seine Durch-
sicht und Korrektur des Kapitels zu den Eiszeiten, an
meinen Neffen Matthias Meschede (Paris) für seine
Anmerkungen zu den einführenden Kapiteln und an
Manfred Menning (Potsdam), der mir ganz wesent-
lich bei der Zusammenstellung der stratigraphischen
Tabellen und Bezeichnungen half. Meine inzwischen
ehemaligen Mitarbeiterinnen im Grafiklabor Heike
Sengpiehl und Dagmar Lau haben für viele Zeichnun-
gen die Grundlage mit dem oft mühsamen Digitali-
sieren der Vorlagen geschaffen. Für das Überlassen
von Fotos danke ich Stefan Meng (Greifswald) und
Claus Meschede (Aachen). Jörg Hartleib und André
Deutschm ann (Greifswald) halfen mir bei Satelliten-
bildern und digitalen Höhenmodellen. Und nicht
zuletzt geht mein Dank auch an meine Familie, bei
denen ich auf meinen Reisen quer durch Deutschland
Unterschlupf und Ansprache fand. Meiner Frau Anett
danke ich für ihr Verständnis für die vielen Stunden,
die ich mausklickend und tippend am Computer in
meinem Arbeitszimmer verbrachte.
XI
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ..............................................................................................1
2 Zeiten und Zeiträume in der Geologie ................................................................3
3 Gesteine – die Bücher der Geologie ...................................................................9
4 Das Alter der Gesteine .................................................................................19
5 Plattentektonik – die alles verbindende Theorie ...................................................25
6 Tektonische Großeinheiten Mitteleuropas ..........................................................33
7 Überblick über die plattentektonische Geschichte Mitteleuropas ................................37
8 Die dynamische Erde – Erdbeben in Deutschland ..................................................41
9 Frühe Zeugen der geologischen Entwicklung in Deutschland .....................................51
9.1 Das vorvariszische Grundgebirge ........................................................................52
9.2 Vorkommen von proterozoischen und altpaläozoischen Einheiten .......................................53
9.2.1 Harz ......................................................................................................53
9.2.2 Rheinisches Schiefergebirge ...............................................................................56
9.2.3 Lausitz ....................................................................................................56
9.2.4 Elbezone ..................................................................................................56
9.2.5 Erzgebirge ................................................................................................57
9.2.6 Schwarzburger Sattel, Vesser Zone .........................................................................57
9.2.7 Böhmisches Massiv ........................................................................................58
9.2.8 Schwarzwald ..............................................................................................59
10 Deutschland im späten Paläozoikum ................................................................61
10.1 Die variszische Gebirgsbildung ...........................................................................62
10.1.1 Rhenoherzynikum .........................................................................................64
10.1.2 Saxothuringikum ..........................................................................................65
10.1.3 Moldanubikum ............................................................................................66
10.2 Die zeitliche Entwicklung der Varisziden .................................................................67
10.2.1 Devon ....................................................................................................67
10.2.2 Karbon ...................................................................................................72
10.3 Die Varisziden in Deutschland ............................................................................78
10.3.1 Rhenoherzynikum .........................................................................................79
10.3.2 Nördliche Phyllitzone ......................................................................................89
10.3.3 Saxothuringikum ..........................................................................................89
10.3.4 Moldanubikum ............................................................................................96
11 Deutschland im Perm und Mesozoikum ............................................................103
11.1 Nach dem Ende der variszischen Gebirgsbildung ........................................................104
11.2 Perm ....................................................................................................104
11.2.1 Rotliegendes .............................................................................................104
11.2.2 Zechstein ................................................................................................118
11.3 Perm-Trias-Grenze .......................................................................................126
11.4 Trias .....................................................................................................128
11.4.1 Buntsandstein ............................................................................................130
11.4.2 Muschelkalk .............................................................................................134
11.4.3 Keuper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
11.5 Trias-Jura-Grenze .......................................................................................139
XII Inhaltsverzeichnis
11.6 Jura .....................................................................................................140
11.6.1 Unterer Jura ..............................................................................................141
11.6.2 Mittlerer Jura .............................................................................................144
11.6.3 Oberer Jura ..............................................................................................145
11.7 Kreide ...................................................................................................147
11.7.1 Untere Kreide ............................................................................................147
11.7.2 Obere Kreide .............................................................................................152
11.8 Kreide-Tertiär-Grenze ...................................................................................158
12 Die Entwicklung der Alpen ...........................................................................161
12.1 Übersicht über die tektonische Gliederung der Alpen ...................................................162
12.1.1 Helvetikum ..............................................................................................162
12.1.2 Penninikum ..............................................................................................162
12.1.3 Ost- und Südalpin ........................................................................................162
12.2 Entwicklung des alpinen Raumes während des Perms ...................................................163
12.3 Die Alpine Trias ..........................................................................................164
12.4 Der Alpine Jura ..........................................................................................165
12.5 Der Alpenraum in der Kreidezeit und im frühen Tertiär ..................................................167
12.6 Die tektonische Entwicklung der Alpen .................................................................169
13 Tertiäre Senken .......................................................................................175
13.1 Braunkohleablagerungen des Tertiärs ...................................................................177
13.2 Der Oberrheingraben ...................................................................................180
13.3 Das nordalpine Vorlandbecken – die Molasse ...........................................................186
14 Tertiärer und quartärer Vulkanismus ...............................................................193
14.1 Vulkanismus in der Eifel .................................................................................194
14.2 Westerwald, Siebengebirge, Vogelsberg, Rhön, Heldburger Gangschar ..................................200
14.3 Kleinere Schlote im Odenwald, Grube Messel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201
14.4 Kaiserstuhl ..............................................................................................202
14.5 Uracher Tuffschlote, Hegau ..............................................................................203
14.6 Egergrabengebiet, Fichtelgebirge, Vogtland, Lausitz ....................................................204
15 Asteroidenkrater. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
16 Deutschland im Eiszeitalter ..........................................................................213
16.1 Kaltzeiten und Warmzeiten ..............................................................................217
16.2 Ablagerungen und Erosionsformen der Kaltzeiten ......................................................223
16.3 Die Ostsee – ein Relikt der letzten Eiszeit ................................................................230
Serviceteil .............................................................................................235
Anhang ..................................................................................................236
Literaturverzeichnis ......................................................................................239
Stichwortverzeichnis .....................................................................................247