HALLESCHES JAHRBUCH FÜR GEOWISSENSCHAFTEN Hallesches Jahrbuch Für Geowissenschaft Hallesches Jahrbuch

HALLESCHES JAHRBUCH FÜR GEOWISSENSCHAFTEN Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaft Hallesches Jahrbuch

32 33 Band 32/33 2011

HALLESCHES JAHRBUCH FÜR GEOWISSENSCHAFTEN

Herausgeber Institut für Geowissenschaften und Geographie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg G. BORG K. FRIEDRICH M. FRÜHAUF C. GLÄßER H. HEINISCH W. KÜHLING C. LEMPP H. PÖLLMANN K.-H. SCHMIDT W. THOMI P. WYCISK

Schriftleitung N. HAUSCHKE & R. LÄHNE

Band 32/33

Halle (Saale) 2011 Institut für Geowissenschaften und Geographie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Titelbild / Frontpage

Im Hintergrund rechts: Porträt von Johannes Walther aus dem Jahre 1900, Archiv der Geologisch-Paläontologischen Sammlungen der Martin-Luther-Universität. Im Vordergrund links: Durch Windschliff bizarr geformter Operculinenkalk. 3D-Scan. Größte Breite: 6,3 cm. Sammlung Johannes Walther in den Geologisch-Paläontologischen Sammlungen der Martin-Luther-Universität. Bildautoren: L. Schimpf / M. Seiffert.

Right side in the background: Portrait of Johannes Walther, photograph from 1900. Archive of the Geological and Palaeontological collections of Martin Luther University. Left side in the foreground: Operculina limestone that is formed bizarre by eolian corrasion. 3D scanning. Maximum width: 6.3 cm. Collection “Johannes Walther” in the Geological and Palaeontological collections of Martin Luther University. Photograph of 3D scanning and arrangement: L. Schimpf / M. Seiffert.

Anschrift von Herausgebern und Schriftleitung:

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Institut für Geowissenschaften und Geographie Von-Seckendorff-Platz 3/4 D-06120 Halle (Saale) Tel.: 0345/55 26 115 e-mail: [email protected]

Neue Schriftleitung ab Band 34 (2012): Th. Degen ([email protected]), D. Mert- mann ([email protected]) und St. Stöber ([email protected])

Druck: druck-zuck GmbH, Seebener Straße 4, 06114 Halle (Saale)

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Vorwort

Mit Band 32/33 des Halleschen Jahrbuchs für Geowissenschaften erscheint, diesmal als Doppel- band für die Jahre 2010 und 2011, wieder ein „regulärer“ Band, nachdem Band 31 des Halle- schen Jahrbuchs für Geowissenschaften als Tagungsband der 2009 in Halle (Saale) stattgefunde- nen 87. Tagung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft erschienen war. Das Hallesche Jahrbuch für Geowissenschaften wurde von Band 17 (1995) bis ein- schließlich Band 27 (2005) in den zwei getrennten Reihen A (Geographie und Geoökologie) und B (Geologie, Paläontologie, Mineralogie) herausgegeben, wobei Band 27 nur noch in der Reihe B erschienen ist. Die Reihe B flankierten 24 Beihefte, die in der Regel thematisch ausgerichtet waren. Reihe A und B wurden ab Band 28 zusammengeführt und bis Band 30 (2008) unter der Schriftleitung von Herrn Dr. F. Eigenfeld weitergeführt. Dr. Eigenfeld hat sich um das Hallesche Jahrbuch für Geowissenschaften in langjähriger gewissenhafter, mühevoller und erfolgreicher Arbeit große Verdienste erworben, wofür ihm sehr herzlich gedankt sei. Die im vorliegenden Band 32/33 zusammengefassten Beiträge lassen sich vier Themen- bereichen zuordnen. Eingeleitet wird der Band von einem wissenschaftshistorischen Aufsatz (Schwab et al.), in dem anlässlich des 150. Geburtstages von Johannes Walther eines bedeutenden Ordinarius der Martin-Luther-Universität gedacht wird, der als Begründer der Faziesregel den meisten Geowissenschaftlern auch heute noch ein Begriff ist. In einem eigenen Themen- komplex werden acht Beiträge zusammengefasst, in denen Ergebnisse eines Treffens des Ar- beitskreises Hydrologie präsentiert werden, das 2010 an der Martin-Luther-Universität in Halle (Saale) stattfand und von Herrn Dr. D. Morche koordiniert wurde. Zwei weitere Arbeiten runden den Themenbereich Hydrologie und Hydrogeologie ab. Im Beitrag von Gossel et al. geht es um die Auswertung von Grundwasserstandsdaten auf dem Weinberg-Campus der Martin-Luther- Universität, der auch das Institut für Geowissenschaften beherbergt. Eine Gliederung des Bun- deslandes Sachsen-Anhalt in hydrologische Regionen nehmen Hoffmann et al. in ihrem Beitrag vor. Ein dritter Themenbereich umfasst drei Arbeiten zu paläontologischen Themen. Brauck- mann & Gröning stellen mit Macroblepharum africanum clausthalense eine neue Unterart dieses zu den Proetidae gestellten Trilobiten-Taxons aus dem Devon des Oberharzes vor. Dass die bedeutenden Fossilfunde aus dem Eozän des Geiseltals nach wie vor zu wissenschaftlichen Untersuchungen Anlass geben können, zeigt der Beitrag von Hellmund, in dem „Zahntürkis“ an einem Mandibelfragment von Propalaeotherium isselanum nachgewiesen werden konnte. Über osteologische Untersuchungen am postcranialen Skelett von Propalaeochoerus pusillus, das aus einer miozänen Karstspaltenfüllung in Südwestdeutschland stammt, berichten Hellmund & Heizmann. Ein Artikel von Heider & Siemroth zum Themenbereich Mineralogie befasst sich mit Erzmineralisation im Kupferberggreisen des Ramberg-Plutons im Harz. Herausgeber und Schriftleitung bedanken sich bei allen Autoren für die eingereichten Beiträge und des Weiteren bei allen externen und internen Gutachtern, die die Manuskripte kritisch begutachtet haben. Dank gilt ferner Herrn Prof. Dr. I. Lerche, der sich in bewährter Weise den englischsprachigen Texten angenommen hat. IV

Preface

Volume 32/33 of "Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften" is published again as a regular annual volume, after having published Volume 31 as a proceedings volume on the occasion of the "Deutsche Mineralogische Gesellschaft" (German Mineralogical Society) 87th Conference, held in Halle (Saale) in 2009. "Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften" from 1995 until 2005 was published in the two series A (Geography and Geoecology) and B (Geology, Palaeontology, Mineralogy). Volume 27 was published only in series B. In addition to series B 24 supplement volumes were published, mostly with a thematical orientation. Since Volume 30 (2008) the former series A and B were fused to a single series under the former editor Dr. F. Eigenfeld, who had edited series B since 1995. Dr. Eigenfeld rendered outstanding services to "Hallesches Jahrbuch für Geowissen- schaften" during his long lasting, conscientious, successful work, for which sincere thanks are given. The papers that are combined in this volume are assigned to four subject areas. This volume opens with a paper on scientific history (Schwab et al.), dealing with Johannes Walther (1860- 1937) on the occasion of his 150th birthday. Walther was one of the most famous professors of Halle University. For most geoscientists today Walther is known as the founder of “Walther’s Law”. A special subject area summarizes eight papers that deal with topics presented at a workshop on hydrology which was held at Martin Luther University in Halle (Saale) in 2010. Coordi- nator of the workshop was Dr. D. Morche. A further two papers complete the subject area of hydrology and hydrogeology.The contribution of Gossel et al. focuses on groundwater level measurements at the Weinberg Campus, also Martin Luther University, in Heide-Süd area, where the Institute of Geosciences is situated. Hoffmann et al. present methods and results of a classification of Saxony-Anhalt in hydrological regions. A further three papers deal with palaeontological topics, the third subject area. The new subspecies of a trilobite, Macroblepharum africanum clausthalense, is described from the Wissenbach Shale (Devonian) of the Upper Harz Mountains in the paper by Brauckmann & Gröning. The contribution of Hellmund on “Zahntürkis” (Vivianite) from a mandible fragment of Propalaeotherium isselanum, which was found in the Upper middle coal (Upper middle Eocene) of the Geiseltal, demonstrates that the findings of this famous fossil site are still today of much importance for scientific studies. Com- paring osteological studies on the postcranial skeleton of Propalaeochoerus pusillus (Suoidea) from a fissure filling of Lower Miocene age are the focus of the Hellmund and Heizmann article. Mineralogy, the fourth subject area of this volume, is represented by an article of Heider and Simroth dealing with the occurrence of ore minerals found in the "Kupferberggreisen" at the northeastern margin of Ramberg pluton in the Harz Mountains. The publishers and the editors thank the authors for the submitted papers and the external and internal reviewers for critical reading of the manuscripts. We are indebted to Prof. Dr. I. Lerche, who corrected the English.

Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, VI + 207 S. Halle (Saale), Mai 2011

Inhaltsverzeichnis

Johannes Walther zum 150. Geburtstag

Schwab, M., Hauschke, N. & Hellmund, M. Johannes Walther (1860 – 1937), dem Begründer der Faziesregel und Ordinarius der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zum 150. Geburtstag...... 1-18

Beiträge zum Treffen des Arbeitskreises Hydrologie an der Martin-Luther- Universität Halle-Wittenberg in Halle (Saale) Koordinator: David Morche

Bartsch-Herzog, B. & Opp, Chr. Interaktive Umweltbildung am Beispiel eines Gewässerlehrpfades an der Ulster...... 19-32

Dammann, S., Meinel, T. & Beljaev, V. & Frühauf, M. Einfluss verschiedener Bodenbearbeitungsmethoden auf den Bodenwasserhaushalt in Trockengebieten...... 33-48

Grashey-Jansen, S. Simulation einer sensorgestützten Präzissionsbewässerung von Standorten im Südtiroler Obstanbau...... 49-56

Olmo Gil, E., Trappe, M. & Becht, M. Saisonale Variabilität des Einflusses von Karsttributären auf die hydrologische Entwick- lung der Altmühl (Bayern)...... 57-68

Trier, H. & Opp, Chr. Zustand, Leitbild, Defizite, Maßnahmenvorschläge und Probleme bei der Renaturierung des Oberflächenwasserkörpers (OWK) Wenkbach...... 69-82

Eitelmann, A. & Morche, D. Untersuchungen zu Totholzablagerungen und deren Einfluss auf die Gerinnemorphologie in einem Hochgebirgsbach...... 83-96

Chifflard, P., Köchling, M. & Didszun, J. & Zepp, H. Die flächenhafte Ausweisung von Bodenfeuchteregimes – Eine Methode im Rahmen des pre-processing für die Modellierung des Landschaftswasserhaushaltes...... 97-112

Fleischer, G. Hochwasser und Murgänge in kleinen alpinen Einzugsgebieten – Bedingungen, Ereignis- datenzusammentrag und menschliche »Ohnmacht«...... 113-128

Hydrologie und Hydrogeologie

Gossel, W., Lähne, R., Rienäcker, J., Krauss, G. & Wycisk, P. Auswertung von Grundwasserstandsdaten auf dem Weinberg-Campus der Martin- Luther-Universität Halle-Wittenberg...... 129-141

Hoffmann, T. G., Mehl, D. & Mühlner, Chr. Methoden und Ergebnis einer Gliederung des Landes Sachsen-Anhalt in hydrologische Regionen...... 143-158 VI

Paläontologie

Brauckmann, C. & Gröning, E. A well preserved specimen of the trilobite Macroblepharum africanum from the Wissenbach Shale (Devonian: Emsian/Eifelian transition) of the Upper Harz Mountains (Lower Saxony, Germany)...... 159-164

Hellmund, M. „Zahntürkis“ an einem Mandibelfragment von Propalaeotherium isselanum aus dem eozänen Geiseltal bei Halle (Saale), Deutschland...... 165-170

Hellmund, M. & Heizmann, E. P. J. Vergleichende osteologische Untersuchungen am postcranialen Skelett von Propalaeochoerus pusillus (Suoidea) aus der untermiozänen Karstspaltenfüllung Tomerdingen (SW-Deutschland)...... 171-190

Mineralogie

Heider, J. & Siemroth, J. Das Vorkommen von Erzmineralen im Kupferberggreisen am Nordostrand des Ramberges im Harz...... 191-198

Mitteilungen aus dem Institut

Veranstaltungen Hellmund, M. 75 Jahre Geiseltalmuseum an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg im Jahre 2009...... 199-204

Nachrufe Kaemmel, Th. Hans Jürgen Rösler, *14. Mai 1920 - †12. Januar 2009, in memoriam...... 205-206 Schmidt, K.-H. Günter Zinke, *8. Mai 1940 - † 27. Mai 2010, in memoriam...... 206-207

Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 1-18, 9 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

Johannes Walther (1860-1937), dem Begründer der Faziesregel und Ordinarius der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zum 150. Geburtstag

Max Schwab, Norbert Hauschke & Meinolf Hellmund*

Gewidmet der Johannes Walther-Biografin, Frau Dr. Ilse Seibold, Freiburg im Breisgau

Schwab, M., Hauschke, N. & Hellmund, M. (2011): Johannes Walther (1860-1937), dem Begründer der Faziesregel und Ordinarius der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zum 150. Geburtstag. [In honour of Johannes Walther (1860-1937), the founder of Walther’s Law and holder of the chair in Geology and Palaeontology at Martin Luther University Halle-Wittenberg on the occasion of his 150th birthday.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissen- schaften, 32/33: 1-18, Halle (Saale).

Kurzfassung: Johannes Walther (1860-1937) war nach seiner Berufung an die Universität Halle (Saale) von 1906- 1914 zunächst Direktor des Mineralogischen Instituts und ordentlicher Professor für Mineralogie. Von 1914-1928 hatte er dann den Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie inne und war gleichzeitig Direktor des Geologisch- Paläontologischen Instituts. Von 1924-1931 war Walther Präsident der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina in Halle (Saale). Zahlreiche seiner wissenschaftlichen Erkenntnisse zählen heute zum Allgemeingut der geologischen Wissenschaften. Ein herausragendes Beispiel ist das Gesetz von der Korrelation der Fazies (Walther- sche Faziesregel).

Abstract: After being appointed at the University of Halle (Saale), Johannes Walther (1860-1937) became the Director of the Mineralogical Institute and a full professor for mineralogy from 1906 to1914. From 1914 to 1928 he held the Chair for Geology and Palaeontology and simultaneously was Director of the Institute of Geology and Palaeontology. From 1924 to 1931 Walther was President of the “Deutsche Akademie der Naturforscher Leopold- ina” in Halle (Saale). Today, numerous of Walther’s scientific results are generally accepted in geosciences. An outstanding example is Walther’s Law for the correlation of facies.

Schlüsselwörter: Wissenschaftsgeschichte, Gesetz von der Korrelation der Fazies (Walthersche Faziesregel), Riffe, Wüsten, Geiseltal, Ordinarius der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Geologisch-Paläontologisches Institut, Präsident der Leopoldina

Keywords: history of sciences, Walther’s Law, reefs, deserts, Geiseltal, Chair in Geology and Palaeontology at Martin Luther University Halle-Wittenberg, Institute for Geology and Palaeontology, President of the German Academy of Natural Scientists Leopoldina

*Anschriften der Autoren: Prof. Dr. Max Schwab ([email protected]), Talstr. 37c, D-06120 Halle (Saale); Dr. Norbert Hauschke ([email protected]), Institut für Geowissenschaften und Geographie, Mar- tin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 3, D-06110 Halle (Saale); Dr. Meinolf Hellmund ([email protected]), Zentralmagazin Naturwissenschaftlicher Sammlun- gen, Geiseltalmuseum, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Domstr. 5, D-06108 Halle (Saale). 2

1. Einführung Es ist eine gewisse Tragik im Leben von Jo- hannes Walther, dass seine wichtigsten und bis Johannes Walther (1860-1937; Abb. 1) gehört als heute gerühmten Forschungsergebnisse zwar die einer der führenden Forscherpersönlichkeiten in Grundlage für seine wissenschaftliche Karriere die klassische Periode der universitären Geologie bildeten, ihn aber erst mit 46 Jahren (1906) in ein in Deutschland und zu den bedeutenden Geowis- Ordinariat führten. Der Weg von Jena an die senschaftlern Thüringens mit internationaler Universität in Halle (Saale) erfolgte nach fast Ausstrahlung. Man kann ihn zu den Geowissen- zwanzigjährigem Forschen und Lehren seit seiner schaftlern zählen, die auf Forschungsreisen im Habilitation im Jahre 1886. Die Tatsache, dass 19. Jahrhundert dazu beitrugen, „weiße Flecken“ Walthers früher Konkurrent, Gustav Steinmann, auf der Erde zu tilgen. Walther bereiste alle seinen Ruf nach Halle als Sprungbrett von Frei- Kontinente, mit Ausnahme Südamerikas und der burg auf den Lehrstuhl an die Universität Bonn Antarktis. Er führte seine Reisen zu Zielen, die nutzte, ermöglichte es Walther im Herbst 1906, versprachen, zur Aufklärung bislang ungelöster die Universität Jena zu verlassen. Er erhielt nun geologischer Sachverhalte beizutragen und deren an der Martin-Luther-Universität Halle-Witten- Gesetzmäßigkeiten zu erkennen. berg die Zusage auf das Ordinariat für Mineralo- Die väterliche und lenkende Anteilnahme gie. Die gleichzeitige Bestallung zum Direktor Ernst Haeckels (1834-1919; siehe Walther 1953) des dortigen Mineralogischen Instituts nutzte er an Walthers Studien begründete dessen spätere umgehend für die Umwidmung in ein Geolo- Forschungen, die ihm posthum die Würdigung als gisch-Mineralogisches Institut. 1914 wechselte er Begründer der Biogeologie (Bülow 1962, Seibold auf das erstmals eingerichtete Ordinariat für 1992, Middleton 1973, Ginsburg et al. 1994) und Geologie und Paläontologie über. der modernen Sedimentforschung (Grabau 1913, Grumbt 1975, Friedman 1986, 1987) eintrugen. Walther studierte zunächst in Jena Zoologie bei 2. Johannes Walther in Jena und Ernst Haeckel und anschließend Geologie und sein Weg an die Universität Halle- Paläontologie in Leipzig und München. Noch während seiner Studienjahre begann er an der Wittenberg

Zoologischen Station in Neapel mit marin- Walther hatte vor der Berufung nach Halle (Saa- geologischen Untersuchungen, wobei Algenriffe le) zunächst die Position eines schlecht bezahlten sein besonderes Interesse fanden. Damit kristalli- Privatdozenten (1886-1890) und anschließend die sierten sich schon frühzeitig Riffe als bevorzugtes eines Titularprofessors (1890-1906) in Jena inne. Forschungsthema heraus. Bereits während seines Moralische, aber auch finanzielle Unterstützung ersten Neapel-Aufenthaltes 1883/84 unternahm erhielt er insbesondere von seinem engsten Walther Reisen nach Sizilien und Tunis. Tunis Freund, Carl Duisberg (1861-1935; siehe Abb. 2), nutzte er als Sprungbrett für einen Abstecher in die er lebenslang in Anspruch nehmen konnte. Im die nordafrikanischen Wüsten. Das flüchtige Übrigen musste er sich auf Privatmittel seines „Erlebnis Wüste“ wurde allerdings „für sein Vaters „zur selbstständigen Lebensführung“ empfängliches Gemüt zu einem Eindruck, der ihn stützen (Seibold 1992). Dem Einfluss Ernst nicht mehr loslassen sollte“ (Seibold 1992). Denn Haeckels hatte er es zu verdanken, dass er 1894 damit traten neben den Riffen die Wüsten der als Erster zu einer bezahlten a. o. Professur Gegenwart und Vergangenheit in den Fokus (1894-1906) aus dem Ernst-Haeckel-Vermächtnis seiner zukünftigen Forschungstätigkeit. Walthers kam. In die Jenaer Hochschullehrerzeit fielen Reisen wurden kürzlich im Rahmen einer Son- Reisen, die Walther im Rahmen Internationaler derausstellung der Martin-Luther-Universität Geologenkongresse in Washington (1891), in der Halle-Wittenberg anlässlich seines 150. Ge- Schweiz (1894) und in St. Petersburg (1897) burtstages thematisiert (Hauschke et al. 2010b). unternahm. Speziell die damit verbundenen Als ein Meilenstein in der Sedimentgeologie gilt ausgedehnten Exkursionen waren für seine For- das von Walther (1893/94) formulierte „Gesetz schungen von herausragender Bedeutung (Sei- von der Korrelation der Fazies“ (Walthersche bold 1992, Hauschke et al. 2010a, b). Walther Faziesregel), das besagt, dass verschiedene Litho- war jedoch, wann immer es ihm möglich war, fazies, die sich im Profil überlagern und damit auch auf Exkursionen in Europa unterwegs. So aufeinander folgende Zeitebenen repräsentieren, unternahm er unermüdlich geologische Wande- in einer Zeitebene nebeneinander zur Ablagerung rungen durch Deutschland. Die „freie“ Zeit in kommen. 3

Jena nutzte er zur Auswertung seiner frühen an der Martin-Luther-Universität Halle-Witten- Forschungsreisen und zur Publikation der Ergeb- berg hatte Gustav Steinmann (1856-1929), Frei- nisse. burg, an erster und Johannes Walther, zusammen mit Ernst von Koken (1860-1912), Tübingen, an zweiter Stelle auf die Berufungsliste gesetzt: „An zweiter Stelle und zwar pari loco schlägt die Fakultät zwei Gelehrte vor, die zwar nicht die Vielseitigkeit von Steinmann besitzen, aber ebenfalls jeder in seinem Gebiet Ausgezeichnetes geleistet haben, den a. o. Professor der Universi- tät Jena, Dr. Johannes Walther, und den o. Pro- fessor der Universität Tübingen, Ernst v. Koken“ (Seibold 1992: 105). In der Begründung der Philosophischen Fakul- tät heißt es: „Johannes W. (geb. 1860) ist in Deutschland der hervorragende Vertreter der dynamischen Geologie. Seine glänzenden Unter- suchungen über die Denudation in der Wüste, die Frucht ausgedehnter Forschungsreisen in Nord- afrika, Nordamerika und Vorderasien, haben eine Fülle von neuen Ergebnissen gezeitigt. Ebenso haben seine Beobachtungen über die Riffbauten bei Neapel, im Rothen Meer und bei Ceylon die Lehre von der Entstehung zoogener Gesteine erheblich gefördert. Daß er mit Stratigraphie und Feldgeologie wohl vertraut ist, hat er außer durch kleinere Arbeiten auch durch seine großen zusammenfassenden Werke dargeboten. Er wird als trefflicher Redner und anregender Lehrer sehr gerühmt. Für Halle würde er sich ganz besonders auch wegen seiner gründlichen Kennt- Abb. 1: Porträt von Johannes Walther; Foto aus dem nis der geologischen Verhältnisse des benachbar- Jahre 1900. ten Thüringens eignen“ (Seibold 1992: 105-106). Fig. 1: Portrait of Johannes Walther; photograph from Steinmann verhandelte in Berlin mehrfach, 1900. und es scheint, dass er Zeit gewinnen wollte, um statt des Rufes nach Halle, den von ihm ge- Nach dem Erscheinen der dreibändigen „Ein- wünschten Ruf nach Bonn zu erreichen. Als leitung der Geologie als historische Wissen- dieser Ruf dann ergangen war, schrieb Walther schaft“ (Walther 1893/94) veröffentlichte er in am 10. August 1906 an Duisberg: „Steinmann den zwölf Jahren als a. o. Professor 31 weitere war in Bonn nicht vorgeschlagen, wollte aber wissenschaftliche Bücher und Aufsätze, darunter dorthin, deshalb nahm er vorübergehend Halle „Klassiker“, wie „Das Gesetz der Wüstenbildung an“ (Seibold 1992: 107). in Gegenwart und Vorzeit“ (Walther 1900) sowie Am 18. Oktober 1906 teilte der Preußische die speziell für den Schulunterricht verfassten Minister für die geistlichen, Unterrichts- und Bücher „Geologische Heimatskunde von Thürin- Medizinalangelegenheiten Walther schließlich die gen“ (Walther 1902) und das Lehr- und Übungs- Ernennung zum o. Professor für Mineralogie in buch „Vorschule der Geologie“ (Walther 1905). Halle (Saale) und gleichzeitig seine Bestallung Die meisten dieser Werke erlebten mehrere als Direktor des Mineralogischen Instituts schrift- Neuauflagen. lich mit. Seine Erfolge in Jena, die nicht zuletzt Erst im Jahre 1906 gab es für Walther die darauf beruhten, die Geologischen Wissenschaf- Chance, Karl von Fritsch (1838-1906) auf den ten in die deutsche Öffentlichkeit und aufgrund Lehrstuhl in Halle (Saale) nachzufolgen. Am 18. seiner pädagogischen und rhetorischen Fähigkei- Februar teilte er Duisberg brieflich mit, dass er in ten auch in die Schulen zu tragen, schienen das Halle (Saale) für ein frei gewordenes Ordinariat preußische Erziehungsministerium hiervon über- vorgeschlagen sei. Die Philosophische Fakultät zeugt zu haben. 4

Abb. 2: Der enge Freundeskreis: Johannes Walther (rechts), Carl Duisberg (Mitte) und Carl Hauptmann (links): Foto um 1881 (aus Duisberg 1933). Fig. 2: The close circle of friends: Johannes Walther (right), Carl Duisberg (center), and Carl Hauptmann (left): photograph from about 1881 (from Duisberg 1933).

Karl von Fritsch hatte sich als tatkräftiger und von Fritsch resigniert in seinen Schlussworten mit privaten Finanzen gut ausgestatteter Wissen- anlässlich der 46. Versammlung der Deutschen schaftler und Organisator erwiesen, so dass Geologischen Gesellschaft in Halle: „So wird Walther Anlass fand, sich positiv über das Wir- wohl ein Jahrzehnt vergehen müssen, bis Halle ken seines Vorgängers in Halle zu äußern: „Sei- wieder an die Reihe kommen kann, vielleicht nem persönlichen Wirken (gemeint ist hier von sogar noch mehr. In jener Zeit wird hoffentlich Fritsch) allein ist es zu verdanken, daß sich das das mineralogische Institut unserer Universität einstige, »mineralogische Kabinett« zu einem und dessen Sammlungen noch weit mehr als jetzt Institut für Geologie, Paläontologie und Minera- der Aufmerksamkeit der Geologen würdig sein. logie entwickelte, an dem in der letzten Zeit Vielleicht sehen Sie, die Sie dann zurückkehren, sieben Mitarbeiter als Dozenten und Assistenten diese Sammlungen dann in einem neuen Gebäu- gleichzeitig tätig waren“ (zitiert nach Reichstein de, wo die wissenschaftlichen Schätze nicht so 1998: 136). wie jetzt in der alten »Residenz« durch Feuchtig- Zum Lehrkörper gehörten bei Walthers An- keit und Schimmel gefährdet sind, und wo auch kunft im Jahre 1906 der Mineraloge a. o. Prof. die Beleuchtungsverhältnisse noch besser sind als Otto Luedecke (prom. 1874, habil. 1878, apl. zur Zeit“ (von Fritsch 1901: 65; vgl. Abb. 4). Prof. 1894) und die Geologen Priv.-Doz. Dr. In Halle (Saale) angekommen, sollte Walther Ewald Wüst (prom. 1900, habil. 1903, Berufung sofort in das bereits begonnene Wintersemester nach Kiel 1910) und Dr. Hans Scupin (prom. in 1906/07 mit Vorlesungen einsteigen. Das bedeu- Berlin 1895, habil. Halle 1899, apl. Prof. 1908), tete für ihn, sich auf für ihn ungewohnte Vorle- sowie der Paläontologe Priv.-Doz. Dr. Dietrich v. sungsinhalte vor einer größeren und erwartungs- Schlechtendahl (Priv.-Doz. von 1884 bis 1916). vollen Hörerzahl einzustellen. Er musste auch Gegen Ende seiner Dienstzeit im Jahre 1901 ihm bislang nicht vertraute Aufgaben überneh- und nach erfolgter erster Modernisierung des men, wie die erneute Erweiterung und Reorgani- Institutes äußerte sich der inzwischen 63-jährige sation des Institutes und die Betreuung der Dok- 5 toranden, die von Fritsch hinterlassen hatte. Die damaligen Neubauviertel in der Nähe des Reil- Herrichtung des Institutsgebäudes musste begin- ecks gelegene Wohnung in der Reichardtstraße nen, Anträge für finanzielle Mittel, die für drin- 21 an. Später erfolgte der Umzug in eine eigene gende Renovierungsarbeiten und für die bauliche Villa im sog. Heimatstil, gelegen im heutigen Erweiterung des Institutsgebäudes notwendig Denkmalbereich »Kurviertel am Reilsberg«, waren, mussten gestellt werden. Es ging darum, Fasanenstr. 4 (J. W. PA 16629). Die Familie zeitgemäße Räumlichkeiten für den Unterricht, integrierte sich rasch in die gehobenen akademi- für Labore, die Sammlungen, die Bibliothek und schen Kreise der Universität, in denen Walther 23 ebenfalls Arbeitsräume für die Mitarbeiter zu Jahre lang als angesehener Ordinarius wirken schaffen. sollte. Am Ende seiner Laufbahn als Hochschul- lehrer lautete der Eintrag im Halleschen Adress- buch: „Walther, Johannes; Dr. med. h. c., Dr. sc. h. c., Dr. phil., em. Univ. Prof., Geh. Rat.“ Trotz seiner zahlreichen neuen Aufgaben in Halle (Saale) bereitete Walther im Sommer 1906 seinen geplanten dritten Aufenthalt in Neapel vor (siehe Kap. 3). Am 11. August 1906 stellte er beim zuständigen Ministerium einen Antrag auf die Überlassung eines Arbeitsplatzes in der dortigen Zoologischen Station für den Zeitraum von Oktober bis Dezember 1906. Darüber hinaus bat er um die Genehmigung, seine Vorlesungen den Herren Luedeke, Scupin und Wüst bis zum 1. Januar 1907 zu übertragen. Beide Anträge wurden durch die Fakultät und das Ministerium genehmigt (J. W. PA 16629). Der Minister bestä- tigte diese Anträge am 6. September 1906 mit den folgenden Worten: „… auf die Gesuche vom 17.- 20. Juli dieses Jahres (dem schriftlichen Antrag war vermutlich ein mündliches Gesuch vorange- gangen) will ich Ihnen einen der zu meiner Ver- fügung stehenden Arbeitstische in der Station des Geheimen Reg.-Rats Professor Dr. Dohrn zu Neapel für Monate Oktober, November, Decem- ber 1906 hiermit zur Benutzung überlassen. Herr Prof. Reg.-Rat Prof. Dr. Dohrn ist mit entsprechender Nachricht versehen.“ Dieser Vorgang ist datiert vor der am 18. Ok- Abb. 3: Titelbild von Johannes Walthers »Wüsten- tober 1906 durch den zuständigen preußischen klassiker« „Das Gesetz der Wüstenbildung in Gegen- Minister im Auftrag von Kaiser Wilhelm I. er- wart und Vorzeit“ in 2. neu bearbeiteter Auflage von folgten „Ernennung zum ordentlichen Professor 1912. Fig. 3: Book cover of Johannes Walther’s desert an der Philosophischen Fakultät der Universität classic “The law of desert formation – present and Halle-Wittenberg“. Mit dieser Ernennung waren past”, the 2nd edition 1912. der sofortige Antritt und die unmittelbare Einsen- dung des Verzeichnisses der für das Winterse- mester 1906/07 angekündigten Vorlesungen an Neben seinen Bemühungen um Verbesserung den Dekan verbunden. Offenbar hatte Walther im der personellen, finanziellen und strukturellen Ministerium einen sehr guten Stand, so dass Verhältnisse im Institut musste Walther auch an niemand an dessen Forschungsreise und die seine Familie denken. Seine Ehefrau Janna, Sohn Übertragung seiner Lehrverpflichtungen an die Hellmut (geb. 1900) und Tochter Sigrun (geb. drei Dozenten des Mineralogischen Instituts 1905) übersiedelten in zwei Etappen von Jena (Reichstein 1998, Schwab 2003) Anstoß nahm. nach Halle (Saale). Walther mietete nach dem Auch sein im Frühjahr 1910 erfolgter Arbeitsauf- Bezug eines Übergangsquartiers im Vorort Giebi- enthalt an der Station in Neapel wurde ihm auf chenstein (September - Oktober 1906) eine im diesem Wege genehmigt. Damit hatte Walther die 6

Möglichkeit, seine bereits 1883/84 begonnenen Nubien, die von Januar bis Ende April 1911 Untersuchungen an der Taubenbank zu Ende zu dauern sollte. Er schreibt dazu: „Nachdem ich führen (Walther 1910a). mehr als drei Jahre meine Kraft der Umgestal- Walther verwendete in der Zeit von 1907 bis tung des mir unterstellten Instituts und der Ein- 1909 viel Kraft auf die angestrebte Einführung richtung des darin zu leistenden akademischen der „Geologie“ in den Schulunterricht und entfal- Unterrichts gewidmet habe, fühle ich die Ver- tete außerdem noch eine rege Publikationstätig- pflichtung, wissenschaftliche Unternehmungen, keit. So konnte er in Halle (Saale) bald auf Erfol- die durch meine Berufung nach Halle unterbro- ge blicken, die in Jena ausgeblieben waren. Er chen waren, wieder aufzunehmen. In den letzten hielt bereits im Sommersemester 1907 vor 25 Osterferien konnte ich meine Arbeiten über die Hörern die Vorlesung zur „Erdgeschichte" und Sedimente der Taubenbank im Golf von Neapel betreute 40 Studenten im Anfängerpraktikum. Bei zum Abschluss bringen. Nun drängt es mich seiner ersten öffentlichen Vorlesung im Winter- meine früher so eifrig gepflegten Wüstenstudien semester 1907/08 erschienen im großen Hörsaal wieder aufzunehmen …“ (J. W. PA 16629). Die der Universität etwa 300 Personen. Vertretung seiner Vorlesungen während dieser Abwesenheit sollten, wie bereits früher geschehen, die Herren Luedecke und Scupin und die Institutsleitung der Bibliothekar von Schlechten- dahl übernehmen. Mit seiner zweiten Ägyptenreise 1911 verfolgte Walther das Ziel, zunächst die Beobachtungen in den Wüsten Oberägyptens und des Sudans fortzusetzen und dort auch Georg Schweinfurth zu treffen, der Walther „das nach ihm benannte »Walther-Tal« zeigen wolle. Danach vertiefe er die Korallenriffbeobachtungen am Roten Meer“ (J. W. PA 16629). Er erhielt wiederum die Zu- stimmung zu einer Forschungsreise, ohne dass sein Einkommen dadurch geschmälert wurde. Außerdem bekam er noch eine Reisebeihilfe von 1500 RM mit der Auflage, „die Ausbeute der Studienreise an Sammlungen pp dem Geologisch- Mineralogischen Institut als Eigentum zu über- weisen“ (J. W. PA 16629). Nach Vorlage eines Kostenvoranschlags für die Ägyptenreise vom 29.10.1910 von über 4000 RM für Eisenbahn- und Dampferfahrten, Trans- porttiere und von 3000 RM für den täglichen Unterhalt der Begleiter, Dolmetscher und deren Löhne, erhielt er eine weitere Beihilfe von 1000 RM. Die jetzt noch fehlenden Mittel wollte Walther durch den Verkauf von so genannten 15- Stück-Sammlungen charakteristischer „Wüsten- gesteinsarten“ zu je 100 RM in Deutschland aufbringen, ein Geschäft, das sich offenbar lohn- Abb. 4: Der von Johannes Walther verfasste „Führer te. Auf ähnliche Weise plante er auch die Finan- durch die Lehr- und Schausammlungen des Geolo- zierung der Australienreise vom 15. Juni bis Ende gisch-Palaeontologischen Instituts der Universität Oktober 1914, die dann durch den Ausbruch des Halle“, in 2. Auflage (Walther 1928b). 1. Weltkriegs abenteuerliche Züge annahm (siehe Fig. 4: “Guide for the Collections of the Geological and Palaeontological Institute of Halle University”, Seibold 1992, Hauschke et al. 2010b). Dieses 2nd edition 1928, written by Johannes Walther. dokumentierte er am 22. Januar 1915 in seinem Reisebericht an das zuständige Ministerium (J. W. PA 16 629). Die Australienreise von Johannes Am 20. Juni 1910 stellte Walther einen Antrag Walther, der aufgrund seiner richtungweisenden auf eine Forschungsreise nach Oberägypten und Forschungen mittlerweile internationale Be- 7 rühmtheit erlangt hatte, erfolgte auf Einladung tionellen Betreuung von Johannes Weigelt und der British Association, die in Melbourne und Ferdinand von Wolff wurden zwischen 1919 und Sydney einen Kongress veranstaltete. Auf Exkur- 1944 18 Bände vom „Jahrbuch des Halleschen sionen bot sich ihm unter anderem die Möglich- Verbandes für die Erforschung der Mitteldeut- keit, seine Untersuchungen an Lateriten entschei- schen Bodenschätze und ihrer Verwertung e.V.“ dend weiterzuentwickeln (Walther 1915, 1916). herausgegeben. Walther setzte zunächst den durch von Fritsch Es wurden jeweils am Montag Instituts- begonnenen strukturellen Ausbau der „Geologie Kolloquien sowie gemeinsame Veranstaltungen und Paläontologie“ an der Universität Halle mit den Instituten in Leipzig und Jena durchge- (Saale) mit dem Ziel fort, diese auch institutionell führt. Erhalten hat sich eine diesbezügliche Foto- abzutrennen (Reichstein 1998). Offenbar be- grafie aus dem Innenhof der Neuen Residenz, die schleunigten dessen Aktivitäten die 1915 vollzo- die Teilnehmer eines gemeinsamen Kolloquiums gene Teilung des Institutes in das Mineralogisch- in Halle (Saale) zeigt (Abb. 5). Die erläuternde Petrographische und das Geologisch-Paläonto- Namensliste wurde dankenswerterweise von Dr. logische Institut. Mit der Schaffung zweier Insti- Kurt Pietzsch, Leipzig, dem späteren Direktor des tute war eine wechselseitige Vertretung der Sächsischen Geologischen Landesamtes, zur beiden Direktoren verbunden. Bis 1930 existierte Verfügung gestellt. Anwesend waren damals für beide Institute haushaltsrechtlich ein gemein- auch die drei Institutsdirektoren Kossmat, von samer Etat, der folgendermaßen aufgeteilt wurde: Seidlitz und Walther. Die Abwesenheit von Für das Mineralogisch-Petrographische Institut Johannes Weigelt auf diesem Bild erklärt sich 2700 RM, für das Geologisch-Paläontologische durch dessen USA-Aufenthalt. Institut 4550 RM und für die gemeinsam genutz- Unter Walther und Weigelt wurden im Zeit- ten Räume 2250 RM. raum von 1907 bis 1929 27 Dissertationen und In den ersten Jahren ergaben sich bereits ver- eine Habilitation (1918: Johannes Weigelt) er- schiedene personelle Veränderungen. Als Nach- folgreich abgeschlossen. Weigelt kehrte damals folger für den 1910 verstorbenen Mineralogen O. schwer verwundet aus dem 1. Weltkrieg zurück. Luedecke wurde im Jahre 1911 H. E. Boeke Insgesamt fielen in diesem Krieg sieben junge (1881-1918) zum apl. Professor für Mineralogie Mitarbeiter aus den beiden Instituten. und Petrographie berufen. Zum Nachfolger von Nach seiner Wahl zum Präsidenten der Leo- Boeke, der 1914 den Ruf auf den Lehrstuhl der poldina (1924) ging Walthers Tätigkeit als Insti- Universität Frankfurt am Main annahm, wurde tutsdirektor mehr und mehr auf Johannes Weigelt auf Vorschlag von Walther der von der TH Dan- über. Leider gibt es aber hierzu keine offiziellen zig kommende Vulkanologe Ferdinand von Wolff Dokumente, da viele Unterlagen in den Um- (1874-1952, prom. 1899, habil. 1907) berufen bruchszeiten nach 1945 (Kriegsende, Ablösung und zum Direktor des Mineralogisch-Petrographi- und Deportation von Weigelt), 1968 (Institutsauf- schen Institutes ernannt. Über einen Zeitraum von lösung) und 1990 im Zuge der Neugründung des 38 Jahren vertrat dann von Wolff das Fachgebiet „Instituts für Geologische Wissenschaften und Mineralogie und Petrographie an der Universität Geiseltalmuseum“ offenbar verloren gegangen in Halle (Saale). Im Schatten von Walther spielte sind. der Stratigraph Scupin (1869-1938) weiterhin nur Die gemeinsame Festsitzung von Universität eine Nebenrolle (vgl. Schwab 2003). und Leopoldina am 20. Juli 1930, die dem Präsi- Walther setzte einerseits die durch von Fritsch denten Johannes Walther anlässlich seines 70. begonnene Ausrichtung der wissenschaftlichen Geburtstages gewidmet war, bildete zugleich den Arbeiten auf Mitteldeutschland fort, andererseits Schlusspunkt in Walthers Wirken am Institut und rückte er das Institut durch seine Person stärker in in der Akademie. Das im Laufe seiner Amtszeit das Blickfeld der internationalen Aufmerksam- als Leopoldina-Präsident von Walther vernach- keit. Hinzu kam, dass besonders während des 1. lässigte und von Weigelt vertretene Direktorat Weltkriegs und danach ein gesteigertes Interesse des Geologisch-Paläontologischen Instituts über- an den mitteldeutschen Bodenschätzen bestand. gab Walther schließlich im Sommersemester Dies führte zur Gründung des vom Bergbau und 1929 offiziell an Johannes Weigelt. Um den der Industrie geförderten „Halleschen Verbandes Berufungsvorschriften zu genügen, war letzterer für die Erforschung der Mitteldeutschen Boden- nach kurzem Intermezzo an der Universität in schätze und ihrer Verwertung e.V.“ durch Johan- Greifswald wieder nach Halle (Saale) zurückge- nes Walther sowie den Direktor des Oberberg- kehrt. amts Halle (Saale), Otto Scharf. Unter der redak- 8

Abb. 5: Teilnehmer am gemeinsamen Instituts-Kolloquium der Universitäten Halle (Saale), Jena und Leipzig; aufgenommen im Jahre 1926 im Innenhof der Neuen Residenz, dem damaligen Geologisch-Paläontologischen Institut in Halle (Saale). Fig. 5: Participants of the general Geological Institute Colloquium of the Universities in Halle (Saale), Jena and Leipzig; photograph from 1926 in the courtyard of the “New Residence”, the former Institute for Geology and Palaeontology in Halle (Saale).

Namensliste / List of participants: 1. Studienrat Nuß, Senftenberg, 2. Dr. Hans Becker, Leipzig, 3. Herbert Wugk, Leipzig, 4. Walter Bücking, Leipzig, 5. Juan Olsacher, Córdoba, Argentinien, Stud. in Dresden, 6. Dr. Johannes Kühnel, Leipzig, 7. Willibald Höpfner, Leipzig, 8. Gertrud Langer, Leipzig, 9. Adele Bonnet, Leipzig, 10. Hedwig Frenzel, Leipzig, 11. Dr. Erich Wettig, Leipzig, 12. Hans Gellert, Leipzig, 13. Dr. Frick, Leuna, 14. Forstass. W. v. Freyberg, Gräfenhainichen, 15. Hans Wehrli, Leipzig, 16. Dr. Walter Hoppe, Jena/Leipzig, 17. Dr. Hugo Lück, Leipzig, 18. Dr. Richard Lehmann, Halle (Saale), 19. Armin Graupner, Leipzig, 20. Paul Reibisch, Leipzig, 21. Dr. Ben Barnes, Halle (Saale), 22. Dr. W. Staub, Jena, 23. P. Müllers, Jena, 24. Dr. Hans Reichert, 25. Dr. Fritz Härtel, Leipzig, 26. Dr. Reichard Pfalz, Leipzig/Florenz, 27. Karl Bürger, Halle (Saale), 28. Dr. Johannes Schultzky, Halle (Saale), 29. Dr. Albert Bernstein, Leipzig, 30. Otto Worch, Halle (Saale), 31. Berging. Öhring, Halle (Saale), 32. Dr. Kunitz, Halle (Saale), 33. Dr. Deubel, Jena, 34. Georg Moesta, Leipzig, 35. Dr. Röpke, Halle (Saale), 36. Dr. Bruno v. Freyberg, Halle (Saale), 37. Dr. C.W. Kockel, Leipzig, 38. Dr. Carl Gäbert, Naumburg, 39. Geheimrat Prof. Johannes Walther, Halle (Saale), 40. Prof. Henkel, Schulpforta, 41. Prof. Sun Yen Chu, Peking/Halle (Saale), 42. Prof. v. Wolff, Halle (Saale), 43. Geheimrat Prof. Franz Kossmat, Leipzig, 44. Prof. von Seidlitz, Jena, 45. Prof. Schlüter, Halle (Saale), 46. Dr. Kurt Pietzsch, Leipzig.

Walther zog sich nach seiner Emeritierung 1910a), auszeichnete. Als Walther nach 25 Jahren 1928 weitgehend aus dem Institut zurück und die Taubenbank erneut kartierte, fand er hier eine nahm nur noch ausnahmsweise an den Instituts- völlig veränderte Sedimentverteilung und eine kolloquien teil. Seine letzte Eintragung ins Kollo- ebenfalls veränderte Besiedlung vor (Walther quienbuch datiert vom 1. Mai 1930. 1910). Nach Überprüfung seiner früher bereits erzielten Ergebnisse stellte er fest, dass in der 3. Walthers geowissenschaftliche Zwischenzeit tatsächlich wesentliche Verände- rungen in der Sedimentverteilung und der Besied- Forschungen lung erfolgt waren. Er schloss daraus, dass Fa-

zieswechsel nicht zwangsläufig über lange geolo- Walthers Forschungsschwerpunkte konzentrierten gische Zeiträume hinweg erfolgen müssen, son- sich auf Riffe und Wüsten der erdgeschichtlichen dern dass sich auch kurzzeitige Veränderungen Vergangenheit und Gegenwart. Dabei nahmen im Ablagerungsraum, wie die Auswirkungen des seine Untersuchungen an Riffen ihren Ausgang verheerenden Ausbruchs des Vesuvs im Jahre im Golf von Neapel (Walther 1885, Walther & 1906, widerspiegeln. Seine auf der Taubenbank Schirlitz 1886). Als besonders geeignetes For- gemachten Beobachtungen stimmen gut mit schungsgebiet hatte sich die Taubenbank, eine Erfahrungen überein, „welche der Geologe beim Untiefe im Golf, erwiesen (Abb. 6), die sich nach Studium mariner Profile immer wieder macht: seinen Kartierungen von 1885 „durch die Anhäu- organisch entstandene, geschichtete Kalke zeigen fung kalkabscheidender Algen, welche in ziemlich oft in den aufeinanderfolgenden Lagen einen regelloser Verteilung, aber vorwiegend auf den raschen Wechsel fossilreicher Lumachellen, höchsten Teil der Untiefe gedeihen“ (Walther

Abb. 6: Karte des Golfes von Neapel mit der südlich von Pozzuoli gelegenen Taubenbank, aus Walther (1910a). Fig. 6: Map of the Gulf of Naples, with the "dove bank", a shoal south of Pozzuoli; from Walther (1910a).

dichter Kalkbänke und anderer Zwischenlagen, des Buntsandsteins rasch in den Fokus seiner die auf angewitterten Flächen aus zahlreichen Forschungen und Überlegungen zur Identifikati- Bruchstücken nicht näher bestimmbarer Scha- on fossiler Wüsten und zum Paläoklima gerie- lenreste zusammengesetzt sind“ (Walther ten. Zusammengefasst wurden die Ergebnisse 1910a). dieser Untersuchungen in seinem »Wüsten- In seinen Arbeiten über die Taubenbank be- Klassiker« „Das Gesetz der Wüstenbildung in schrieb Walther erstmalig Algen als Riffbildner Gegenwart und Vorzeit“, der vier Auflagen (Hauschke & Gischler 2008). Hierbei betonte er erlebte und von Auflage zu Auflage ständig die Sediment bindende Funktion dieser Kalk aktualisiert und erweitert wurde (vgl. Abb. 3: in ausscheidenden Algen, die durch rasches 2. Aufl.). Aufgrund des Nachweises verschiede- Wachstum Lockersedimente fixieren und da- ner Klimazeugen, deren paläogeographischer durch zum Aufbau einer erhöhten, riffartigen Verteilung seit dem Präkambrium bis heute, Struktur führen können. Walther wies entschie- folgerte Walther, dass sich das Klima verändert den auf die Entstehung von Karbonatsanden haben musste und ebenfalls die Lage der Konti- durch Bioerosion hin, wobei er die Tätigkeit von nente zueinander. In Ermangelung eines Mecha- Crustaceen besonders herausstellte. Er war der nismus, wie er heute durch die Plattentektonik Erste, der die Bedeutung der Bioerosion erkann- gegeben ist, erwog er „Verschiebungen der te. Diesem Problem widmete er sich später noch Erdachse“ (z. B. im „Gesetz der Wüstenbildung ausführlich im Rahmen seiner Untersuchungen in Gegenwart und Vorzeit“, 4. Aufl. von 1924; an Riffen in Südindien (Walther 1891a). Anstel- siehe Gischler & Glennie 1997). le der Kalkalgen betonte er hier aber besonders Bei seinen Wüstenforschungen richtete Wal- die Bedeutung von Korallen bei der Riffbildung, ther sein Augenmerk auf die grundlegenden wie übrigens bereits bei der Erkundung der Charakteristika von Wüsten, wie Erosions- und Sinai-Riffe (Walther 1888). In seiner Arbeit von Sedimentationsprozesse. Des Weiteren interes- 1891a beschrieb er Riffe anschaulich als Gerüs- sierten ihn die Voraussetzungen, die Wüsten te, die verhindern, dass sich der Detritus auf dem heute und in der Erdgeschichte entstehen ließen. Meeresboden gleichmäßig verteilt, was auf diese Einen Detailaspekt, die Entstehung von Wind- Weise zu einem positiven Relief führt. kantern (Walther 1887, 1911), arbeitete Walther Seine ausgeprägte Beobachtungsgabe und die in mehreren Zeitschriftenartikeln gesondert Fähigkeit, geologische wie biologische Befunde heraus. Diese „Kantengerölle“, die durch die miteinander zu verknüpfen, führten Walther zu schleifende Wirkung von mit Sand beladenen völlig neuen Einsichten und Erkenntnissen Windströmungen entstehen, treten sowohl in hinsichtlich der Riffentwicklung. Er stellte in arid-heißen, als auch in arid-kalten Klimaten seiner Sinai-Arbeit (Walther 1888) auch die auf. Walther fand Windkanter in präkambri- engen Beziehungen zwischen der Internstruktur schen Ablagerungen Schottlands, im Buntsand- und der äußeren Form von Riffkörpern heraus stein Mitteleuropas und auch im Pleistozän und erkannte als Erster den für die Riffe bedeut- Norddeutschlands. Er schloss darauf, dass samen Aspekt der geologisch strukturierten Riff- sedimentäre Abfolgen, in die Windkanter einge- Unterlage ("antecedent topography", Hoffmeis- schaltet sind, Hinweise auf einen kontinental ter & Ladd 1944; siehe Ginsburg et al. 1994). geprägten, wüstenhaften Ablagerungsraum Die heraus gehobenen und bereits erosiv zertal- geben (Seibold 1992, Gischler & Glennie 1997, ten Sinai-Riffe ermöglichten es ihm, deren Hauschke et al. 2010a, b). dreidimensionales Faziesmuster exakt zu erfas- Während seiner aktiven Zeit in Halle (Saale) sen und mit der Riff-Topographie in Beziehung musste sich Walther häufig mit Kritik auseinan- zu setzen. dersetzen, die sich an den von ihm formulierten Auch der Wüstenforschung widmete sich sog. ontogenetischen Regeln und Aussagen zur Walther auf ausgedehnten Forschungsreisen. Biogeologie, zum Aktualismus, zur Fazies Neben den Wüstengebieten Nordafrikas, insbe- (Walther 1893/94, 1926b und 1927) und zu sondere Ägyptens (1887, 1911), bereiste er auch seinen Bestrebungen, die Geologie als Lehrfach die heutigen Wüsten im Westen der USA in den Schulen zu etablierten (Walther 1908, (1891), Zentralasiens (1897) und Australiens 1910b, 1918 u.a.), entzündeten. Als Ordinarius (1914). Daneben galt sein Interesse aber immer für Geologie und Paläontologie an einem „Mine- auch Wüstenablagerungen der erdgeschichtli- ralogischen“ Institut der preußischen, protestan- chen Vergangenheit, wobei die Sedimentfolgen tischen „Provinz-Universität“ Halle-Wittenberg 11 war sein Einfluss auf die geologischen Wissen- Ohne diese Autoren wäre die mit seinem Namen schaften in Deutschland gering. Von größerer verbundene stratigraphische Grundregel, sein Bedeutung jedoch war es, dass er, der weltweit „Gesetz von der Korrelation der Fazies“, der Gereiste, es nicht vermochte, weder in Jena noch Vergessenheit anheim gefallen (Hesse et al. in Halle (Saale) eine größere Zahl von Schülern 1974). um sich zu scharen. Heute wenig bekannt ist die Besondere Beachtung fanden Walthers lang- Würdigung Johannes Walthers durch den Wie- jährige Bestrebungen, geologische Erkenntnisse ner Geologen und Lehrbuch-Autor Schaffer auch in die Schulen zu tragen (Dorsch 2005). (1924), der schreibt: „Das Buch ist Johannes Bemerkenswert ist, dass Walther damit bereits in Walther gewidmet, der den steinernen Zeugen Jena begann und diese Bestrebungen in Halle der Vorwelt Leben und Kraft der Gegenwart (Saale) fortsetzte. Er löste so besonders unter verlieh. Damit wollte ich den Hauptwert der Geographen, Geologen und Pädagogen kontro- wissenschaftlichen Tätigkeit Walther’s kurz verse Diskussionen aus, die bis in die Gegenwart kennzeichnen, sein überragendes Verdienst, das reichen. In der DDR vertrat besonders Rudolf er sich durch das Erfassen der Bedeutung der Hohl (1906-1992) die Ansicht, dass die Geolo- ontologischen Methode für die geologische gie auch in die Schulbücher und in den Unter- Erkenntnis erworben hat. Es war eine bahnbre- richt der Mittel- und Oberstufe gehöre, und er chende Tat, als er 1890-1893 die drei Bände der erreichte letztlich dieses Ziel für den damaligen »Einleitung in die Geologie als historische Osten Deutschlands. Wissenschaft« veröffentlichte. Er behandelte darin auf Grund seiner umfangreichen Studien die heutigen Erscheinungen der Erdoberfläche als Wirkung derselben Kräfte der Vorzeit, die heute noch am Werke sind. Dadurch hat er unserer Forschung neue Bahnen gewiesen.“ Walther wurde im Ausland weitaus höher ge- schätzt als in Deutschland. Bedeutende zeitge- nössische Würdigungen seiner maßgebenden Arbeiten fanden in Publikationen zum Aktua- lismus (Andree 1908 bis 1938, Weigelt 1930) und zur Sedimentologie (Grabau 1913), ferner auch in den Glückwunschschreiben und Nachru- fen insbesondere von Johannes Weigelt (Weigelt 1930, 1937, 1938) ihren Niederschlag. Weigelt zollte seinem Lehrer und Förderer Johannes Walther große Hochachtung, verdankte er ihm doch sein Interesse an der Paläobiologie und Biostratonomie (Weigelt 1927, 1999). Bei den meisten Würdigungen handelt es sich allerdings um posthume Beiträge. Unter den späteren Arbeiten, die sich dem Leben und Werk von Johannes Walther widmen, seien hier aus Abb. 7: Titelblatt zur ersten Publikation über Wirbel- dem deutschsprachigen Raum stellvertretend tierfunde aus dem Eozän des Geiseltales von Ben genannt: Schaffer (1939), Steiner (1957), von Barnes (1927). Bülow (1962, 1970), Grumbt (1975), Seibold Fig. 7: Title page of the first publication, written by (1987, 1992), Partier (1993) und Hauschke & Ben Barnes (1927), on findings of vertebrates from Gischler (2008). In den USA machten sich um the Eocene of the Geiseltal. die „Wiederentdeckung“ von Walther besonders folgende Autoren verdient: Twenhofel (1938), Während Walthers Tätigkeit in den 1920er Middleton (1973), Friedman (1986, 1987, 1997), Jahren in Halle (Saale) rückten die Aufsehen Ginsburg (siehe Ginsburg et al. 1994) und erregenden Wirbeltierfunde in den mitteleozä- Gischler (siehe Gischler & Glennie 1997). In der nen Braunkohlen und Zwischenmitteln des UdSSR ist Vysockij (1965) zu nennen. Unter Geiseltals in den Fokus des wissenschaftlichen den jüngeren Würdigungen müssen besonders Interesses. Der konkrete Anteil von Johannes Okada & Kenyon-Smith (2009) genannt werden. Walther an der Erforschung des Geiseltals und

Abb. 8: Ausgräber im Geiseltal, in der Bildmitte Ehrhard Voigt mit Wollmütze, über einen neuen Fund gebeugt. Es handelt sich dabei um den berühmt gewordenen Urpferd-Hengst Propalaeotherium isselanum. Foto aus dem Jahre 1933. Fig. 8: Excavators in the Geiseltal, with Ehrhard Voigt in the middle of the photo (with woollen hat) bending over a new finding: the famous ancestral horse stallion Propalaeotherium isselanum. Photograph from 1933.

dessen Fossilinhalts bleibt jedoch insgesamt 3. Ein Steiger fand 1925 Reste einer Sumpf- gering. Publikationen unter seiner alleinigen schildkröte auf der Grube Cecilie, und Direktor Autorenschaft sucht man vergebens. Schlüter übermittelte diese dem Geologischen Die Chronologie der Fossilfunde aus dem Institut in Halle (Saale) (Vetter 1931, 1932: 31). Geiseltal liest sich in dieser Zeit folgenderma- Durch die letztere Nachricht war schließlich ßen. Sie umfasste bis 1925 erst wenige Fundstü- auch Johannes Walther auf die Fossilfunde im cke, deren Verbleib zum Teil nicht mehr zwei- Geiseltal aufmerksam geworden. Er folgerte felsfrei nachvollziehbar ist: aufgrund der Fundumstände auf das Vorhanden- sein eines ganzen fossilführenden Horizontes 1. Wirbeltierfund (Lophiodon = großes un- (vgl. Barnes 1927: 5; Abb. 7). paarhufiges Säugetier) von Steiger Krögel aus Die eigentliche Bedeutung von Johannes dem Jahre 1908, Grube Cecilie (vgl. Vetter Walther für die Geiseltalforschung liegt in der 1931, 1932: 29). Dieser Fund wurde dem Geo- Tatsache begründet, dass er, nachdem über viele logischen Institut in Halle (Saale) durch Lehrer Jahre nur sporadische Funde gemacht und ge- Heck übergeben (vgl. Barnes 1927: 18). borgen worden waren, seinen Doktoranden Ben Barnes (siehe Abb. 5: Nr. 21), dessen Vorfahren 2. Salzmann barg 1912 weitere Reste von Lophi- ursprünglich aus Liberia stammten, beauftragte, odon, von Schildkröten und 1913 von Gastropo- zum allerersten Mal eine systematische Grabung den, die insgesamt nicht erhalten werden konn- an einer konkreten und fossilhöffigen Fundstelle ten (Vetter 1931, 1932: 30). auf der Grube Cecilie im Geiseltalrevier durch- Dies ist vermutlich auf das damalige Konser- zuführen. vierungsproblem zurückzuführen, denn die Der Beginn der systematischen Grabungsak- Paraffin- und die Lackfilmmethode zur dauer- tivitäten lag im Frühjahr 1926 (vgl. Vetter 1931, haften Konservierung wurden erst Anfang der 1932: 31), und es kam in vergleichsweise kurzer 1930er Jahre von Ehrhard Voigt entwickelt (z. Zeit eine kleine Wirbeltierfauna zu Tage, die B. Voigt 1933a, b). sowohl Reptilien wie z. B. Schlangen, Schild-

13 kröten und Krokodilreste, aber auch Zähne und 1924) der staatlichen Verwaltung gegen Zahlung Knochen verschiedener Huftierarten umfasste. angeboten hatte. Barnes legte diese Ergebnisse in einer anspre- Erfolgreicher waren allerdings Walthers Be- chenden Publikation nieder (Barnes 1927; Abb. mühungen, die Akademie durch die Anpassung 7), die er mit sieben Textfiguren und drei Bildta- an zeitgemäße Bedingungen voranzubringen. Er feln erläuterte. Nach Abschluss der Arbeit von setzte gezielt die Gewinnung von Förderern aus Barnes wurden die Ausgrabungen weiter fortge- der Industrie fort und bewegte u. a. Carl Bosch, setzt. Es steht außer Frage, dass Walther damit Hugo Eckener, Carl Friedrich von Siemens und auch den entscheidenden Anstoß für die Folge- den Stahlmagnaten Albert Vögler zur Mitglied- grabungen von Johannes Weigelt und für dieje- schaft in der Leopoldina. Die allein auf Vor- nigen der zahlreichen wissenschaftlichen Nach- schlägen von Mitgliedern beruhenden Zuwahlen folger gegeben hat. Insofern hat er auch einen von Wissenschaftlern führten 1925 zu 130 und erheblichen Anteil an der sich später ergeben- 1926 zu 101 Neuaufnahmen (Kaasch & Kaasch den, weltweiten Bedeutung dieser dann so 2002). Damit zeichnete sich wieder eine positive genannten „Fossillagerstätte Geiseltal“ (Abb. 8). Entwicklung im Mitgliederbestand der Akade- Johannes Walther hat also lediglich eine Ar- mie ab. Die Ehrenmitgliedschaft der Leopoldina beit zum Thema „Geiseltal“ verfasst und dies in erhielten unter Walthers Präsidentschaft folgen- gemeinsamer Autorenschaft mit Johannes Wei- de Geowissenschaftler: Wilhelm von Branco gelt (Walther & Weigelt 1931, 1932; beide (1925), Rogier Verbeek (1925) und Walthers Arbeiten sind inhaltsgleich), seinem Nachfolger ehemaliger Reisebegleiter, der Geograph und auf dem Lehrstuhl in Halle (Saale). Diese Arbeit Botaniker Georg Schweinfurth (1925). ist betitelt: „Die eozäne Lebewelt in der Braun- Drei Publikationsprojekte aus seiner Amts- kohle des Geiseltals“, publiziert in einem Ta- zeit als Leopoldina-Präsident haben sich als gungsband für die Teilnehmer der „Deutschen Leitlinien von Walthers Wirken herausgestellt: Paläontologischen Gesellschaft“ in Halle 1931, der Deutschland-Band (Walther 1928a), der der unter dem Gesamttitel „Die Wirbeltierfund- Amerika-Band (Walther et al. 1929) und der stellen im Geiseltal“ steht. Zu diesem Zeitpunkt Goethe-Band (Walther 1930). Im Deutschland- war Walther bereits Emeritus. Band wollte er, unterstützt von weiteren Autoren mit deutschnationalem Hintergrund, die „natür- lichen Wurzeln aufdecken, auf denen sich die 4. Walther als XIX. Präsident der deutsche Kultur im Laufe von Jahrtausenden entfaltet hat, um zu prüfen, was die Eigenkraft Leopoldina der Nation geleistet hat“ (Walther 1928a). Der

erfolgreichere Amerika-Band war das Ergebnis Walther wurde am 6.10.1924 zum XIX. Präsi- einer von ihm durchgeführten USA-Reise. Im denten der Leopoldina gewählt und behielt Frühjahr 1927 weilte er als Gastprofessor an der dieses Amt bis 1931 inne (Abb. 9). Seine Präsi- Johns-Hopkins-Universität in Baltimore und an dentschaft gilt aus Sicht der Akademie jedoch der Columbia-Universität in New York. Der als wenig erfolgreich (Seibold 1992, Kaasch & Plan, mit amerikanischen Autoren diesen Band Kaasch 2002). Der Zeitpunkt der Amtsübernah- zusammenzustellen, ließ sich schließlich ver- me war an sich schon ungünstig, denn diese fiel wirklichen. Es entstand ein Werk, „dessen Inhalt mit der Inflation, der Weltwirtschaftskrise und Zeugnis ablegt von den vielseitigen und wissen- den politischen Unruhen während der Weimarer schaftlich hochwertigen Forschungen unserer Republik zusammen. Voller Optimismus ging Mitglieder jenseits des Ozeans“ (Walther et al. Walther unmittelbar nach seiner Wahl jedoch 1929). Dieser Band beinhaltet Beiträge von 21 „ungesäumt an die Realisierung der schon amerikanischen Autoren aus ihren jeweiligen längere Zeit angedachten Reformen“ (Kaasch & Arbeitsgebieten. Kaasch 2002). Zunächst wurden regelmäßige Es war für Walther eine Selbstverständlich- Zusammenkünfte für die in Halle (Saale) und im keit, dass die Leopoldina sich bereits im Vorfeld Umland lebenden Mitglieder eingeführt, aus von Goethes 100. Todestag auf das Gedenken denen die bis in die jüngste Vergangenheit eines ihrer prominentesten Mitglieder einstellte. abgehaltenen Monatssitzungen hervorgingen. So war die 50. Sitzung der Akademie am 2. Seine Hauptsorge galt aber der Arbeitsfähigkeit März 1929 eine dem naturkundlichen Lebens- des Vorstandes und der Erhaltung der Biblio- werk des Dichters und Naturforschers gewidme- thek, die sein Vorgänger August Gutzmer (1921- te Festsitzung, die in der Aula der Universität in

Halle (Saale) begangen wurde. Auf dieser Sit- Vom Januar bis April 1931 unternahm Wal- zung wurde Walther gebeten, sein lang gehegtes ther eine Mittelmeerreise. Nach seiner Rückkehr Projekt „Goethe als Seher und Erforscher der fand er in der Akademie ein vermutlich vom Natur“ mit der Herausgabe eines Leopoldina- Sekretär angerichtetes und durch Bankzusam- Sonderbands zu würdigen, der 1930 erschien. menbrüche verursachtes finanzielles Desaster Neben dem Vorwort „Goethe und die Leopoldi- vor, aus dem er selbst keinen Ausweg mehr na“ verfasste Walther drei weitere Beiträge: fand. Er trat im Oktober 1931 von seinem Amt „Goethe als Seher und Erforscher der Natur“, zurück und übergab dem Vizepräsidenten Daniel „Eine Alraune aus Goethes Hand“ und „Goethe Vorländer (1867-1941) die Amtsgeschäfte. Zum und das Reich der Steine“. Das Ziel Walthers im 20. Präsidenten wurde Emil Abderhalden (1877- zuletzt genannten Beitrag war es aufzuzeigen, 1950) gewählt. Ein persönliches Zerwürfnis „… wie das Steinreich Goethe während seines zwischen den beiden Männern führte am 17. langen Lebens immer wieder fesselte und viel- Januar 1935 zum Austritt des Altpräsidenten fach Richtung und Inhalt seines Geistes bei- Johannes Walther aus der Leopoldina, ein bis stimmte.“ heute einmaliger Vorgang in der Geschichte dieser Akademie (Kaasch & Kaasch 2002).

Abb. 9: Gemälde von Johannes Walther, das ihn als Präsident der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldi- na zeigt (Archiv der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina; heute: Nationale Akademie der Wissen- schaften). Fig. 9: Painting of Johannes Walther, showing him as the President of the German Academy of Natural Scientists Leopoldina (Archive “Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina”; today: National Academy of Sciences).

5. Die letzten Jahre Walthers Jahrestagung des Thüringischen Geologischen Vereins in Jena stattfand (Tagungsleitung: H. in Halle (Saale) Lützner). Die Martin-Luther-Universität Halle-

Wittenberg widmete Johannes Walther im Nachdem er sich aller Ämter entledigt hatte, Oktober und November 2010 schließlich eine konnte Walther nun ohne Einschränkungen, Sonderausstellung im Universitätsmuseum sieht man von den Altersbeschwerden ab, zu (Kurator: N. Hauschke; vgl. Ausstellungsbro- seiner nach dem Reisen zweitliebsten Beschäfti- schüre von Hauschke et al. 2010b), zu dessen gung zurückkehren, dem Schreiben. Er nahm Eröffnung der Rektor der Martin-Luther- dabei auch Themen auf, von denen er offenkun- Universität, Herr Prof. Dr. U. Sträter, sowie der dig nur wenig verstand oder diesbezüglich nicht Leiter der Zentralen Kustodie, Herr Dr. R.-T. mehr auf der Höhe der Zeit war. Beispiele dafür Speler, eingeladen hatten. sind: „Die Urheimat des nordischen Menschen“

(Walther 1926), „Das Rätsel der Wünschelrute“

(Walther 1933) und seine „Einführung in die deutsche Bodenkunde“ (Walther 1935). Mit 6. Danksagung „Mediterranis“ (Walther 1936) fand er jedoch zu alter Größe zurück. Der Begründer der „Biogeo- Wir danken Herrn Prof. Dr. Eberhard Gischler logie“, in der die „Lithogenesis“ dominierte, (Frankfurt am Main) für die kritische Durchsicht nannte seine letzte Abhandlung „geobiologisch“, des Manuskripts und für hilfreiche Ratschläge. wohl um anzudeuten, dass er im Mittelpunkt Herr cand. geol. Gregor Barth arrangierte die seiner Untersuchung „über Gestaltung und Abb. 5 und Frau cand. geol. Silvia Isaak las die Besiedlung des mediterranen Lebensraumes“ Endfassung dieser Arbeit, wofür die Autoren dessen erdgeschichtliche Entwicklung und die den Genannten, beide Halle (Saale), ebenfalls paläogeographischen Aspekte als Voraussetzung herzlich danken. für das Gedeihen des Lebens ansah. Johannes Walther, der bedeutendste Hallesche Geowis- senschaftler im ersten Drittel des 20. Jahrhun- 7. Literatur derts, wies bereits 1936 darauf hin, dass die Vorkommen der afrikanischen Waldelefanten Andrée, K. (1908): Über stetige und unterbrochene Elephas antiquus, auch als Palaeoloxodon Meeressedimentation, ihre Ursachen sowie über antiquus bezeichnet, im Pleistozän Mittel- deren Bedeutung für die Stratigraphie. – Neues deutschlands die Folge des hier zeitweise im Jahrbuch für Mineralogie etc., Beil.-Bd., 25: 366- 421. Eem herrschenden warmzeitlichen mediterranen Andrée, K. (1938): Rezente und fossile Sedimente. Klimas waren. Heute belegen das massenhafte Erdgeschichte mit oder ohne Aktualitätslehre? – Vorkommen von ca. 70 Waldelefanten und die Geologische Rundschau, 29: 147-167. sie begleitenden Faunen und Floren im Deckge- Barnes, B. (1927): Eine eozäne Wirbeltier-Fauna aus birge der Braunkohle des Geiseltals diese These der Braunkohle des Geiseltales. – Jahrbuch des (Mania 2010). Halleschen Verbandes für die Erforschung der Johannes Walther wurde im Jahre 1992 auf mitteldeutschen Bodenschätze, N. F., 6: 5-24. Anregung von Johannes Schroeder (TU Berlin) Bülow, K. v. (1962): Johannes Walther, der Begrün- mit der in Halle (Saale) veranstalteten Jahresta- der der Biogeologie. – Berichte der Geologischen gung der Deutschen Geologischen Gesellschaft Gesellschaft in der DDR, 6 (4): 373-482. Bülow, K. v. (1970): Der XIX. Präsident (1924-1931) in besonderer Weise geehrt. Es war eine Veran- Johannes Walther (1860-1937). – Nova Acta staltung, die noch stark unter dem Eindruck der Leopoldina, 36 (Nr. 198): 369-391. in den voraus gegangenen Jahren 1990/91 voll- Dorsch, J. (2005): Johannes Walthers ideas regarding zogenen Wiedervereinigung der beiden deut- the training of pre-college geology teachers. 2005 schen Staaten stand. Unter den Vortragenden Salt Lake City Annual Meeting (October 16-19, waren als Gäste eingeladen: G. Friedman, R. N. 2005), Session No. 33, Geoscience Education I. – Ginsburg, W. Schlager und I. Seibold. Anläss- Geological Society of America, Abstracts with lich seines 150. Geburtstages im Jahre 2010 programs, 37 (7): S. 85. wurde Johannes Walthers im Juni mit einem Duisberg, C. (1933): Meine Lebenserinnerungen. – Kolloquium (Beiträge: R. Gaupp, E. Gischler In: Puttkamer, J. v. (Hrsg.), herausgegeben auf Grund von Aufzeichnungen, Briefen und Doku- und M. Schwab) gedacht, das anlässlich der menten. – 207 S.; Leipzig (Ph. Reclam).

Friedman, G. M. (1986): Glimpses of pioneer sedi- Hoffmeister, J. E. & Ladd, H. S. (1944): The antece- mentologists Johannes Walther and A. W. Gra- dent-platform theory. – Journal of Geology, 52: bau: Correspondence 1911-1936. – 12th Interna- 388-402. tional Sedimentologic Congress, Canberra. – S. Hüssner, H. (1993): Der Aktualismus zur Zeit Johan- 111. nes Walthers und aus heutiger Sicht. – Zeitschrift Friedman, G. M. (1987): The desert-Walther: Johan- der deutschen geologischen Gesellschaft., 144: nes Walther (1860-1937). – Geological Society of 255-263. America, 1987 Annual Meeting Abstracts, 19 (7): Kaasch, M. & Kaasch, J. (2002): Zwischen Inflati- S. 668. onsverlust und großdeutschem Anspruch – Die Friedman, G. M. (1997): In Memory of Professor Leopoldina unter den Präsidenten Gutzmer und Amadeus William Grabau (1870-1946) on the Walther von 1921 bis 1932. – In: Parthier, B. & Semi-Centennial of his Death. – Proceedings 30th Engelhardt, W. v. (Hrsg.): 350 Jahre Leopoldina – International Geological Congress, 26: 157-164. Anspruch und Wirklichkeit. Festschrift der Deut- – (J. Walther: 160-162). schen Akademie der Naturforscher Leopoldina Fritsch, K. von (1901): Protokoll der Sitzung vom 7. 1652-2002. – 187-225; Halle (Saale). October 1901. – Zeitschrift der Deutschen Geolo- Mania, D. (2010): Quartärforschung im Tagebau gischen Gesellschaft, 53: 59-66. Neumark-Nord, Geiseltal (Sachsen-Anhalt) und Ginsburg, R. N., Gischler, E. & Schlager, W. (Hrsg.) ihre bisherigen Ergebnisse. – In: Mania, D. u. a. (1994): Johannes Walther on reefs. Pioneering (Hrsg.): Neumark-Nord – Ein interglaziales Öko- concepts of biogeology 1885-1910. – Geological system des mittelpaläolithischen Menschen. – Milestones, 2: IV + 141 S.; Miami (University of Veröffentlichungen des Landesmuseums für Vor- Miami). geschichte in Halle, 62: 11-70. Gischler, E. & Glennie, K. W. (Hrsg.) (1997): Johan- Middleton, G. V. (1973): Johannes Walther’s Law of nes Walther: The law of desert formation – pre- the Correlation of Facies. – Geological Society of sent and past. Translation of the fourth revised America Bulletin, 84: 979-988. edition of 1924. – Geological Milestones, 4: XVI Mitteilungsblatt des Thüringischen Geologischen + 273 S.; Miami (University of Miami). Vereins (2010): Veranstaltungen des TGV 2010. Grabau, A. W. (1913): Principles of Stratigraphy. – Jahreshauptversammlung: 20 Jahre TGV und 150. 185 S.; New York (Dover Publ. Comp.). – (Re- Geburtstag von Johannes Walther (H. Lützner) print 1966). und Einladung zur Jahreshauptversammlung vom Grumbt, E. (1975): Johannes Walther – ein Begrün- 4. bis 6. Juni 2010 in Jena. – 35-42; Jena der der modernen Sedimentforschung. – Zeit- Okada, H. & Kenyon-Smith, A. (2009): The birth of schrift für Geologische Wissenschaften, 3 (10): sedimentology: Henry Clifton Sorby and Johan- 1255-1263. nes Walther. – Geology Today, 25 (6): 211-218. Hauschke, N. & Gischler, N. (2008): Johannes Parthier, B. (1993): Johannes Walther und die Leo- Walther (1860-1937) – Pionier der Riff- poldina. – Leopoldina, (3) 38: 267-270. Forschung. – In: Museum für Naturkunde der Reichstein, M. (1998): Karl Freiherr von Fritsch Humboldt-Universität zu Berlin, Leinfelder, R., (1838-1906): Wegbereiter des geologischen Pro- Heiss, G., Moldrzyk, U. (Hrsg.): »abgetaucht«. fils an der Martin-Luther-Universität in Halle. – Begleitbuch zur Sonderausstellung zum internati- Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, B onalen Jahr des Riffes 2008. – 210-219; Berlin 20: 135-146. (Museum für Naturkunde Berlin, Konradin Ver- Schaffer, F. X. (1924): Lehrbuch der Geologie, 2: lag). Grundzüge der historischen Geologie. – 628 S.; Hauschke, N., Isaak, S., Schimpf, L. & Gossel, W. Leipzig (F. Denticke). (2010a): Johannes Walther (1860-1937) – Grenz- Schaffer, F. X. (1939): Johannes Walther. – Mittei- gänger zwischen erdgeschichtlicher Vergangen- lungen der Geologischen Gesellschaft Wien, heit und Gegenwart. – Aufschluss, 61 (6): 18 S. 30/31: 199-201. Hauschke, N., Isaak, S., Schimpf, L., Seiffert, M. & Schwab, M. (2003): 215 Jahre Geowissenschaften in Gossel, W. (2010b): Johannes Walther (1860- der Neuen Residenz. Teil I: bis 1945. – Halle- 1937) zwischen Riff und Wüste. Spurensicherung sches Jahrbuch für Geowissenschaften, B 25: 91- in 3D anlässlich seines 150. Geburtstages. – Be- 120. gleitheft zur Sonderausstellung: IV + 54 S.; Halle Seibold, I. (1987): Anfänge der deutschen Meeres- (Saale). geologie – Johannes Walther zum Gedächtnis. – Hesse, R., Forman, H. P., Forristall, G. Z., Heezen, B. Zeitschrift der deutschen geologischen Gesell- Z., Hekel, H., Hoskins, R. H., Jones, E. J. W., schaft, 138: 1-12. Kaneps, A. G., Krasheninnikov, V., Macgregor, Seibold, I. (1992): Der Weg zur Biogeologie. Johan- I., Okada, H. (1974): Walther’s facies rule in pe- nes Walther 1860-1937. Ein Forscherleben im lagic realm – a large scale example from the Me- Wandel der deutschen Universität. – 196 S.; Ber- sozoic-Cenozoic Pacific. – Zeitschrift der deut- lin, Heidelberg (Springer). schen geologischen Gesellschaft, 125: 151-172.

Steiner, W. (1957): Johannes Walther (1860-1937). – über die Bildung der Sedimente in den ägypti- Hallesches Monatsheft für Heimat und Kultur / schen Wüsten. – Abhandlungen der mathema- Halle und Saalkreis, 4 (5): 227-228. tisch-phyischen Classe der Königl. Sächsischen Thüringischer Geologischer Verein (2010): Exkursi- Gesellschaft der Wissenschaften, 16: I-III + 345- onsführer/Tagungsband zur 20. Jahreshauptver- 570; Leipzig (S. Hirzel). sammlung (Vortrags- und Exkursionsveranstal- Walther, J. (1893/94): Einleitung in die Geologie als tung) vom 04. bis 06. Juni 2010 in Jena. 150. Ge- historische Wissenschaft. Beobachtungen über die burtstag von Johannes Walther. Fazies der Trias Bildung der Gesteine und ihrer organischen Ein- in Ostthüringen. – 69 S.; Jena. schlüsse. I. Theil: Bionomie des Meeres, II. Theil: Twenhofel, W. H. (1938): Memorial to Johannes Die Lebensweise der Meeresthiere, III. Theil: Li- Walther. – Proceedings of the Geological Society thogenesis der Gegenwart. – 1055 S.; Jena (Gus- of America, 1937: 221-230. tav Fischer). Vetter, H. (1931): Entwicklung und Lagerungsver- Walther, J. (1900): Das Gesetz der Wüstenbildung in hältnisse der Grabungen an der älteren Fundstelle Gegenwart und Vorzeit. – 175 S.; Leipzig (Quelle der Grube Cecilie im Geiseltale. – In: Die Wirbel- & Meyer). tierfundstellen im Geiseltal. – Den Teilnehmern Walther, J. (1902): Geologische Heimatskunde von der Tagung der Deutschen Paläontologischen Ge- Thüringen. – 253 S.; Jena (Gustav Fischer). sellschaft zu Halle im September 1931. – Kaiser- Walther, J. (1905): Vorschule der Geologie. – 293 S.; liche Leopoldinische Deutsche Akademie der Na- Jena (Gustav Fischer). turforscher. – 29-35; Halle (Saale). Walther, J. (1908): Geschichte der Erde und des Vetter, H. (1932): Entwicklung und Lagerungsver- Lebens. – 570 S.; Berlin (Veith & Co.). hältnisse der Grabungen an der älteren Fundstelle Walther, J. (1910a): Die Sedimente der Taubenbank der Grube Cecilie im Geiseltale. – In: Abderhal- im Golfe von Neapel. – Anhang zu den Phys.- den, E. (Hrsg.): Die Wirbeltierfundstellen im Gei- math. Abhandlungen der königl. preuss. Akade- seltal. – Nova Acta Leopoldina, N. F., 1 (1): 29- mie der Wissenschaften, 3: 49 S. 35. Walther, J. (1910b): Lehrbuch der Geologie Deutsch- Voigt, E. (1933a): Die Lackfilm-Methode, ihre lands. Eine Einführung in die erklärende Land- Bedeutung und Anwendung in der Paläontologie, schaftskunde für Lehrende und Lernende. – 258 Sedimentpetrographie und Bodenkunde. – Zeit- S.; Leipzig (Quelle & Meyer). schrift der deutschen geologischen Gesellschaft, Walther, J. (1911): Über die Bildung von Windkan- 88 (4): 272-292. tern in der libyschen Wüste. – Zeitschrift der Voigt, E. (1933b): Die Übertragung fossiler Wirbel- deutschen geologischen Gesellschaft, 63: 410- tierleichen auf Zellulose-Filme, eine neue Ber- 417. gungsmethode für Wirbeltiere aus der Braunkoh- Walther, J. (1915): Laterit in West-Australien. – le. – Paläontologische Zeitschrift, 15: 72-78. Zeitschrift der deutschen geologischen Gesell- Vysockij, B. P. (1965): Johannes Walther and his schaft, 67: 113-132. Role in the Progress of Geology. – Nauka. – 176 Walther, J. (1916): Das geologische Alter und die S.; Moskau. – [In Russisch] Bildung des Laterits. – Dr. A. Petermanns Geo- Walther, J. (1885): Die gesteinsbildenden Kalkalgen graphische Mitteilungen aus Justus Perthes’ Geo- des Golfs von Neapel und die Entstehung struc- graphischer Anstalt, 62: 1-7 und 46-53. turloser Kalke. – Zeitschrift der deutschen geolo- Walther, J. (1918): Geologie der Heimat. Grundlinien gischen Gesellschaft, 37: 229-357. geologischer Anschauung. – 222 S.; Leipzig Walther, J. (1887): Die Entstehung von Kantengeröl- (Quelle & Meyer). len in der Galalawüste. – Berichte über die Ver- Walther, J. (1926a): Die Urheimat des nordischen handlungen der Königlich Sächsischen Gesell- Menschen. – Hallesche Universitätsreden, 28: 3- schaft der Wissenschaften zu Leipzig, 39: 133- 24. 136. Walther, J. (1926b): Die Methoden der Geologie als Walther, J. (1888): Die Korallenriffe der Sinaihalbin- historischer und biologischer Wissenschaft. – In: sel. Geologische und biologische Beobachtungen. Abderhalden, E. (Hrsg.): Handbücher der biologi- – Abhandlungen der mathematisch-physika- schen Arbeitsmethoden., Lieferung 185, Abt. X – lischen Classe der Königl. Sächsischen Gesell- 529-658; Berlin (Urban & Schwarzenberg). schaft der Wissenschaften, 24: 439-505. Walther, J. (1927): Allgemeine Paläontologie. Geo- Walther, J. (1891a): Die Adamsbrücke und die logische Fragen in biologischer Betrachtung. Korallenriffe der Palkstraße. Sedimentation im (Teile 1-4). – 809 S.; Berlin (Bornträger). tropischen Litoralgebiet. – Dr. A. Petermanns Walther, J. (Hrsg.) (1928a): Deutschland. Die Natür- Mitteilungen aus Justus Perthes’ Geographischer lichen Grundlagen seiner Kultur; Leipzig (Quelle Anstalt, Ergänzungsband, 22 (102): 40 S.; Gotha & Meyer). (Justus Perthes). Walther, J. (1928b): Führer durch die Lehr- und Walther, J. (1891b): Die Denudation in der Wüste Schausammlungen des Geologisch-Palaeontologi- und ihre geologische Bedeutung. Untersuchungen

chen Instituts der Universität Halle, 2. Aufl. – 156 schen Gesellschaft zu Halle im September 1931. – S.; Halle (Saale). Kaiserliche Leopoldinische Deutsche Akademie Walther, J. (Hrsg.) (1930): Goethe als Seher und der Naturforscher. – 1-27. Erforscher der Natur. Untersuchungen über Goe- Walther, J. & Weigelt, J. (1932) Die eozäne Lebewelt thes Stellung zu den Problemen der Natur. – VIII in der Braunkohle des Geiseltals. – In: Abderhal- + 323 S.; Leipzig (Poeschel & Trepte). den, E. (Hrsg.): Die Wirbeltierfundstellen im Gei- Walther, J. (1933): Das Rätsel der Wünschelrute. – seltal. – Nova Acta Leopoldina, N. F., 1 (1): 1-27. 62 S.; Leipzig (Reclam). Weigelt, J. (1927): Rezente Wirbeltierleichen und Walther, J. (1935): Einführung in die deutsche ihre paläobiologische Bedeutung. – 227 S.; Leip- Bodenkunde. – 172 S.; Berlin (Springer). zig (Max Weg). – (Reprint 1999; Dieter W. Ber- Walther, J. (1936): Mediterranis. – Petermanns ger, Bad Vilbel). Geographische Mitteilungen, Ergänzungsh., 225: Weigelt, J. (1930): Der Lebensgang von Johannes 8-59. Walther. – In: Weigelt, J. (Hrsg.): Festschrift für Walther, J. (1953): Im Banne Ernst Haeckels. Jena Johannes Walther. – Leopoldina, 6: 3-10. um die Jahrhundertwende. Aus dem Nachlass he- Weigelt, J. (1937): Johannes Walther († 4. Mai rausgegeben und eingeführt von Gerhard Heberer. 1937). – Zeitschrift der deutschen geologischen – 152 S.; Göttingen (Musterschmidt, Wissen- Gesellschaft, 89: 674-656. schaftlicher Verlag). Weigelt, J. (1938): Dem Andenken an Johannes Walther, J., Disselhorst, R. & Abderhalden, E. Walther. – Hallescher Verband für die Erfor- (Hrsg.) (1929): Amerika-Band. – Leopoldina, 4: schung der mitteldeutschen Bodenschätze und ih- XVIII + 375 S. rer Verwertung, N. F., 16: 7-12. Walther, J. & Schirlitz, P. (1886): Studien zur Geolo- Weigelt, J. (1999): siehe Weigelt, J. (1927). gie des Golfes von Neapel. – Zeitschrift der deutschen geologischen Gesellschaft, 38: 295-341. Walther, J. & Weigelt, J. (1931): Die eozäne Lebe- Unveröffentlichte Personalakte „Johannes Walther“ welt in der Braunkohle des Geiseltals. – In: Die der Universität Halle. – Abt. II, Abschn. D., No. Wirbeltierfundstellen im Geiseltal. – Den Teil- 27 W, Bd. 1, 1906-1918. – (zitiert als: J. W. PA nehmern der Tagung der Deutschen Paläontologi- 16629).

Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 19-32, 5 Abb., 1 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Interaktive Umweltbildung am Beispiel eines Gewässerlehrpfades an der Ulster

Bernhard Bartsch-Herzog & Christian Opp*

Bernhard Bartsch-Herzog & Christian Opp (2011): Interaktive Umweltbildung am Beispiel eines Gewässerlehrpfa- des an der Ulster. [Interactive environmental education - An example of a water nature trail of the river Ulster.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 19-32, Halle (Saale).

Kurzfassung: Ober- und Mittellauf von Mittelgebirgsfließgewässern weisen meist eine attraktivere Naturausstattung und geringere anthropogene Einflüsse auf als die entsprechenden Unterlaufabschnitte. Aufgrund zahlreicher Natur- schutzgebiete weist das obere Ulster-Einzugsgebiet einige Besonderheiten; dazu gehört auch die Zugehörigkeit zum Biosphärenreservat Rhön. Diese Randbedingungen sind bei der Planung eines Lehrpfades zu berücksichtigen. Gleichzeitig resultiert daraus jedoch auch ein Potenzial, welches bei der Konzeption eines Gewässerlehrpfades zielgerichtet genutzt werden kann. Ausgehend von diesen Restriktionen und Chancen wird die Eignung der Ulster als Standort für Umweltbildungsmaßnahmen in Form eines Gewässerlehrpfades betrachtet. Im Mittelpunkt des Lehrpfades soll hierbei die Entwicklung einer persönlichen Beziehung zur natürlichen Umwelt stehen: Die wohl wichtigste Voraussetzung, um die Zielgruppe „Kinder“ für Natur zu sensibilisieren und umweltrelevante Verhal- tensweisen zu fördern. Aber wie können insbesondere Kinder (wieder) an die Natur herangeführt werden? Wie kann man sie nachhaltig für ihre Umwelt sensibilisieren und begeistern? Wie sind Kenntnis-Defizite an Wasserlehrpfaden zu kompensieren? Welche Voraussetzungen muss ein Lehrpfad erfüllen, damit nachhaltige Umweltsensibilisierung stattfinden kann? In Orientierung an diesen Fragestellungen wird ein Gewässerlehrpfadkonzept im Einzugsgebiet der Ulster (Werra- Einzugsgebiet) dargestellt. Hierbei lernen die BesucherInnen zunächst anhand der Leittierart Bachforelle (Bella) den Lebensraum Fließgewässer mit allen Sinnen kennen und bauen eine persönliche Beziehung zu Bella auf. Schließlich wird dieser persönliche Bezug genutzt, um umweltrelevantes Verhalten zu fördern und damit den Lebensraum Fließgewässer zu erhalten.

Abstract: Upper and middle reaches of upland streams mostly show more attractive natural settings and less anthro- pogenic influences than corresponding lower reaches. Because of numerous preserve areas, the upper Ulster drainage area shows some characteristics; one of these is belonging to “Biosphärenreservat Rhön” (Biosphere Reserve Rhoen). Those boundary conditions have to be taken in consideration when planning a nature trail. Concurrently there results a potential from this situation, which can be used purposefully for development of a nature trail. Based on the restrictions a look is taken at the Ulster’s suitability as a location for environmental education programs in the form of a nature trail. In doing so the development of a personal relationship to natural environment is the centre of attention: the most important requirement to sensitize the target group “children” for nature and supporting environmentally relevant behaviour. But how can especially children be led back to nature (again)? How can you sensitize them and get them enthusias- tic about nature with a lasting effect? How shall knowledge deficits be compensated at nature trails? With which requirements does a nature trail have to comply to realize a lasting environmental sensitization? Focused on these questions, a nature trail concept in the Ulster drainage area (Werra drainage area) is presented. In this concept visitors get introduced to streams as a habitat using brown trout (Bella) as a leading species and develop a personal relationship to Bella. Finally this relationship is used for supporting environmentally relevant behaviour and preserve streams as a habitat.

Schlüsselwörter: Interaktive Umweltbildung, Umweltsensibilisierung, Lehrpfad, Naturerlebnis, Gewässerlehrpfad, Ulstertal, Neurodidaktik

Keywords: interactive environmental education, environmental awareness, nature trail, nature, water nature trail, Ulster valley, neuro-education

*Anschriften der Autoren: Dipl.-Geogr. Bernhard Bartsch-Herzog ([email protected]), Rosselenweg 24, D-73730 Esslingen am Neckar; Prof. Dr. Christian Opp ([email protected]), Phillips-Universität Marburg, Fachbereich Geographie, Deutschhausstraße 10, D-35037 Marburg.

1. Einleitung stunden hinter sich, als sie Grundschulstunden absolvieren werden. Immer mehr Bereiche der Spaziergängerinnen und Spaziergängern Umwelt- Wirklichkeit werden heute aus „zweiter Hand“ – informationen mittels eines Lehrpfades bereitzu- also über Medien wahrgenommen (Herz 1994: stellen sowie Interaktionen mit der Naturausstat- 37). Wo und wann kommen Jugendliche noch in tung zu initiieren, macht sich mit zunehmender direkten Kontakt mit Natur und werden sich Naturferne bzw. Entbindung der Gesellschaft von dessen bewusst? Heute wachsen die Jugendlichen den natürlichen Grundlagen mehr denn je erfor- in einer Welt auf, in der die Entfremdung von der derlich. Ende des 20. Jahrhunderts, Anfang des Natur nahezu selbstverständlich ist (Sichler 1995: 21. Jahrhunderts stellen Lehrpfade ein beliebtes 49). und gleichzeitig weit verbreitetes umweltpädago- Egal ob durch Fernsehen oder das Internet - gisches Medium dar. Dabei erscheint es weniger Natur wird von Kindern und Jugendlichen so wichtig, möglichst viele Lehrpfade in der Land- wahrgenommen, wie sie in den Medien präsen- schaft zu installieren. Vielmehr gilt es, deren tiert wird. Wenn wir einmal reflektieren, welche Qualität objektiv zu hinterfragen und konzeptio- Inhalte und Schlagzeilen uns entgegengebracht nelle Anpassungen vorzunehmen, um eine nach- werden, so stellen wir fest, dass diese überwie- haltig umweltorientierte gesellschaftliche Ent- gend negativ konnotiert sind. Das Bild einer wicklung voranzutreiben. heilen Welt begegnet uns weitaus seltener als das Obwohl Lehrpfade hierfür nur einen geringen ökologischer Katastrophen und eines unumkehr- Beitrag leisten können, bieten sie dennoch eine baren Klimawandels. einfache Möglichkeit, Kinder der naturfernen Diese medienübliche Form der Katastrophen- Generation wieder verstärkt für Natur und Um- oder auch Zeigefingerpädagogik verängstigt die welt zu sensibilisieren. Doch wie ist dies mög- Rezipientinnen und Rezipienten und führt lich? schließlich zu Frustration, Resignation und Ohn- Im Folgenden wird die Entsinnlichung und macht, solange sie nicht mit positiven Erfahrun- Naturentfremdung der Gesellschaft aufgezeigt gen, persönlichen und gesellschaftlichen Hand- sowie auf welche Art und Weise nachhaltige lungsperspektiven verknüpft werden (Lude 2001: Lernprozesse in der Natur und Naturerlebnisse im 212; Ude 1994: 178; Poferl et al. 1887: 107). Allgemeinen arrangiert werden müssen. Daraus Um Resignation zu vermeiden, muss hinterlassen sich allgemeine Prinzipien nachhaltigen fragt werden, wie Sensibilität für naturnahe Lernens ableiten, die schließlich in spezifizierter Lebensräume geschaffen und gleichzeitig um- Weise in einem Lehrpfadkonzept Anwendung weltschützende Verhaltensmaßnahmen gefördert finden und exemplarisch an zwei Lehrpfadstatio- werden können. nen aufgezeigt werden.

3. Von Naturerlebnissen zur Um- 2. Entsinnlichung und Naturent- weltsensibilität fremdung Zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen, Unsere heutige Gesellschaft wird von einer dass keine signifikante Korrelation zwischen immer stärker werdenden Mediendominanz Umweltwissen und tatsächlichem Umweltverhal- überschattet! Fast jedes zweite Kind (zwischen ten existiert (Siebert 1998: 83; Bögeholz 1999: sechs und dreizehn Jahren) ist in Besitz eines 16; de Haan et al. 1997: 162; de Haan 1998: 114; eigenen Fernsehers und verbringt mehr Zeit vor Weizsäcker 1994: 28; Poferl et al. 1997: 72; dem Gerät als mit Freunden, Lernen, Hausaufga- Degenhardt 2002: 13; de Han & Kuckartz 1995: ben, Spielen (egal ob drinnen oder draußen), 15). Stattdessen scheinen positive, durch Bezugs- Sport oder Lesen (Medienpädagogischer For- personen unterstützte, kindliche Naturerfahrun- schungsverband Südwest 2006: 9f). Etwa 82% gen eine starke positive Wirkung auf das Sozial- der Sechs- bis Siebenjährigen können auf ihren verhalten der Kinder und auf das zukünftige, Fernseher am wenigsten verzichten (Medienpä- umweltbewusste Handeln zu haben. So berichten dagogischer Forschungsverband Südwest 2007: Erwachsene, die ein hohes Engagement im Natur- 18). Heutige Grundschulkinder haben bereits vor schutz zeigen, dass der Beginn ihres Interesses ihrem Eintritt in die Grundschule mehr Fernseh- durch erkundende und ästhetische Naturerfahrun-

21 gen in der Kindheit, Anregungen zum Umwelt- Bayern und Nordrhein-Westfalen unter krankhaf- schutzverhalten durch Eltern oder Freunde sowie ten, motorischen Koordinationsstörungen (de handlungsrelevantes Umweltwissen entstanden ist Haan 2009: 37). Häufig gehen diese mit sensori- (Bögeholz 1999: 45). schen Störungen einher. Ein Lehrpfad kann Soll das Ziel erreicht werden, eine stärkere Um- hierbei zumindest in geringem Maße beiden weltsensibilität der Kinder und Jugendlichen zu Entwicklungsstörungen entgegenwirken. Darüber erreichen und sie nachhaltig zu umweltschützen- hinaus fördert Bewegung Lernvorgänge im All- dem Verhaltensweisen zu bewegen, sind genau gemeinen. Der zweite methodische Aspekt, der diese positiven, kindlichen Naturerfahrungen im Lehrpfaden als Umweltbildungsmedium zugute ‚Lernort Natur’ zu arrangieren. kommt, ist die soziale Komponente, denn auch gemeinsames Naturerleben, gemeinsame Aben- teuer, sich miteinander austauschen und Zusam- 4. Lernen in der Natur menhänge besprechen, kann den Lernprozess unterstützen (de Haan 2009: 37). Betrachtet man Lernprozesse in der freien Natur im Vergleich zu der Begrenztheit an Möglichkei- ten in geschlossenen Räumen, so können ver- 5. Prinzipien nachhaltigen Lernens schiedene ökologische Probleme sehr viel einfa- cher erfahrbar gemacht und somit ein Persönlich- Neben den bereits beschriebenen Grundlagen keitsbezug zum Problem aufgebaut werden. möglichst nachhaltiger und naturnaher Umwelt- Individuelle Erfahrungen und der direkte, persön- bildungsmaßnahmen im Allgemeinen sollen nun liche Kontakt mit ökologischen, sozialen und sieben wesentliche Prinzipien des Arrangements politischen Problemen ermöglichen es, sehr von Lernprozessen im Vordergrund stehen. komplexe Zusammenhänge am eigenen Leib nachvollziehen zu können. Weiterhin unter- 5.1. Neugier und Interesse wecken streicht der Lernort Natur – als Raum für ästheti- Lernprozesse kann man nicht von außen initiie- sche und emotionale Erlebnisse mit einer Vielfalt ren. Jedes Individuum entscheidet selbst, was faszinierender Formen, Farben und Strukturen – gelernt wird. Deshalb ist es besonders wichtig, die Attraktivität der natürlichen Umgebung solche Lernsituationen zu arrangieren, die zum (UNESCO-Verbindungsstelle für Umwelterzie- Nachdenken anregen, Interesse wecken, Bewun- hung 1992: 76). derung hervorrufen und zum Nachforschen ani- Dabei gilt es jedoch stets zu beachten, dass mieren. Somit steigt die intrinsische Motivation, nicht nur die Vermittlung von reinem Wissen im sich mit einem Sachverhalt zu beschäftigen und Vordergrund steht. Stattdessen sollte versucht problemorientiert tätig zu sein. Hieraus entstehen werden, durch den Naturzugang einen persönli- Erfolgssituationen, die durch einen entsprechen- chen Bezug zu eröffnen, um sich auf Phänomene den Spannungsbogen die Kontinuität des Lern- der Natur einlassen zu können (Schenk 2000: 29). prozesses aufrecht erhalten. Dies gilt es auch bei der Konzeption eines Bestmögliche Lernerfolge werden durch eine Lehrpfads zu beachten. Mit den Zielen, Natur abwechslungsreiche Lernumgebung, Interesse, erfahrbar zu machen und einen intensiven Natur- Neugier, Spannung, Bewunderung und Erfolgssi- kontakt zu ermöglichen, können zeitgleich tuationen im Lernprozess erzielt (Lang & Stark Kenntnisse über natürliche und naturgefährdende 2000: 60-70; Roth 2009: 66). Prozesse erworben und emotionale Bezüge zur Natur hergestellt werden, die wiederum die 5.2. Personifizierungsmaßnahmen zur Bereitschaft zum Mitwirken im Naturschutz initiieren können (Hedewig 1993: 8). Identifikation Zwei weitere, den Lernprozess begleitende In Anbetracht der Tatsache, dass ein fremder Komponenten, sprechen hierbei für einen Lehr- Lebensraum Kindern nicht auf abstrakte Weise pfad als Umweltbildungsangebot. Zum Einen zugänglich gemacht werden kann, ergibt sich die kommen hierbei motorische Aspekte zum Tragen. Frage nach einer geeigneten Methode, diesen Dies ist wichtig, da sich neben der Sensitivität der auch für Kinder nachvollziehbar zu gestalten. Sinnesorgane auch die allgemeine Bewegungsfä- Wenn es gelingt, einen Zusammenhang so higkeit vieler Kinder und Jugendlichen im heuti- darzustellen, dass sich die Rezipientinnen und gen Lebensumfeld immer weniger entwickelt. So Rezipienten mit einem Sachverhalt identifizieren leiden bereits zehn Prozent der Erstklässler in und sie anschließend durch zusätzliche Informati-

22 onen das eigene alltägliche Handeln reflektieren ten ganzheitlichen Naturerlebens zu arrangieren. können, so wird dadurch ein hohes Maß an Be- Hierzu zählen neben den verschiedenen Sinnes- troffenheit ausgelöst und der abstrakte Lernpro- eindrücken gleichermaßen emotionale Erfahrun- zess am eigenen Leib erfahrbar. Damit wird die gen (Schenk 1998: 30). Grundlage geschaffen, aus einer intrinsischen Motivation heraus, selbstreflektiert und -initiiert, 5.5. Die emotionale Begleitung von umweltbewusst zu handeln. Die hierfür notwen- Lernprozessen dige Identifikation kann durch ansprechende Die verschiedenen Sinneseindrücke lernender Logos, Namen oder Hinweise geschehen, sich in Individuen können nicht isoliert betrachtet wer- eine Situation oder auch in ein Objekt hineinzu- den, denn das menschliche Gehirn transferiert versetzen (Ebers 1998: 40; Lang & Stark 2000: nicht einzig und allein über die Augen wahrge- 70; Megerle 2003: 313f, 353). nommene, sensorische Reize zu einer Vorstellung

von Wirklichkeit. Zeitgleich fließen Informatio- 5.3. Direkter Kontakt mit Phänomenen nen aller Eingangskanäle sowie Gefühle, Emotio- und Problemen nen, Erfahrungen, Erinnerungen und Erwartungen Direkte Erfahrungen vor Ort und die Auseinan- in die bewusste und unbewusste Gehirnaktivität dersetzung mit den Phänomenen und Problemen ein. Diese komplexen Prozesse sind notwendig, der Wirklichkeit ermöglichen einen stärkeren um die Bedeutung der Umwelt für die eigene Bezug zwischen Lernenden und Lerngegenstand, Person zu erfahren und somit etwas als gleichgül- als dies über indirekte Informationen möglich ist. tig oder schützenswert zu betrachten und Betrof- Dadurch wird man auf die Auswirkungen fenheit auszulösen (Megerle 2003: 31). Emotio- menschlichen Handelns vor der eigenen Haustür nen werden hierbei als Türöffner für Lernprozes- aufmerksam gemacht. Eine solche Betroffenheit se verstanden. Sie intensivieren und beschleuni- ist durch eine rein mediale Darstellung von weit gen Lernvorgänge weit über ein rein kognitiv entfernten oder globalen Problemen nicht mög- mögliches Maß hinaus, sodass das entstandene lich. Ebenso ist der Effekt umweltrelevanter Wissen nachhaltig im Gedächtnis verankert Verhaltensweisen vor der eigenen Haustür einfa- bleibt. Studien von Spitzer (2002 & 2003, In: cher wahrnehmbar und die Wahrscheinlichkeit Herrmann 2009: 172-178), Markowitsch (2002, der Resignation aufgrund des geringen globalen In: Brand & Markowitsch 2009: 77) und Roth Effekts kleiner. Zudem erleichtert körperliche (2003, In: Roth 2009: 66) unterstreichen die Bewegung - durch die bessere Gehirndruchblu- Bedeutung der emotionalen Begleitung von tung - den Lernerfolg (Lang & Stark 2000: 61; Lernprozessen. Durch die gezielte Nutzung Lude 2001: 212; Ude 1994: 178). emotionaler Komponenten ist neben der wesentlich besseren Informationsaufnahme ebenso die 5.4. Die Bedeutung multisensorischer Möglichkeit gegeben, Betroffenheit bezüglich Lernwege eines Umweltproblems auszulösen und die Moti- vation für eigenes, umweltbewusstes Handeln zu Betrachtet man das – eingangs beschriebene – entwickeln (Rottenbach 1995: 203). Phänomen der zunehmend medienzentrierten und gleichzeitig naturdistanzierten, kindlichen und jugendlichen Entwicklung im Hinblick auf den 5.6. Aktivität Gebrauch verschiedener Eingangskanäle, so wird Das Prinzip der Aktivität impliziert die bereits schnell deutlich, dass insbesondere die visuelle beschriebenen Aspekte multisensorischen und Wahrnehmung bei dieser Altersgruppe im Vor- emotionalen Lernens. Durch entsprechende dergrund steht. Während sich Erwachsene beson- Anregungen sowohl zur körperlichen als auch ders auf ihren optischen Sinn verlassen, nutzen geistigen Aktivität in Form von Beobachtungen, Kleinkinder alle Sinneskanäle gleichermaßen, um Erkundungen, Untersuchungen, Diskussionen ihre Umwelt in vollem Umfang zu begreifen. oder eigenständigen Problemlösungen können Dieser ganzheitliche Lernprozess ermöglicht eine individuelle Lernprozesse optimal gefördert intensivere und nachhaltigere Informationsauf- werden. Neben der reinen Wissensaufnahme nahme, tritt jedoch sowohl im gesellschaftlichen stehen hierbei insbesondere aktive und direkte als auch individuellen Entwicklungsprozess Naturerfahrungen im Vordergrund. Durch die immer weiter in den Hintergrund, woraus neben Beteiligung von Sinneseindrücken, Emotionen, der Entsinnlichung auch eine Naturentfremdung Gefühlen und kognitiven Leistungen wird ein resultiert. Aus diesem Grund gilt es, Möglichkei- ganzheitlicher und somit nachhaltiger Lernpro-

23 zess in Gang gebracht, der in hohem Maß die lichkeitsebene angestrebt und als grobe Leitlinie Aufmerksamkeit und Neugier der Lernenden auf angesehen werden. Dafür kommen drei methodi- sich zieht. Dabei gilt zu beachten, dass sich bei sche Zugänge in Frage: sinnliches Naturerleben, den Kindern Erfolgssituationen einstellen (Lang ein Spiel, welches zum Naturerleben führt und & Stark 2000: 60). ästhetisches Naturerleben (Corleis 2000: 34f). Die Art und Weise wie Naturerleben erfolgt, 5.7. Der Bezug zur Lebenswirklichkeit sollte nach de Haan & Kuckartz (1996: 115), in der Lernenden jedem Fall auf direktem Weg stattfinden, d. h. in direktem Kontakt zwischen Mensch und Natur. Betrachtet man Lernen aus neurobiologischer Somit seien die wichtigsten methodischen Perspektive, stellt man unweigerlich fest, dass Voraussetzungen des Lernprozesses beschrieben. nicht nur der Lern-, sondern bereits der Wahr- Bevor diese nun jedoch in die Tat umgesetzt nehmungsprozess in Abhängigkeit von Vorerfah- werden, sollten weiterhin die Interessen der rungen und Erwartungen selektiv stattfindet. Lernenden Berücksichtigung finden, um mög- Neue Informationen können also nur an bereits lichst adressatengerecht vorzugehen und nachhal- vorhandenen neuronalen Netzen im Gehirn an- tige, individuelle Lernprozesse zu arrangieren. knüpfen. Werden diese ohne jeglichen Bezug Aber was wünschen sich die Rezipientinnen und zum Vorwissen und zur Lebenswirklichkeit Rezipienten in Bezug auf Umweltbildung? aufgenommen, bleiben sie oberflächlich und Die breite Masse der Teilnehmerinnen und werden schnell wieder vergessen. Wenn sich Teilnehmer präferiert Umweltbildungsangebote Wissen nachhaltig in den Köpfen und Herzen der in der näheren Umgebung ihres Wohnortes, so Menschen verankern soll, so muss es sowohl dass sie weder lange Fahrten auf sich nehmen emotionale Zugangsweisen enthalten, als auch müssen, noch gezwungen sind, dort zu übernach- situiert gelernt werden (Siebert 1998: 81). Es ten. Dabei sind kurze und produktive Veranstal- muss in die lebensweltlichen Kontexte eingebun- tungen verständlicherweise wesentlich beliebter den sein und an Vorkenntnisse und Vorerfahrun- (Giesel et al. 2002: 134f). Über 74 % befürworten gen anknüpfen. Wissen ist dabei nicht als zu eine fächerübergreifende Konzeption. Ebenso vermittelnder Stoff, sondern als kognitive Leis- groß sind außerdem das Interesse zielgruppenspe- tung der Person zu verstehen, denn wir benötigen zifischer Angebote und der Bezug zu lokalen kein reines Faktenwissen, sondern Wissen mit Umweltproblemen, das Angebot praktischer Bezug zu unserer alltäglichen Lebenswirklichkeit Tipps, Bewusstseinsbildung und Möglichkeiten (Siebert 1998: 81). Da jedoch die Auswirkungen zur Diskussion (Giesel et al. 2002: 134-137). des eigenen Verhaltens auf die Umwelt nicht sinnlich wahrnehmbar sind, müssen die Informa- tionen von vertrauenswürdigen Personen glaub- würdig und nachvollziehbar bereitgestellt werden 6. Von den Prinzipien zum Lehrpfad

(Umweltbundesamt für Mensch und Umwelt Mit dem Ziel einen ansprechenden Umweltbil- 2002: 21). dungslehrpfad im Ulstertal zu konzipieren, sind Betrachtet man nun die sieben beschriebenen selbstverständlich die entsprechenden örtlichen Prinzipien im Zusammenhang, wird deutlich, dass Besonderheiten zu berücksichtigen. Hierzu zählt ganzheitliche Erfahrungen des Naturerlebens in neben Naturschutz-, Landschaftsschutz-, Vogel- ihrer Gesamtheit ein Bild von der Wirklichkeit schutz- und Flora-Fauna-Habitat-Gebieten insbe- darstellen. Menschliches Verhalten wird nicht sondere die Zonierung des Biosphärenreservates primär rational durch Wissen gesteuert, sondern Rhön. Die gesamte Ulster und ihre Zuflüsse vielmehr aus dem Bauch heraus, das bedeutet auf gehören – mit Ausnahme eines 1,5 Kilometer emotionaler Ebene. Aus diesem Grund sind langen Abschnittes vor der Mündung in die emotionale Gefühle möglichst in einen hand- Werra – zum Biosphärenreservat Rhön (Biosphä- lungsorientierten Lernprozess zu integrieren. renreservat Rhön 1996, Opp 2005). Betrachtet Dabei spielen nicht nur positive, sondern vor man nun das Ulstertal hinsichtlich seiner Umset- allem reale Emotionen eine Rolle, um eine per- zungsmöglichkeiten für Umweltbildungsmaß- sönliche Haltung zu menschlichen Verhaltens- nahmen aufgrund möglicher Reglementierungen weisen in der Natur zu erreichen (Corleis 2000: durch die Zonierung des Biosphärenreservates, so 32ff). Das Ziel eines absolut ganzheitlichen stellt man fest, dass beinahe die gesamte Ulster Lernvorgangs ist unerreichbar, sollte aber den- durch eine Entwicklungszone verläuft, zumindest noch in Annäherung an eine niedrige Ganzheit- auf der Strecke von Wüstensachsen bis Wenigen-

24 taft. Nur in der Quellregion, einem kurzen Ab- somit der Bereich des oberen Ulstertals (die schnitt bei Motzlar und in dem Bereich zwischen Quellbäche aufgrund ihrer Zugehörigkeit zum Wenigentaft und Pferdsdorf durchläuft sie Pflege- Kernzonengebiet ausgenommen) bis Wenigentaft beziehungsweise Kernzonengebiet. Abgesehen in Frage. von den wenigen Kernzonenabschnitten sind Die Lage der Ulster im Biosphärenreservat überall Umweltbildungsmaßnahmen auch in Rhön eignet sich in besonderem Maße, um Um- Form von Lehrpfaden erlaubt (Ständige Arbeits- weltbildungsmaßnahmen durchzuführen, denn gruppe der Biosphärenreservate in Deutschland Umweltbildung wird in Biosphärenreservaten als 1995: 244f). Für die Konzeption eines Lehrpfades ein wesentliches Ziel formuliert (Abb. 1) innerhalb des Biosphärenreservates Rhön kommt

Abb.1: Das Ulster-Einzugsgebiet und die Lage des Lehrpfades.

7. Der geplante Lehrpfadstandort standorte. Zum Einen erhalten sie einen Span- nungsbogen aufrecht und zum Anderen gelangt Sobald die formalen Restriktionen im Einzelnen man somit zum Ausgangspunkt zurück. Dies beachtet und einige geeignete Standorte ins Auge verhindert Orientierungslosigkeit und das Prob- gefasst wurden, sind bereits vorhandene Umwelt- lem, für den Rückweg den öffentlichen Personen- bildungsstandorte zu berücksichtigen, um Über- nahverkehrs nutzen beziehungsweise zum eige- angebote zu vermeiden und eine gleichmäßige nen Fahrzeug zurückkehren zu müssen. Der Verteilung dieser anzustreben. Ohne im Folgen- Erlebnisspielplatz eignet sich in hohem Maße, um den die einzelnen Einrichtungen im Ulstertal die Zielgruppe Kinder anzusprechen. näher zu erläutern, ergaben Recherchen vor Ort, dass ein Defizit in Ortsnähe der Siedlung Wüs- tensachsen/Ehrenberg auffällig ist. Strebt man 8. Das Lehrpfadkonzept eine bessere Verteilung und Verfügbarkeit an Umweltbildungsmöglichkeiten an, so müsste Kinder zeigen eine unglaubliche Ausdauer und gerade dort die Umsetzung des Lehrpfades erfol- Konzentration an geeigneten Lehrpfadstationen. gen. Somit wäre Umweltbildung für alle Bürge- Darüber hinaus gelten Naturerfahrungen in der rinnen und Bürger auch in Wohnortnähe von Kindheit als Voraussetzung für die Motivation zu Wüstensachsen möglich. umweltgerechten Verhalten und der Mitarbeit in Betrachtet man nun die Ulsteraue in der Ge- natur- und umweltschützenden Einrichtungen im meinde Ehrenberg im Hinblick auf die Umset- Erwachsenenalter. Als prägende Phase gilt hierfür zungsmöglichkeiten eines Gewässerlehrpfades vor allem die spätere Kindheit - also vom Schul- und berücksichtigt gleichermaßen die Interessen eintritt bis zur Vorpubertät (Bögeholz 1999: 19). der Rezipientinnen und Rezipienten, so scheint der Wandererparkplatz „Roter Rain“ am südli- chen Ortsrand von Wüstensachsen – der größten Siedlung der Gemeinde Ehrenberg – besonders geeignet. An diesem Standort wurde von der hessischen Verwaltungsstelle des Biosphärenre- servates Rhön ein Erlebnisspielplatz errichtet, welcher Ausgangspunkt von Familienwanderun- gen ist. Der Erlebnisspielplatz, die zahlreichen Bänke und Tische sowie der Parkplatz und die starke Frequentierung sind optimale Vorausset- zungen für den Start- und Endpunkt eines Lehr- pfad-Rundweges. Zudem können Touristen von der nahe gelegenen Touristeninformation in Wüstensachsen und Radwanderer des direkt anschließenden Ulstertal- und Rhönradweges auf den Lehrpfad aufmerksam gemacht werden. Auch an der nahe gelegenen Wasserkuppe – der am Abb. 2: „Bella“, die Bachforelle – das Lehrpfad-Logo. meisten von Besuchern frequentierten Lokalität in der Rhön (Jordan 2007) – könnten Informations- Es ist besonders bedeutsam, dieser Alters- broschüren auf einen Lehrpfad in Wüstensachsen gruppe Naturerfahrungen und eine direkte Ausei- hinweisen. nandersetzung mit der Natur zu arrangieren. Aus Ausgehend von dem Parkplatz „Roter Rain“ diesem Grund wurden Kinder der späten Kindheit und dem Erlebnisspielplatz haben Mitarbeiterin- als Zielgruppe für diesen Lehrpfad ausgewählt. nen und Mitarbeiter der Verwaltungsstelle des Sie werden an einen fremden Lebensraum mit- Biosphärenreservates Rhön drei Rundwege samt der dort lebenden Organismen und deren angelegt. Einer dieser Rundwege misst etwa 3,5 Wechselbeziehungen herangeführt und für natur- Kilometer. Er orientiert sich in hohem Maße am nahe Lebensräume sensibilisiert. Ziel ist es, durch Verlauf der Ulster. Durch die bereits bestehende die Verknüpfung zu ihrem Alltagshandeln, ein Beschilderung kann bei der Nutzung dieses Bewusstsein zum Schutz des Lebensraumes zu Weges auf ein Leitsystem entlang des Lehrpfades entwickeln. verzichtet werden. Darüber hinaus eignen sich Um die eingangs beschriebenen multisensori- Rundwege in besonderer Weise als Lehrpfad- schen, emotionalen, interaktiven und bedeutsa-

26 men Grundsätze umsetzen zu können, sind über- Umsetzung des erworbenen, handlungsorientier- wiegend praktische Aktivitäten in der Natur ten Wissens animieren. Hierfür müssen jedoch notwendig, sodass vor allem affektiv-emotional die Zusammenhänge zwischen menschlichen und kognitiv gelernt werden kann. Dafür eignen Verhaltensweisen und deren Auswirkungen auf sich zumeist spielerische Verfahren, um Hand- den Lebensraum Fließgewässer altersgemäß lungsfähigkeit zu aktivieren und die Fähigkeit zu nachvollzogen werden können. Die Umsetzung entwickeln, sich in umweltrelevante Situationen der Konzeption erfolgt sukzessiv im Verlauf des und andere Personen hineinzuversetzen, einen Lehrpfades und soll im Folgenden exemplarisch Bezug zur Umwelt aufzubauen und eine entspre- an zwei Stationsbeispielen dargestellt werden: chende Handlungsnotwendigkeit zu aktivieren Beispiel einer Lehrpfadstation zu Beginn des (Muff 2001: 53). Die entsprechenden Informatio- Lehrpfades (Abb. 3). nen und Anregungen sollen neugierig machen, mit vorhandenem Wissen verknüpfbar sein, einen Was soll mit Station 1 erreicht werden? Gebrauchswert haben und für Problemlösungen dienlich sein. Somit können die Besucherinnen Die erste Station wird genutzt, um die Bachfo- und Besuchern betroffen und nachdenklich ge- relle ein wenig kennen zu lernen und ihre Ernäh- macht und deren Wertschätzung der Natur noch rungs- und Lebensweise zu verstehen. Dabei wird verstärkt werden (Megerle 2003: 244f, Lang & besonderen Wert darauf gelegt, sich Zeit zu Stark 2000: 70). lassen und den neuen Raum zu erkunden, sich in Bevor handlungsorientiertes Wissen und All- ihm zu bewegen und genau wie die Forelle nach tagshinweise wahr- und aufgenommen werden, Nahrung zu suchen. Um dies zu erfahren, werden ist es zunächst einmal notwendig, den Besuche- sich die Besucherinnen und Besuchern in die rinnen und Besuchern einen altersgerechten Bachforelle hineinversetzen. Dieser Vorgang ist Zugang zum meist unbekannten Lebensraum für den folgenden Pfadabschnitt von Bedeutung. Bach zu ermöglichen. Entsprechend den Anforde- Wie einfach oder schwer es ist, Nahrung zu rungen von Lang & Stark (2000: 70) wurde dem finden, wird jeder selbst feststellen und mögli- Lehrpfad deshalb eine Leittierart (Bachforelle) cherweise die Forelle um ihre Fähigkeiten be- mit dem Namen Bella zugrunde gelegt (Abb. 2). wundern. Sich selbst in der Rolle der Bachforelle Bella begleitet in Form eines verniedlichten zu sehen und Bewunderung zu empfinden, ist ein Logos den Lehrpfad. Darüber hinaus wurde ein erster und wichtiger Schritt, um ein Schutzbe- prägnanter, ansprechender, objektiver und Inte- dürfnis des Lebensraumes des Tieres zu entwi- resse weckender Lehrpfadname gewählt: „Erlebe ckeln. Hierbei spielen natürlich sinnliche Erfah- den Lebensraum der Bachforelle Bella“. Dieser rungen eine wichtige Rolle, um den Lebensraum Titel lässt richtig vermuten, dass an diesem zu verstehen und weitere Emotionen zu entwi- Lehrpfad die Eigenaktivität der Besucherinnen ckeln. Kaltes Wasser aus dem Oberlauf eines und Besuchern im Mittelpunkt steht und lässt Fließgewässers, glatte und glitschige Steine im gleichzeitig offen, in welcher Form der Lebens- und am Bach, die Geräusche des plätschernden raum Bach erlebt werden soll. Wassers, welches selbst im Verlauf des kurzen Infolge der Personifizierung durch das Logo Bachabschnittes seine Erscheinung ändert, viele und der vermenschlichten Bachforelle werden verschiedene kleine Lebewesen, die man wahr- Bilder, Erwartungen, Neugier und Interesse bei scheinlich noch nie vorher zu Gesicht, geschwei- den Teilnehmerinnen und Teilnehmer im Kindes- ge denn zwischen die Finger bekommen hat… alter geweckt. Darüber hinaus wird ein Span- Das Umfeld gibt Raum für zahlreiche sinnliche nungsbogen aufgebaut, welcher durch die Kon- Erfahrungen, die heute bei Kindern und Jugendli- zeption des Lehrpfades als Rundweg in stärkerem chen häufig zu kurz kommen, aber bedeutsam für Maße aufrechterhalten wird und nach Lang & die Entwicklung eines Kindes sind. Stark (2000: 70) einen größeren Lernerfolg Durch den gegebenen Hinweis auch unter den erwarten lässt. Der Lehrpfad beinhaltet insgesamt Steinen nach Lebewesen zu suchen, werden allen 10 Stationen (Tab. 1). Besucherinnen und Besuchern umfassende Na- Der empathische, kindgerechte Zugang er- turerfahrungen und zugleich Erfolgserlebnisse leichtert im Zusammenhang mit direkten, sinnli- ermöglicht, denn jede/r wird Lebewesen finden. chen und emotionalen Naturerfahrungen einen Im Bachabschnitt wimmelt es vor Fliegenlarven direkten Bezug zur Lebenswirklichkeit und kann und Bachflohkrebsen. Dieses Erfolgserlebnis, dadurch gezielt Betroffenheit der Teilnehmerin- wirklich etwas gefunden zu haben, auch wenn nen und Teilnehmer auslösen und diese zur man es nicht erwartet hätte, ist eine notwendige

Voraussetzung für eine weiterhin aktive Bereit- eigenen Wohnung zu Hause wird das Bewusst- schaft zur Umsetzung der Handlungsanweisungen sein entwickelt, dass alle Wohnhäuser mit Trink- und Beantwortung der Fragestellungen. Lang & wasser versorgt werden. Stark (2000: 60) ordnen die Relevanz an Erfolgs- Inhaltlich sollen an dieser Station insbesonde- situationen bei Lehrpfaden insbesondere der re die Zusammenhänge von Grundwasser und ausgewählten Zielgruppe „späte Kindheit“ zu. oberirdischem Abfluss sowie die Herkunft unse- Dadurch, dass man nun selbst etwas gefunden res Trinkwassers geklärt werden. Hierbei werden hat, will man natürlich erfahren, was genau man die Erkenntnisse vorheriger Stationen – wie gefunden hat und wird somit die Abbildungen mit beispielsweise die Abbildung des versickernden den beobachteten Lebewesen vergleichen. Somit Wassers bei Station 3 – erweitert (vgl. Abb. 5). beschäftigen sich die Besucherinnen und Besu- Auf Grundlage des bereits Gelernten wird chern noch intensiver mit den gegebenen Infor- aufgebaut und ein weiterer entscheidender Faktor mationen und lernen neben neuen Arten auch ergänzt: das Wissen um den sinkenden Grund- gleich deren Artnamen kennen. Der zusätzliche wasserspiegel bei steigendem Wasserverbrauch. Aspekt der Nutzung von Luftnahrung kann zur Dieser Effekt ist für die Besucherinnen und Bewunderung der Leittierart führen. Besuchern insofern von Bedeutung, dass sie Durch die Erfolgssituationen, dem ersten Kon- begreifen, selbst etwas tun zu können, um den takt mit dem Wasser, der Vermittlung von Art- Lebensraum zu erhalten. Sie selbst haben eine namen und deren interspezifischen Verhältnisses, Beziehung zu Bella aufgebaut und sehen sich nun der Bildung von ersten Emotionen und sinnlichen mit der Tatsache konfrontiert, dass sie persönlich Erfahrungen konnte ein Spannungsbogen aufge- meist unbewusst auf ihren Lebensraum Einfluss baut werden. Somit sind bereits in der ersten nehmen. Somit wird ein wichtiger, umweltrele- Station neben persönlichen Erfahrungen wichtige vanter Handlungsimpuls gegeben, etwas zum Grundlagen für das Interesse an den folgenden Schutz der Bachforelle beizutragen. Stationen geschaffen worden. Nun sind die Resultate jedes Einzelnen gering, An den folgenden Stationen steht weiterhin der aber wenn die Botschaft des Wassersparens viele direkte Kontakt mit dem Lebensraum Wasser und Haushalte erreicht, können somit zumindest die der Aufbau einer persönlichen Bindung zu Bella Lebensbedingungen der Bachforellen für einen im Vordergrund. Durch Einbezug eines unterirdi- längeren Zeitraum aufrechterhalten werden. Diese schen Röhrensystems am Erlebnisspielplatz Station soll dazu beitragen, Handlungsmöglich- „Roter Rain“ können auf sehr emotionalem Weg keiten zu eröffnen, eigene Handlungsmöglichkei- die Gefühlseindrücke einer Bachforelle in ver- ten zu erkennen und somit die Bedeutung des rohrten Gewässerabschnitten nachempfunden Wassersparens – als einen wesentlichen Bestand- werden. Zusammen mit der Suche nach geeigne- teil des Umweltschutzes – zu verinnerlichen. ten Versteckmöglichkeiten kann dadurch direkt Dadurch kann zumindest durch kleine Schritte erfahren werden, was ein naturnahes Gewässer der Umweltbildung ein positiver Effekt für den ausmacht und was getan werden muss, um es zu Umweltschutz erreicht werden. erhalten. Das Schutzinteresse wird beispielsweise In weiteren Stationen wird ein grundsätzliches durch die Bewunderung und die Steigerung der Verständnis des Lebensraumes Bach, bestehen- Wertschätzung während eines Weitsprungver- der Nahrungsbeziehungen sowie menschlicher gleichs der eigenen Fähigkeiten mit denen einer Einflüsse durch Nutzung der Natur, des Trink- Bachforelle geschaffen. Darüber hinaus werden wassers und der Einleitung von Abwässern auf sukzessive Grundlagen für das Verständnis der dieses Ökosystem geschaffen. Dabei wird auf Zusammenhänge nachfolgender Stationen aufge- emotionalem Weg zu Beginn des Lehrpfades ein baut. Schutzbedürfnis gegenüber dem Naturraum aufgebaut, welches an den letzten Lehrpfadstatio- Was soll mit Station 9 erreicht werden? nen genutzt wird, seitens der Besucherinnen und Besuchern eine intrinsische Motivation zum Zunächst wird ein Bezug der Station zum Stand- Umweltschutz zu wecken. Dabei erhalten sie an ort und dem Ort Wüstensachsen aufgebaut. Durch den Stationstafeln genügend Hinweise, die sie den Abstand zu den Häusern sowie weiteren täglich umsetzen können und somit zum Umwelt- Ortschaften im Ulstertal und dem Bezug zur schutz beitragen.

Station Thema Ort Lage Ziele und Inhalte Eingangs- Lehrpfad- Parkplatz Roter Rain, direkt an N 50° 29,475’ / Allgemeine Lehrpfadinformationen, station übersicht einem Erlebnisspielplatz mit E 10° 00,067 Hinweise zur Begehung und Möglichkei- Grillstelle, neben einer Tafel ten zu begleiteten Führungen, Informatio- bereits vorhandener Rundwan- nen zur Homepage sowie zu weiteren derwege. Umweltbildungseinrichtungen im Ulstertal. 1 Die Nahrung der Erlebnisspielplatz an der N 50° 29,471’ / Sinnliche Erfahrungen, Kennenlernen der Bachforelle Holzhängebrücke über die E 10° 00,028’ Nahrung einer Bachforelle, Erfolgserleb- Ulster, reich strukturierte nisse. schaffen. Gewässersohle unterschiedlicher Körnung, geringe Was- sertiefe. 2 Dunkle Tunnel Erlebnisspielplatz, direkt vor N 50° 29,463’ / Emotionen wecken, in die Leittierart gibt’s auch im einem Tunnelsystem E 10° 00,040’ hineinversetzen. Bach! 3 Woher kommt Geräuschbehafteter Zulauf N 50° 29,303’ / Eigenaktivität und Beobachtungen ermög- all das Wasser? eines kleinen Nebenarmes in E 9° 59,917’ lichen, Vermittlung von Grundlagen des die Ulster, große Steine und Wasserkreislaufs. natürliche Stufen erleichtern den Zugang zum Gewässer. 4 Der Bachfloh- Brücke über die Ulster, N 50° 29,241’ / Ermutigung zu weiteren Naturerfahrungen krebs muss auch Erlenbewuchs E 9° 59,867’ durch Beobachtungen und eigenständige etwas fressen, Untersuchungen, Einführung in das aber was? Nahrungsnetzwerk des Ökosystems. 5 Versteck Dich! Naturnaher Gewässerabschnitt N 50° 28,785’ / Kenntnisse zum Leben der Bachforelle und in einem Buchenmischwald, E 10° 00,016’ Sensibilisierung für naturnahe Lebensräu- mit einem Tisch, einer Bank me. und einer Holzbrücke über die Ulster mit Blick auf einen 1 Meter hohen Wasserfall. 6 Bella wandert, Auf einem ebenen und wei- N 50° 28,781’ / Bewunderung für Bachforellen hervorrufen so wie Du! chen Abschnitt des Rundwe- E 10° 00,080’ und Kenntnisse vertiefen. ges im Wald, kurz nach einem steilen Anstieg, etwa neun Meter vor einem separat stehenden, markanten Baum.

7 Wasser schenkt Weide am Waldrand mit Blick N 50° 28,840’ / Erkennen der Bedeutung des Wassers für Leben! ins Ulstertal. E 10° 00,242’ das Leben auf der Erde, des täglichen Wasserverbrauchs des Menschen und des enormen Wasserverbrauchs der Industrie. 8 Woher kommt Weide am Wegrand, im N 50° 28,999’ / Trinkwassergewinnung, Zusammenhänge das ganze Schatten eines Ahornbaumes E 10° 00,244’ von Grundwasser und oberirdischem Leitungswasser mit Blick auf Wüstensachsen. Abfluss, Bewusstseinsbildung zum Was- für den Men- sersparen. schen? 9 Abwässer Weggabelung mit einer Bank N 50° 29,128’ / Verständnis wecken, warum es wichtig ist, verändern Bellas und Blick auf den Ritterhof, E 10° 00,276’ Wasser zu sparen und die Abwässer wenig Lebensraum! unter einer alten Esche. zu belasten. Anregungen zum Wasserspa- ren mit nach Hause nehmen.

10 Die Bedeutung Fischzuchtbecken der Forel- N 50° 29,315’ / Erkennen der Bedeutung der Bachforelle der Bachforelle lenzucht Keidel E 10° 00,025’ für den Menschen, Anregungen zum für den Men- Naturschutz und zur Besichtigung Keidels' schen. Forellenhof

Tab. 1: Themen, Ort, Lage und Ziele der Lehrpfadstationen.

Abb. 3: Tafel der Station 1.

Abb. 4: Tafel der Station 9.

weltbildung“ der Deutschen Gesellschaft für Erzie- hungswissenschaft,5; Opladen (Leske + Budrich). Brand, M. & Markowitsch, H. J. (2009): Lernen und Gedächtnis aus neurowissenschaftlicher Perspekti- ve. Konsequenzen für die Gestaltung des Schulun- terrichts – In: Herrmann, U. (Hrsg.): Neurodidak- tik. Grundlagen und Vorschläge für gehirngerechtes Lehren und Lernen (2. Auflage): 69-85, Wein- heim/Basel (Beltz Verlag). Corleis, F. (2000): Die Bedeutung von Naturerlebnis- sen in der Schule: Naturerlebnispädagogik? – Lü- neburg (Verlag edition erlebnispädagogik). Degenhardt, L. (2002): Nachhaltige Entwicklung und Lebensstile. In: Bolscho, D. & Michelsen, G. Abb. 5: Versickerndes Wasser (Abbildung aus Station (Hrsg.): Umweltbewusstsein unter dem Leitbild 3). Nachhaltige Entwicklung: 13-45; Opladen (Leske + Budrich Verlag). 9. Fazit de Haan, G., Jungk, D., Kutt, K., Michelsen, G., Nitschke, C., Schnurbel, U. & Seybold, H. (1997): Mit dem Ziel, bestehende Lehrpfadmodelle (vgl. Umweltbildung als Innovation. Bilanzierungen und Jost & Opp 2005: 775 sowie, 2006: 95ff) konzep- Empfehlungen zu Modellversuchen und For- schungsvorhaben; Berlin-Heidelberg (Springer). tionell zu überdenken und in der Neukonzeption de Haan, G. & Kuckartz, U. (1995): Phänomene des aktuelle neurowissenschaftliche und neurodidak- Umweltbewusstseins – In: Greenpeace (Hrsg.): tische Forschungsergebnisse zu integrieren, Neue Wege in der Umweltbildung. Beiträge zu ei- wurden sieben Prinzipien nachhaltigen Lernens nem handlungsorientierten und sozialen Lernen: formuliert und in das Konzept des Ulster- 12-31; Göttingen (Verlag die Werkstatt). Lehrpfades integriert. Durch dieses Arrangement de Haan, G. & Kuckartz, U. (1996): Umweltbewusst- von Lernsituationen und der Verknüpfung mit sein. Denken und Handeln in Umweltkrisen; Opla- relevanten Umweltinformationen sowie den den (Westdeutscher Verlag). Zusammenhängen menschlichen Verhaltenswei- de Haan, G. (1998): Bildung für nachhaltige Entwick- sen und deren Auswirkung auf den Lebensraum lung? Sustainable Development im Kontext päda- gogischer Umbrüche und Werturteile. Eine Skizze Fließgewässer vor der eigenen Haustür, resultie- – In: Beyer, A. (Hrsg.): Nachhaltigkeit und Um- ren nicht nur individuelle, sinnliche Naturerfah- weltbildung: 109-148; Hamburg (Krämer Verlag). rungen, sondern ebenso ein stärkeres Bewusstsein de Haan, G. (2009): Potenziale der Umweltbildung zur natürlichen Umgebung. Der persönliche zwischen Bildungsreform und virtuellen Welten – Bezug ist dabei der erste Schritt, um diesen In: Brickwedde, F. & Bittner, A. (Hrsg.): Kindheit Lebensraum als „schön“ und „schützenswert“ und Jugend im Wandel! Umweltbildung im Wan- einzustufen, eine positive Einstellungen gegen- del? 14. internationalen Sommerakademie St. Ma- über der Natur zu erlangen, Begeisterung für die rienthal: 37-42; Berlin (Erich Schmidt Verlag). Natur zu wecken und umweltfreundliches Verhal- Ebers, S. (1998): Es wird konkret: Planung eines ten und Eigenengagement im Natur- und Um- Naturerlebnispfads – In: Ebers, S., Laux, L. & Ko- chanek, H.-M.: Vom Lehrpfad zum Erlebnispfad. – weltschutz zu ermöglichen. Dadurch kann es Handbuch für Naturerlebnispfade: 36-47; Wetzlar gelingen, auch die Kinder der naturfremden (NZH-Verlag). Generation wieder für ihre Umwelt zu sensibili- Giesel, K., de Haan, G. & Rode, H. (2002) Umweltbil- sieren und zu begeistern. dung in Deutschland. Stand und Trends im außer- schulischen Bereich. – Berlin, Heidelberg (Sprin- ger). 10. Literatur Hedewig, R. (1993): Der Naturlehrpfad. Ziele, The- men, Inhalte. – Wetzlar (Naturschutz-Zentrum Biosphärenreservat Rhön (Hrsg.) (1996): Rahmenkon- Hessen). zept für das Biosphärenreservat Rhön – Zusam- Herrmann, U. (2009): Gehirnforschung und die neuro- menfassung. – In: MAB-Mitteilung, 38: 53-60. didaktische Revision schulisch organisierten Leh- Bögeholz, S. (1999): Qualitäten primärer Naturerfah- rens und Lernens. Aspekte und Chancen einer gerung und ihr Zusammenhang mit Umweltwissen meinsamen interdisziplinären Erfolgsgeschichte – und Umwelthandeln. Schriftenreihe „Ökologie und In: Herrmann, U. (Hrsg.): Neurodidaktik. Grundla- Erziehungswissenschaft“ der Arbeitsgruppe „Um- gen und Vorschläge für gehirngerechtes Lehren

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 33-48, 10 Abb., 2 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Einfluss verschiedener Bodenbearbeitungsmethoden auf Bodenwas- serhaushalt und Pflanzenproduktion in Trockengebieten

Sören Dammann, Tobias Meinel, Vladimir I. Beljaev & Manfred Frühauf*

Dammann, S., Meinel, T., Beljaev, V. I. & Frühauf, M. (2011): Einfluss verschiedener Bodenbearbeitungsmethoden auf Bodenwasserhaushalt und Pflanzenproduktion in Trockengebieten. [Effects of different tillage methods on soil water regime and crop production in semi-arid environments.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 33-48, Halle (Saale).

Kurzfassung: Um die Auswirkungen verschiedener Bodenbearbeitungsmethoden auf den Bodenwasserhaushalt und die Entwicklung von Kulturpflanzen in Trockengebieten zu untersuchen, wurden in der südsibirischen Kulundastep- pe (Region Altai) und im Mitteldeutschen Trockengebiet (südliches Sachsen-Anhalt) insgesamt fünf Versuchsflä- chen angelegt. Die Niederschlagsverhältnisse lagen dabei zwischen 340 und 405 mm im russischen sowie 480 und 560 mm im mitteldeutschen Untersuchungsgebiet. Auf den russischen Versuchsflächen konnten deutliche Zusammenhänge zwischen Klima, Bodenwasservorrat und Ertrag festgestellt werden. So zeichnete sich an allen drei Untersuchungsstandorten ab, dass der Bodenwassergehalt umso höher ist, je weniger Bearbeitungsgänge durchgeführt werden. Außerdem wurde deutlich, dass insbesondere im Bereich der Trockensteppe die Aussaatmenge einen entscheidenden Einfluss auf Feldaufgang bzw. Ertrag hatte. Die Ergebnisse der mitteldeutschen Versuchsflächen zeigten, dass die Bearbeitungsintensität einen erkennbaren Einfluss auf den Bodenwasservorrat hatte. Auf dem Versuchsfeld „Leipzig“ zeigte sich, dass die Bearbeitungsme- thode mit der geringsten Intensität die höchsten Feuchtigkeitswerte aufwies. Auch auf dem Versuchsfeld „Barnstädt“ konnte nachgewiesen werden, dass es unter Direktsaat zu einer deutlich schnelleren und länger anhal- tenden Infiltration von Niederschlagswasser auch in tiefere Bodenschichten kam als unter Pflug. Das zusätzlich zur Verfügung stehende Wasser nutzten die Pflanzen effizienter und konnten letztendlich auch höhere Erträge erzielen.

Abstract: To study the impacts of different tillage methods on soil water regimes, and crop development, five test sites were established in the South Sibirian Kulunda steppe (Altai Krai) and the Central German dry region (southern Saxony-Anhalt). Local precipitation varies between 340-405 mm and 480-560 mm in the Russian and Central German study areas, respectively. At the Russian test sites evidence emerged of significant correlations between climate, soil water content and yield. All test sites showed increases in soil water content with decreasing frequencies of tillage operations. Moreover, it became apparent that sowing rates had an important influence on plant emergence and yield especially in the dry steppe region. The results of the Central German test sites showed a noticeable impact of tillage intensity on soil water content. At the test site “Leipzig”, for example, the highest soil moisture values were measured on the plots of lowest tillage intensity. Data for the test site “Barnstädt” showed that no-till management led to a noticeably faster and longer lasting infiltration of precipitation into the soil (including deeper soil layers) than under plough fillage. As a result, plants used this additional available water more efficiently, thereby producing higher yields.

Schlüsselwörter: Region Altai, Bodenbearbeitung, Bodenwasserhaushalt, Bodenfeuchte, Deutschland, Direkt-saat, Kastanozeme, Mulchsaat, Pflug, Russische Föderation, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Schwarzerden, Trockengebiete, Steppe

*Anschriften der Autoren: Sören Dammann ([email protected]), Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geowissenschaften und Geographie, FG Geoökologie, Von-Seckendorff-Platz 4, D-06120 Halle (Saale); Dr. Tobias Meinel ([email protected]), BBG Bodenbearbeitungsgeräte GmbH & Co. KG, Rippach- talstraße 10, D-04249 Leipzig; Prof. Dr. Vladimir I. Beljaev ([email protected]), Staatliche Agraruniversität des Altaj, Pr. Krasnoarmejskij 98, 656099 g. Barnaul. Prof. Dr. Dr. Manfred Frühauf ([email protected]), Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geowissenschaften und Geographie, FG Geoökologie, Von-Seckendorff-Platz 4, D-06120 Halle (Saale).

Keywords: Altai Krai, tillage, soil water regime, soil moisture, Germany, no-tillage, Kastanozems, mulch drilling, plough, Russian Federation, Saxony, Saxony-Anhalt, Chernozems, dry regions, steppe

1. Problematik und Zielsetzung te Deutschlands hinsichtlich der Folgen des Klimawandels ebenfalls Symptome von zuneh- Vor dem Hintergrund abnehmender fossiler mendem Trockenstress auf (LAU 2008, Franke et Energieträger einerseits, steigender Weltbevölke- al. 2009). Hierzu gehören vor allem Gebiete im rung und damit einhergehender steigender Nach- Mitteldeutschen Trockengebiet in Sachsen-Anhalt frage nach Nahrungsmitteln, gewinnt die Res- und Thüringen. Jüngste Untersuchungen zeigen source Boden als wesentlichste Produktions- hier deutlich abnehmende Jahres-, insbesondere grundlage der Landwirtschaft eine immer größere aber Sommerniederschläge bei ohnehin geringen Bedeutung (FAO 1993, Gommes 1993). Anderer- Niederschlägen von 450-500 mm (Fabig 2007, seits nehmen weltweit die Schäden aufgrund von LAU 2008). Bodendegradation durch unangepasste Landbe- Die für die Ableitung neuer Nutzungsstrate- wirtschaftung, gleichzeitig aber auch der Boden- gien notwendigen wissenschaftlichen Erkenntnis- verbrauch durch Siedlungs- und Infrastrukturent- se über die Wirkungen von Landtechnikgeräten wicklung zu (WBGU 1994). Zusätzlich ergeben auf Boden und Bodenwasserhaushalt sowie deren sich durch die Erscheinungsformen und Folgen Rückwirkung auf den Ertrag bilden daher das des Klimawandels neue Anforderungen an beste- Grundanliegen eines am Lehrstuhl für Geoökolo- hende Nutzungskonzepte in der Landwirtschaft gie der MLU seit 2008 durchgeführten For- (Brinkman & Sombroek 1996, Mendelsohn & schungsprojektes zur „Entwicklung von nachhal- Dinar 2009). So besteht die Notwendigkeit, die tigen Ackerbaukonzeptionen für Trockengebie- vorhandenen Ressourcen effektiver zu nutzen und te“, das gemeinsam mit der Agraruniversität hierbei nach neuen Nutzungsstrategien, aber auch Barnaul (Russland) und dem Landtechnikherstel- technologischen Lösungen zu suchen und gleich- ler Amazonen-Werke (Hasbergen-Gaste, zeitig die klimatischen und pedologischen Vor- Deutschland) realisiert wird. aussetzungen besser zu berücksichtigen (IFRI Dabei kommt der Entwicklung und dem Test 2009). von Ackerbaukonzeptionen mit verschiedenen Von besonderer Bedeutung im globalen Maß- Bodenbearbeitungsgeräten sowie der Analyse stab sind hierbei neben den nordamerikanischen deren Auswirkungen auf Boden und Ertrag eine Präriegebieten die eurasischen Steppengebiete, da besondere Bedeutung zu. sie aufgrund der bodenkundlichen Gunst und der In diesem Beitrag sollen aus den bisherigen hinreichenden klimatischen Verhältnisse für Projektarbeiten Ergebnisse zu den Wechselwir- großflächige ackerbauliche Nutzung im Regen- kungen von Klima und Bodenbearbeitung auf den feldbau sehr gut prädestiniert sind (Spaar & Bodenwasserhaushalt der verschiedenen Untersu- Schuhmann 2000). Allerdings sind diese traditio- chungsstandorte vorgestellt werden. nellen Weizenanbaugebiete gegenwärtig durch zum Teil sehr starke Bodendegradation infolge von Deflation, Verdichtungen und Humusabbau 2. Untersuchungsgebiete gekennzeichnet mit dem damit verbundenem Verlust günstiger Bodenwasser- und Nährstoffei- Zur Untersuchung der Problematik wurden zu- genschaften (Meinel 2002, Dammann 2005). nächst zwei Untersuchungsgebiete ausgewählt: Bezüglich der Zusammenhänge Bodenbearbei- die südsibirische Kulundasteppe und das Mittel- tung/Klima/Bodenwasserhaushalt/Ertrag weisen deutsche Trockengebiet (Abb. 1). einige landwirtschaftlich intensiv genutzte Gebie-

Abb. 1. A: Übersicht der Untersuchungsgebiete; B: Lage der Versuchsfelder im UG "Mitteldeutsches Trocken- gebiet"; C: Lage der Versuchsfelder im UG „Kulundasteppe“.

Die Kulundasteppe bildet den östlichen Ausläufer mm ebenfalls im Übergang der Trockensteppe der eurasischen Steppengebiete. In diesem Unter- zur Typischen Steppe einzuordnen. Hauptboden- suchungsgebiet wurden auf drei landwirtschaftli- typen sind ebenfalls Dunkle Kastanozeme (san- chen Betrieben Feldversuche durchgeführt. Dabei dig-lehmiger Schluff) mit einem durchschnittli- befindet sich ein Betrieb („Tejchrib“) naturräum- chen Humusgehalt von 3,6 %. lich in der Waldsteppenzone im Rebrichinskij In Mitteldeutschland wurden zwei Versuchs- Rajon (Abb. 1), wo jährlich durchschnittlich 405 standorte angelegt (vgl. Abb. 1). Die eine Ver- mm Niederschlag fallen. Auf dem Versuchsfeld suchsfläche befindet sich auf der Querfurter ist ein Gewöhnlicher Tschernozem (toniger Platte ca. 20 km südwestlich von Halle in Sach- Schluff) mit einem durchschnittlichen Humusge- sen-Anhalt und gehört zum Agrarunternehmen halt von 5,3 % im Ah-Horizont zu finden, der ca. Barnstädt. Das Gebiet liegt im Kern des Mittel- 31 cm mächtig ist. deutschen Trockengebiets mit durchschnittlich Ein weiterer Betrieb („Funkner“) befindet sich 480 mm Niederschlag im Jahr. Auf dem Ver- im Deutschnationalen Rajon in der nordwestli- suchsfeld ist eine Löss-Schwarzerde (toniger chen Kulundasteppe. Er liegt naturräumlich im Schluff) mit einem durchschnittlichen Humusge- Übergang der Trockensteppe zur Typischen halt von 3,2 % entwickelt. Steppe. Hier fallen durchschnittlich 340 mm Die zweite Versuchsfläche des Betriebes Kit- Niederschlag im Jahr. Hauptbodentypen sind hier zen befindet sich im Südwesten von Leipzig. Mit Dunkle Kastanozeme (toniger Schluff) mit einem durchschnittlich 557 mm Niederschlag im Jahr durchschnittlichen Humusgehalt von 3,5 % im liegt der Standort bereits außerhalb des Mittel- Oberboden. deutschen Trockengebiets. Trotzdem wurde er in Der dritte Betrieb („Dorožinskij“) liegt im das Monitoringprogramm aufgenommen, da auf Rodinskij Rajon in der zentralen Kulundasteppe. dem Feld im Rahmen der Zusammenarbeit des Naturräumlich ist der Standort mit einem durch- Agrarbetriebs mit den Amazonen-Werken bereits schnittlichen jährlichen Niederschlag von 385 seit 1999 Versuche zu Bodenbearbeitungsverfah-

36 ren durchgeführt werden und daraus Rückschlüs- schaften, Bodenwasserhaushalt und Ertragslage se auf die langjährige Wirkung dieser Methoden miteinander zu vergleichen. Dabei wird immer auf den Bodenwasserhaushalt gezogen werden mindestens eine Variante mit konventioneller können. Bodenkundlich ist der Standort durch Bodenbearbeitung durchgeführt, wie sie in den eine Parabraunerde (schwach toniger Schluff) mit jeweiligen Regionen üblicherweise angewendet einem durchschnittlichen Humusgehalt von 2,5 % werden, und verschiedenen konservierenden im Oberboden geprägt. Bearbeitungstechnologien gegenübergestellt. Alle Versuchsstandorte liegen auf ebenen oder So beschränkten sich die Versuche in Mittel- sehr schwach geneigten Flächen, sodass laterale deutschland auf den Vergleich der verschiedenen Stoff- und Wasserverlagerungsprozesse aufgrund Technologien in Abhängigkeit der Bearbeitungs- der Geländemorphologie ausgeschlossen werden intensität (vgl. Tab. 1). Dabei kam als intensivste können. Zudem handelt es sich um grundwasser- Variante der Pflug mit einer Bearbeitungstiefe bis ferne Standorte, sodass Bodenwasserbewegungen 23 cm zum Einsatz. Darüber hinaus wurden durch kapillaren Aufstieg ausgeschlossen sind. Varianten mit krumentiefer und mitteltiefer (in „Barnstädt“ flacher) Mulchsaat mit einer Grub- ber-Scheibeneggen-Kombination sowie flacher 3. Methodik Mulchsaat mit einer Kurzscheibenegge angelegt. Nur auf dem Versuchsfeld „Barnstädt“ wurde Hauptziel der Untersuchungen war es, verschie- zusätzlich auf einer fünften Variante auf Boden- dene technologische Bodenbearbeitungsvarianten bearbeitung vollständig verzichtet und Direktsaat hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Bodeneigen- als Anbauverfahren gewählt.

Variante 1 2 3 4 5 konventionell konservierend konservierend konservierend konservierend Bodenbearbei- krumentiefe krumentiefe flache / mittel- flache Locke- ohne Boden- tungsverfahren Lockerung Lockerung tiefe Lockerung rung bearbeitung Barnstädt Versuchsfelder Leipzig

Stoppel- Kurzscheibenegge - bearbeitung (4 cm)

Grubber- Grubber- Scheibeneggen- Scheibeneggen- Kurz- Grundboden- Pflug Kombination Kombination scheibenegge - bearbeitung (23 cm) (BAR: 18 cm (BAR: 10 cm (10 cm) LEI: 20 cm) LEI: 15 cm)

Bearbeitungs-

intensität

Direktsaat ohne Aussaat mit passiver Saatbettbereitung Saatbett- bereitung

Tab. 1: Versuchsaufbau in Mitteldeutschland.

Dagegen wurden auf den russischen Versuchs- Trockensteppe-Betrieben mit einer russischen flächen auch die Unterschiede zwischen konven- Sämaschine mit Gänsefußscharen (SZS) ohne tionellen russischen und konservierenden Tech- jegliche vorhergehende Bodenbearbeitung. Diese nologien in Abhängigkeit verschiedener Aussaat- Variante wurde mit einer konservierenden Vari- stärken untersucht (vgl. Tab. 2). Als konventio- ante ohne und mit einer Variante mit Saatbettbe- nelle Variante erfolgte die Aussaat in den beiden reitung verglichen. Bei beiden Varianten variier-

37 ten die Aussaatmengen von 90-130 kg/ha (Be- Messungen in Deutschland an 8 (Barnstädt) bzw. trieb „Funkner“) bzw. 100-150 kg/ha (Betrieb 4 Messpunkten (Leipzig) je Variante statt, wäh- „Dorožinskij“). Die Aussaat erfolgte dabei mit rend auf den russischen Versuchsflächen aus einer Amazone-Sämaschine mit Meißelscharen. logistischen Gründen nur eine Einfachmessung je Bei dem Waldsteppe-Betrieb wurden 4 Acker- Variante in 10 Tiefen vorgenommen werden baukonzepte getestet, die in zwei Aussaatstärken konnte. Zusätzlich wurden auf dem Versuchsfeld variierten. Die konventionelle Anbaumethode „Barnstädt“ unter der Pflug- und Direktsaatvari- bestand dabei aus einer Grundbodenbearbeitung ante stationäre FDR-Sonden in drei Tiefen instal- und einer Saatbettbereitung. Die Aussaat erfolgte liert, die die Bodenfeuchte in einem 6-h-Intervall dabei mit einer russischen Scheibendrille (SZP). kontinuierlich aufzeichneten. Die konservierenden Methoden unterschieden Ferner galt es über Laboranalyse die pedologi- sich in der Anzahl der vorhergehenden Bearbei- schen Kennwerte der einzelnen Horizonte wie tungsgänge. Hier kam ebenfalls eine Amazone- Humusgehalt, Korngrößenverteilung und Carbo- Direktsaatmaschine mit Meißelscharen zum natgehalt zu ermitteln sowie die Aufnahme der Einsatz. pflanzenbaulichen Parameter Feldaufgang, Zur Überprüfung des Einflusses der Bodenbe- Wuchshöhe und Ertragszahlen durchzuführen. arbeitungstechnik auf den Bodenwasserhaushalt Zur Ermittlung der klimatischen Parameter auf erfolgte auf den Versuchsflächen eine regelmäßi- den deutschen Versuchsfeldern wurden in unmit- ge Analyse des Bodenwassergehalts (14-Tage- telbarer Nähe Klimastationen installiert. Intervall) in fünf verschiedenen Tiefen mit Hilfe von mobilen FDR-Sonden. Dabei fanden die

Variante 1 2 3 4 5 6 7 8

Grund- TS ------bodenbearbeitung WS - - - - Grubber Grubber Grubber Grubber Catros Catros Catros TS - - - - Saatbett- (KSE) (KSE) (KSE) bereitung Catros Catros Catros Catros Kulti- WS - - Grubber (KSE) (KSE) (KSE) (KSE) vator SZS Condor Condor Condor Condor Condor Condor TS (RUS) (DE) (DE) (DE) (DE) (DE) (DE) Aussaat DMC DMC DMC DMC DMC DMC SZP SZP WS (DE) (DE) (DE) (DE) (DE) (DE) (RUS) (RUS) Aussaat- TS 130/150 130/150 110/125 90/100 130/150 110/125 90/100 menge (kg/ha) WS 200 175 175 200 200 175 200 175 TS: Trockensteppe; WS: Waldsteppe; KSE: Kurzscheibenegge; RUS: russ. Modell; DE: Amazone-Modell

Tab. 2: Versuchsaufbau Kulundasteppe.

4. Ergebnisse „Funkner“ (vgl. Abb. 2). Die Varianten ohne 4.1 Südsibirische Steppengebiete Bodenbearbeitung (Var. 5-7) konnten hier im für die Pflanzenentwicklung wichtigem Zeitraum der Auf den russischen Versuchsflächen konnten Ährenausbildung den Bodenwasservorrat bis zu 8 deutliche Zusammenhänge zwischen Klima, Tage länger speichern. Teilweise wurde sogar Bodenwasservorrat und Ertrag festgestellt wer- mehr Bodenwasser gespeichert als durch Transpi- den. Betrachtet über den gesamten Vegetations- ration der Pflanzen bzw. Evaporation verloren zeitraum zeichnete sich ab, dass der Bodenwas- ging, sodass der Bodenwasservorrat hier erhöht sergehalt umso höher ist, je weniger Bearbei- werden konnte. tungsgänge durchgeführt werden. Besonders deutlich wird dies auf dem Versuchsfeld

Abb. 2: Versuchsfeld „Funkner“ – Bodenfeuchtedynamik während der Vegetationsperiode.

Bei diesem Betrieb konnten auf den untersuchten duktiven Pflanzen wuchsen, konnten diese auf- Direktsaatvarianten mit durchschnittlich 14,2 grund des geringsten Einzelkorngewichts (0,66 g) dt/ha auch ein höherer Ertrag erwirtschaftet und der geringsten Körnermenge je Ähre (18,1 werden als auf den restlichen Varianten (vgl. St.) keine höheren Erträge erzielen. Demgegen- Abb. 3). Dem gegenüber erzielte die konventio- über zeigten sich bei den Direktsaatvarianten mit nelle Technik, mit Ausnahme der Variante 4, den durchschnittlich 177 produktiven Pflanzen je geringsten Ertrag (13,2 dt/ha). Obwohl bei dieser Quadratmeter, 0,92 g Einzelkorngewicht und 24,5 Variante mit 269 Pflanzen/m² die meisten pro- Körnern je Ähre deutlich höhere Erträge.

Abb. 3: Russland – Feldaufgang und Erträge in Abhängigkeit der Aussaatstärke.

Am Farmbetrieb „Dorožinskij“ zeigte sich, Varianten 5-6 mit durchschnittlich 60,7 % sowie dass unter den vorherrschenden sehr variablen die Varianten 7-8 mit durchschnittlich 66,5 % Niederschlagsbedingungen insbesondere die deutlich schlechtere Feldaufgänge zu verzeichnen Aussaatstärke eine wichtige Rolle hinsichtlich der (vgl. Abb. 3). Bei den Erträgen konnten mit Ertragseffizienz spielt (vgl. Abb. 3). So weist die Ausnahme der Variante 1 bei einer Aussaatmenge betriebsübliche Anbaumethode mit 70,4 % ge- von 200 kg/ha deutlich höhere Ergebnisse erzielt genüber einem durchschnittlichen Feldaufgang werden (vgl. Abb. 3). Trotz der schlechteren von 86 % bei den Varianten 2-4 (mit Saatbettbe- Feldaufgänge brachten somit die beiden betriebs- reitung) und 76,5 % bei den Varianten 5-7 (Di- üblichen Varianten 7 und 8 mit durchschnittlich rektsaat) den schlechtesten Feldaufgang auf. 17,7 dt/ha die besten Erträge. Ungeachtet über- Dabei wird deutlich, dass mit abnehmender durchschnittlicher Bodenwassergehalte konnten Aussaatstärke bessere Feldaufgänge erzielt wer- die Pflanzen der Varianten 1-2 aber an diesen den. Die Rolle der Aussaatstärke spiegelt sich Standorten das „Plus“ an Wasser nicht für die aber ebenfalls in den Ertragszahlen wider (vgl. Ausbildung hoher Erträge nutzen, obwohl mehr Abb. 3). So erzielen die Varianten 4 und 7 mit als 43 % dieses Wassers pflanzenverfügbar war. einer Aussaatmenge von 100 kg/ha die höchsten Die Ergebnisse zur Bodenfeuchtedynamik Erträge. Im Vergleich zur betriebsüblichen An- verdeutlichen, dass der Boden auf den Varianten baumethode (8 dt/ha) erbrachten sowohl die ohne Grundbodenbearbeitung (1-4) in den oberen Varianten mit Saatbettbereitung mit durchschnitt- 20 cm zum Zeitpunkt der Aussaat um knapp 10 lich 10,1 dt/ha als auch die Varianten ohne Saat- mm mehr Bodenwasser verfügte als auf den bettbereitung mit durchschnittlich 9,9 dt/ha Varianten 5-8 (vgl. Abb. 4). So stand letztendlich deutlich bessere Erträge. den Pflanzen der beiden Varianten ohne jegliche Am Farmbetrieb „Tejchrib“ wird hingegen ein Bodenbearbeitung (Varianten 1 2) mit durch- anderes Bild deutlich: Der positive Einfluss schnittlich 217 mm während der gesamten Vege- geringer Aussaatmengen auf Feldaufgang und tationsperiode der höchste Bodenwasservorrat zur Ertrag ist hier nicht erkennbar. Der Feldaufgang Verfügung. Die Pflanzen der Varianten 5-6 mit wird hierbei insbesondere durch die Bearbei- Grubber und Scheibenegge als Grundbodenbear- tungsmethode beeinflusst. Mit den Varianten beitung bzw. Saatbettbereitung konnten demge- ohne Grundbodenbearbeitung konnten dabei mit genüber nur durchschnittlich 198 mm Wasser für durchschnittlich 70,1 % (Varianten 1-2) bzw. ihre Entwicklung nutzen. Ihnen standen somit je 73,5 % (Varianten 3-4) die besseren Feldaufgän- Quadratmeter 19 l weniger Wasser zur Verfü- ge erzielt werden. Demgegenüber haben die gung!

Abb. 4: Versuchsfeld „Tejchrib“ – Bodenfeuchtedynamik während der Vegetationsperiode.

Abb. 5: Versuchsfeld „Leipzig“ – Bodenfeuchtedynamik während des Messzeitraums.

Abb. 6: Versuchsfeld „Leipzig“ – Bodenwassertiefenverteilung während Schossen und Körnerreife der Winter- gerste.

Abb. 7: Versuchsfeld „Barnstädt“ – Bodenfeuchtedynamik während der Vegetationsperiode.

Abb. 8: Versuchsfeld „Barnstädt“ – Bodenwassertiefenverteilung während Fruchtbildung und Körnerreife des Winterweizens.

Abb. 9: Versuchsfeld „Barnstädt“ – Bodenfeuchtedynamik in 20 cm (Direktsaat) bzw. 35 cm (Pflug; oben), 50 cm (Mitte) und 90 cm Tiefe (unten).

4.2 Mitteldeutsches Trockengebiet dings während der Ausbildung der Körner mehr Aufgrund der langjährigen Bearbeitungsversu- als ausgeglichen, sodass schließlich mit 82,6 che am Standort Leipzig werden anhand der dt/ha der höchste Ertrag erzielt werden konnte. vorliegenden und ermittelten Werte noch deutli- Die Pflug-Variante schnitt mit 73,6 dt/ha deut- chere Zusammenhänge zwischen Bodenbearbei- lich schlechter ab. tung und Bodenwassergehalt erkennbar. Be- trachtet man den gesamten Messzeitraum, zeigt sich, dass Variante 4 (Kurzscheibenegge) eine 5. Diskussion wesentlich günstigere Wirkung auf den Boden- 5.1 Südsibirische Steppengebiete wassergehalt hat als die übrigen Varianten (vgl. Aus den Befunden auf den russischen Untersu- Abb. 5). Dies lässt sich auch während der ein- chungsstandorten wird offensichtlich, dass die zelnen Wachstumsphasen der Wintergerste Bearbeitungsmethode bzw. die Anzahl der erkennen (vgl. Abb. 6). Insbesondere während Bearbeitungsgänge einen Zusammenhang zu der Körnerreife steht den Pflanzen auf der dem gespeicherten Bodenwasser erkennen lässt. Variante 4 in den tieferen Bodenschichten (und Dies gilt sowohl für die Trockensteppe als auch somit der Hauptwurzelmasse) somit deutlich für die niederschlagsreichere Waldsteppe. mehr Wasser zur Verfügung als in den restlichen So stand den Pflanzen am Farmbetrieb Varianten. „Funkner“ auf den Flächen ohne vorhergehende Auch am Standort „Barnstädt“ kann man, Bodenbearbeitung während einer Phase des obwohl das Versuchsfeld erst 2008 angelegt höchsten Wasserbedarfs (zwischen Schossen wurde, bereits erste Zusammenhänge zwischen und Blüte) längere Zeit mehr Wasser zur Verfü- Bearbeitungsform und Bodenwasserhaushalt gung. Diese Aussagen bestätigen Erfahrungen erkennen. Betrachtet man die Messergebnisse von Köller & Linke (2001), die zeigen, dass der mobilen FDR-Sonden aller Varianten (vgl. Direktsaatbestände etwa 10-14 Tage später den Abb. 7 & Abb. 8), zeigt sich, dass die Direktsaat permanenten Welkepunkt erreichen als gepflüg- während der Fruchtbildung und insbesondere te Flächen. Durch die längere Verfügbarkeit von während der Körnerreife einen deutlich positive- Bodenwasser konnten bei diesem Betrieb auf ren Einfluss auf die Bodenfeuchte innerhalb der den Direktsaatvarianten letzlich auch höhere oberen 100 cm hat als bei den restlichen Varian- Erträge erwirtschaftet werden als auf den ande- ten. ren Varianten. Hauptgrund hierfür ist, dass hier Aus Abbildung 9 wird zudem erkennbar, dass während der Ausbildung der Ähren mehr Was- im November nach einem größeren Nieder- ser verfügbar war, um größere und mehr Körner schlagsereignis in die oberen 20 bzw. 35 cm, je Pflanze zu entwickeln. Bei den Varianten mit sowohl bei der Direktsaat als auch bei der Pflug- konventioneller Technik, aber auch bei denjeni- Variante, Wasser in den Oberboden infiltriert. gen mit vorhergehender Bodenbearbeitung, Anfang Mai bzw. Mitte Juli wird demgegenüber stand anfänglich allerdings mehr Wasser zur deutlich, dass das Niederschlagswasser in 35 cm Verfügung. Zusätzlich erwärmt sich der Boden Tiefe der Pflug-Variante jedoch nicht mehr aufgrund der geringeren Bodenbedeckung durch ankommt. Ein weiterer wichtiger Unterschied Ernterückstände schneller, sodass es durch die zwischen Pflug- und Direktsaat-Variante ist in Bodenbearbeitung zu einer stärkeren Minerali- diesem Zusammenhang auch der offensichtlich sierung mit der Folge, dass mehr Stickstoff im größere Bodenwasservorrat in 90 cm Tiefe auf Boden gebildet wurde, kam. Alle diese Ursachen der Direktsaatvariante insbesondere in den führten letztendlich bei den Weizenpflanzen zu späten phänologischen Entwicklungsphasen. einer stärkeren Bestockung und folglich zu Dies spiegelt sich letztendlich auch in den einem schnelleren Verbrauch des Bodenwasser- pflanzenbaulichen Parametern wider (vgl. Abb. vorrats. Durch den späteren Wassermangel kam 10): Die Direktsaatvariante weist so einen deut- es dann jedoch zu einer gravierenden Beein- lich schlechteren Feldaufgang (78 %) auf als die trächtigung bei der Ähren- und Kornausbildung. restlichen Varianten (durchschnittlich 87,2 %). Diese Erkenntnisse stimmen ebenfalls mit Damit ist im Endeffekt auch eine geringere Beobachtungen von Bischoff (2009) überein, der Bestandsdichte verbunden (444 Halmen/m² feststellte, dass bei ausgeglichener Wasserver- stehen durchschnittlich 512 Halme/m² gegen- über). Dieser scheinbare Nachteil wird aller-

44 sorgung der Weizen weniger Stroh und dafür Saatkörner kommt, was sich letzten Endes mehr Korn produziert. ebenfalls in weniger auflaufenden Pflanzen Ein weiterer deutlicher Zusammenhang zwi- widerspiegelt. Dies konnten die Pflanzen auf- schen den klimatischen Besonderheiten dieses grund der schlechten Niederschlagsverhältnisse Naturraums, der Bewirtschaftungsform und dem nicht mehr ausgleichen, sodass auf dieser Vari- Bodenwasserhaushalt konnte an dem zweiten ante letztendlich auch nur der geringste Ertrag Betrieb in der Trockensteppe („Dorožinskij“) erzielt werden konnte. beobachtet werden. Dieser Naturraum ist insbe- Wie die Ergebnisse auf dem Waldsteppen- sondere durch eine große Variabilität der Nie- Standort „Tejchrib“ des Weiteren zeigen, tritt derschläge gekennzeichnet. Dies zeigte sich bei höheren Niederschlägen die Wasserkonkur- während der Vegetationsperiode Mai-August renz als limitierender Faktor der Pflanzenent- 2008, als am Untersuchungsstandort nur 74 mm wicklung zurück. Die Aussaatstärke hat dann Niederschlag fielen. Im Mai wurde hierbei gar kaum noch Einfluss auf den späteren Ertrag. kein Niederschlag gemessen. Durchschnittlich Entscheidender ist hier die Anzahl der Bearbei- fallen in diesem Zeitraum 157 mm, also mehr als tungsgänge vor der Aussaat. Wird auf den doppelt so viel. So war das Jahr 2008 in diesem Grundbodenbearbeitungsgang verzichtet, wer- Zeitraum ein außerordentlich trockenes Jahr, den höhere Feldaufgänge erzielt. Dies zeigt, dass sodass speziell der Speicherung der im Winter dieser zusätzliche Bearbeitungsgang vor der fallenden Niederschläge im Boden eine wichtige Aussaat zu einer höheren Verdunstung im Ober- Rolle zukommt. boden führt, sodass dem Saatgut bei der Aussaat Unter diesen Bedingungen zeigte sich zudem, weniger Wasser für die Keimung zur Verfügung dass auch die Aussaatstärke selbst für die Er- steht. So stand letztendlich den Pflanzen auf den tragsgestaltung von großer Bedeutung ist. Je Varianten ohne jegliche Bodenbearbeitung geringer die Aussaatstärke ist, desto weniger während der Vegetationsperiode das meiste Pflanzen müssen sich das ohnehin wenige Bo- Wasser zur Verfügung, während mit jedem denwasser für das Wachstum teilen. Die Was- zusätzlichen Bearbeitungsgang weniger Wasser serkonkurrenz hat hier somit einen entscheiden- im Boden verblieb. den Einfluss auf die spätere Entwicklung der Es wird damit auf dem Versuchsfeld „Tejch- Pflanzen. Dies zeigt sich sowohl an besseren rib“ ein Zusammenhang zwischen den Erträgen Feldaufgängen als auch an höheren Erträgen bei und den Aussaatmengen deutlich, der allerdings geringeren Aussaatmengen. Die kleinere Anzahl aufgrund der geringen Datenmenge nicht statis- an ährentragenden Halmen führt daher zu weni- tisch quantifiziert werden konnte: hohe Aussaat- ger Stroh bzw. Biomasse und einer somit ver- stärken erzielten auch höhere Erträge. Dies lässt bundenen geringeren unproduktiven Verduns- auch den Schluss zu, dass mit zunehmenden tung, sodass letztendlich größere Tausendkorn- Niederschlägen der Einfluss der Aussaatmenge gewichte und mehr Körner je Ähre gebildet auf die Erträge abnimmt. Trotz höherer Wasser- werden können. konkurrenz durch die größere Anzahl an Pflan- Auffällig sind ebenfalls die geringen Feld- zen scheint der Bodenwasservorrat dadurch aufgänge bei der Variante 1 (konventionelle hinreichend groß gewesen zu sein, um bessere Technologie). Bei der häufig eingesetzten russi- Erträge erzielen zu können. schen Direktsämaschine SZS kommen Gänse- Zum Standort „Tejchrib“ ist allerdings zu fußschare zum Einsatz, die den Boden großflä- bemerken, dass hier eine mangelhafte Unkraut- chig schneiden, sodass hier im Prinzip eine bekämpfung durchgeführt wurde. Da besonders Bodenbearbeitung in Kombination mit dem bei Direktsaat der Unkrautdruck aufgrund der Drillvorgang stattfindet und man von einer fehlenden Bodenbearbeitung hoch ist, wirkt sich Direktsaat im engeren Sinne nicht mehr spre- dies hier deutlich aus. Das Überangebot an chen kann. Dabei wird der feuchtere Boden nach Bodenwasser auf den Direktsaat-Varianten im oben geholt und ist somit einer schnelleren Vergleich zu den anderen Varianten wird durch Verdunstung initiiert, in deren Folge dem Saat- den hohen Unkrautbesatz und der damit verbun- korn zur Keimung weniger Wasser zur Verfü- denen höheren Wasser- und Nährstoffkonkur- gung steht und daher auch weniger Pflanzen renz überlagert, sodass dadurch keine höheren auflaufen. Zusätzlich sind die Schare bei diesem Erträge erzielt werden konnten. Letztendlich Verfahren starr gelagert, sodass leichte Bodenu- wirkt sich hier in diesem Sachzusammenhang nebenheiten nicht ausgeglichen werden können auch die Aussaatstärke gravierender aus: Mit und es zu einer heterogenen Tiefenablage der höheren Aussaatmengen kann hier schneller ein

Bestandsschluss erreicht werden. Somit sind Temperaturen deutlich größer. So kann das Unkräuter einer stärkeren Konkurrenz gegen die Niederschlagswasser aufgrund der geringeren Weizenpflanzen ausgesetzt, woraus letztlich ein Kontinuität der Grobporen weitaus schlechter in geringerer Unkrautbesatz und somit höhere tiefere Bodenschichten transportiert werden, Erträge ermöglicht werden. sodass es hier unproduktiv verdunstet bzw. oberirdisch abfließt, bevor es in größere Tiefen 5.2 Mitteldeutsches Trockengebiet gelangen kann. Dagegen kann auf der Direkt- Auf dem langjährigen Bearbeitungsversuch in saatvariante aufgrund der durchgängigen Grob- Leipzig wird erkennbar, dass auch die Intensität poren das Niederschlagswasser schnell auch in der Bodenbearbeitung einen Einfluss auf die den Untergrund infiltrieren. Als Folge wird bei Speicherung des Bodenwassers hat. Die geringe der Direktsaat somit mehr Bodenwasser auch in Arbeitstiefe aber auch die weniger starke tieferen Schichten gespeichert. Durchmischung der Kurzscheibenegge im Mangelnde Infiltrabilität kann allerdings Vergleich zur Grubber-Scheibeneggen- auch Folge von Verschlämmung sein (Ehlers Kombination bewirken einen höheren Besatz an 1996). So beobachtete Groß (1994) unter Direkt- Bodenorganismen wie z.B. Regenwürmer auf saat eine höhere Aggregatstabilität als unter der Variante 4. Pflug. Dies ist zum Einen auf einen höheren Eine wichtige Voraussetzung für eine schnel- Bodenorganismenbesatz bei abnehmender le und effiziente Infiltration von Niederschlags- Bearbeitungsintensität zurückzuführen (Köller & wasser in tiefere Bodenschichten stellt die Linke 2001), deren Ausscheidungen für eine Kontinuität von Grobporen dar. Durch die sehr Verkittung kleiner Bodenaggregate und einer tiefe und dauerhaft wendende Bodenbearbeitung damit verbundenen erhöhten Aggregatstabilität des Pfluges sind die Poren hier im Oberboden sorgen. Verantwortlich hierfür ist im Wesentli- jedoch durch eine geringe Kontinuitäten ge- chen die verstärkte Bildung von organo- kennzeichnet (Wilkens 1994). Demgegenüber mineralischen Verbindungen, bei denen organi- findet man auf konservierend bearbeiteten sche und mineralische Teilchen sehr stark mit- Flächen eine höhere Anzahl und höhere Konti- einander verknüpft sind und somit zur Gefüge- nuität der Bioporen (Regenwurmgänge und stabilisierung, Bindung von organischer Sub- Wurzelröhren) vor (Beisecker 1994, Peigné et stanz und einer damit verbundenen besseren al. 2009). Je mehr Bioporen vorhanden sind, Wasserspeicherfähigkeit beitragen. Zum Ande- desto zügiger infiltrieren Starkniederschläge und ren kommt es auf konservierend bearbeiteten desto geringer sind unproduktive Wasserverluste Böden in der Oberkrume zu einer stärkeren durch Oberflächenverdunstung (Bischoff & Humusakkumulation (Ermich & Hofmann 1991, Hofmann 2009). Im Ergebnis dessen steht den Beisecker 1994, Dou & Hons 2006), während Pflanzen in den phänologisch wichtigen Phasen durch die dauerhaft wendende Bearbeitung des der Ährenbildung und Körnerreife mehr Wasser Pflugs der Humus über den gesamten Pflug- im Unterboden zur Verfügung als auf der Pflug- Horizont gleichmäßig verteilt ist. Diese Beo- Variante. bachtung konnte auch auf dem Versuchsfeld Insbesondere unter Direktsaat führt somit die „Leipzig“ gemacht werden (Voßhenrich 2007): hohe Anzahl und Kontinuität der Bioporen zu Unter Pflug ist bis in 30 cm Tiefe ein Corg- einer deutlich schnelleren Infiltration, was sich Gehalt von 1,18-1,2 % gemessen worden, wäh- sehr gut auf dem Versuchsfeld „Barnstädt“ rend unter der Kurzscheibeneggen-Variante in beobachten lässt. Da das Feld bereits vor Anlage den oberen 10 cm ein Corg-Gehalt von 1,45 % der Versuchsvarianten mehr als 5 Jahre pfluglos gemessen wurde, der kontinuierlich bis 30 cm bewirtschaftet wurde, sind auch an diesem auf 1,04 % abnimmt. Der höhere Humusgehalt Standort trotz der erst einjährigen Versuchsdauer unter Minimalbodenbearbeitung wirkt aber schon erste positive Effekte auf Bodenstruktur ebenfalls Gefüge stabilisierend, sodass einer und -gefüge bemerkbar. Verschlämmung besser entgegen gewirkt wer- Somit wird deutlich, dass die Direktsaat- den kann (Ermich & Hofmann 1991). So be- Variante eine wesentlich bessere Infiltrationsei- schreibt Grube (2002), dass nach einem einmali- genschaft besitzt als die Pflug-Variante. Wäh- gen starken simulierten Niederschlagsereignis rend im Herbst der Einfluss der Verdunstung bei der Pflug-Variante eine ähnliche Versicke- vernachlässigbar ist und sowohl bei Pflug als rungsleistung wie bei der Direktsaat gegeben ist, auch bei Direktsaat Niederschlagswasser infilt- jedoch bei einem zweiten und dritten Ereignis rierte, wird dieser Unterschied mit zunehmenden gleicher Stärke eine schlechtere Infiltration

46 auftritt. Infolge der Instabilität der oberflächen- einer daraus folgenden hohen Bodenbedeckung nahen Aggregate und einer nicht vorhandenen aus Ernterückständen gedrillt wurden, erfolgte Bodenbedeckung kommt es hier zu einer Ver- die Aussaat auf den restlichen Varianten mit schlämmung der Ackeroberfläche. einer Sämaschine mit kombinierter Saatbettbe- Der gleiche Effekt konnte ursächlich auch bei reitung. Dadurch konnte auch vorhandenes Stroh der Analyse der Bodenfeuchtedynamik auf dem noch weiter in den Boden eingearbeitet werden. Versuchsfeld „Barnstädt“ erkannt werden: Der Durch die geringere Strohauflage und auch eine Boden an der Geländeoberfläche weist mit 34,7- damit verbundene bessere Erwärmung des 35,2 % Grobschluffanteil und der Bodenart Bodens haben die Saatkörner hier einen besseren „schwach bis mittel toniger Schluff“ (Ut2-Ut3) Bodenschluss, sodass höhere Feldaufgänge auf eine mittlere bis starke Verschlämmungsneigung diesen Varianten erzielt werden können. Aus auf (nach Ad-Hoc-AG Boden 2005). Während den geringeren Feldaufgängen unter Direktsaat nach dem ersten größeren Niederschlagsereignis resultieren allerdings wieder Effekte, wie sie (30.10.2008) nach der Grundbodenbearbeitung bereits in den Steppengebieten Russlands beo- sowohl bei Pflug als auch bei Direktsaat eine bachtet werden konnten: Auf der Direktsaat- Infiltration des Niederschlagswassers registriert Variante stand weniger Pflanzen mehr Boden- werden konnte, ist bereits bei dem nächsten wasser zur Verfügung, sodass sich hier auch Ereignis in nahezu gleicher Höhe (28.04.2009) größere Körner entwickelten. Ermich & Hof- unter Pflug eine Infiltration bis 30 cm Tiefe mann (1991) konnten ebenfalls im Mitteldeut- aufgrund der verschlämmenden Wirkung der bis schen Trockengebiet beobachten, dass vermin- dahin aufgetretenen Niederschläge nicht mehr derte Feldaufgangswert häufig entweder durch nachweisbar. erhöhte Bestockung oder über Ertragsstruktur- Die Speicherung von mehr Wasser im Unter- merkmale wie Kornzahl je Ähre und Tausend- boden wirkt sich letztendlich auch auf die späte- korngewicht kompensiert werden. Insbesondere re Entwicklung der Pflanzen aus. Auf der Di- während der Ährenausbildung und der Reifepha- rektsaat-Variante laufen während der ersten se der Körner nutzten die Pflanzen auch das in Wochen nach der Aussaat deutlich weniger tieferen Bodenschichten vorhandene Wasser für Pflanzen auf als auf den restlichen Varianten ihre Entwicklung effizienter. Im Resultat dessen (vgl. Abb. 10). Dies ist auf die Saattechnik wurde mit der Direktsaat 0,9 t mehr Weizen je sowie vorhergehende Bodenbearbeitung zurück- Hektar geerntet als mit dem Pflug. zuführen: Während auf der Direktsaat-Variante die Saatkörner in den unbearbeiteten Boden und

Abb. 10: Versuchsfeld „Barnstädt“ – Pflanzenbauliche Parameter. 47

6. Schlussfolgerungen Bischoff, J. & Hofmann, B. (2009): Bodenbearbeitung auf Löß- und Sandstandorten: Sandboden reagiert anders als Löß. – Landwirtschaft ohne Pflug, 2: 27- Für den Ackerbau in Trockengebieten ist die 31. Speicherung der Winterniederschläge aufgrund Brinkman, R. & Sombroek, W. G. (1996): The Effects der hohen Variabilität der Sommerniederschläge of Global Change on Soil Conditions in Relation to und deren Verdunstungsverluste eine wichtige Plant Growth and Food Production. – In: Bazzaz, Aufgabe. So sind für eine effiziente Speicherung F. A. & Sombroek, W. G. (Hrsg.): Global Climate und Nutzung des Bodenwassers besonders im Change and Agricultural Production: 49-64; Unterboden angepasste Nutzungsstrategien un- Chichester. umgänglich. Dazu gehört auch der Verzicht auf Dammann, S. (2005): Ursachen und Auswirkungen der die Verwendung des Pfluges, um zum einen die Ovragbildung in der südsibirischen Kulundasteppe Kontinuität und Anzahl der biogenen Grobporen und ihre Wechselwirkungen zur Naturraumausstat- tung sowie der Landnutzung. – Diplomarbeit, Mar- zu erhöhen und so wesentlich zu einer höheren tin-Luther-Universität Halle-Wittenberg; Halle Infiltration beizutragen. Zum anderen wird da- (Saale). – (Unveröffentlicht) durch unproduktive Verdunstung von der Acker- Dou, F. & Hons, F. M. (2006): Tillage and Nitrogen oberfläche minimiert und die Ausbildung eines Effects on Soil Organic Matter Fractions in Wheat- stabilen Bodengefüges gefördert, was wiederum based Systems. – Soil Sci. Soc. Am. J., 70: 1896- die Verschlämmungsgefahr herabsetzt. 1905. Als weiterer Bestandteil ist eine Minimierung der Ehlers, W. (1996): Wasser in Boden und Pflanze; Bodenbearbeitungsgänge bis hin zum völligen Stuttgart (Ulmer). Verzicht auf Bodenbearbeitung zu sehen, da jeder Ermich, D. & Hofmann, B. (1991): Einfluß langjährig zusätzliche Bodenbearbeitungsgang für zusätzli- nichtwendender Bodenbearbeitung im Vergleich zur Pflugkultur auf Bodengefügeeigenschaften und che Verdunstung sorgt und somit dem ohnehin das Pflanzenwachstum im mitteldeutschen Tro- geringen Bodenwasservorrat einen wichtigen Teil ckengebiet. – In: VDI Gesellschaft Agrartechnik entzieht. (Hrsg.): Land- und verfahrenstechnische Aspekte zur Gesundung der Böden – umweltschonend und kostensparend: 166-182; Halle (Saale). 7. Danksagung Fabig, I. (2007): Die Niederschlags- und Starkregen- entwicklung der letzten 100 Jahre im Mitteldeut- Das Forschungsprojekt wird durch die Amazo- schen Trockengebiet als Indikatoren möglicher nen-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG geför- Klimaänderungen. – Dissertation, Martin-Luther- dert. Wir möchten an dieser Stelle Herrn G. Universität Halle-Wittenberg; Halle (Saale). Food and Agriculture Organization of the United Pflock vom Agrarunternehmen Barnstädt e.G. für Nations (FAO) (1993): World Soil Resources: An die tatkräftige Unterstützung bei der Organisation explanatory note on the FAO World Soil Re- der Versuche am Standort Barnstädt danken. sources Map at 1:25 000 000 scale. World Soil Re- Weiterhin gilt ein besonderer Dank den studenti- sources Reports, 66 Rev.1; Rom. schen Hilfskräften, die mit viel Engagement bei Franke, J., Goldberg, V. & Bernhofer, C. (2009): der Probenahme und Durchführung der Boden- Sachsen im Klimawandel – Ein Statusbericht. – In: feuchtemessungen sowohl in Deutschland als Wiss. Zeitschr. TU Dresden, 58 (3-4): 32-38. auch in Russland zur Erhebung der Daten ent- Gommes, R. (1993): Current Climate and Population scheidend beitrugen. Constraints on World Agriculture. – In: Kaiser, H. M. & Drennen, T. E. (Hrsg.): Agricultural Dimen- sions of Global Climate Change: 67-86; Delray Beach. 8. Literatur Groß, U. (1994): Wirkung der Bodenbearbeitungsin- tensität auf Aggregat- und Oberflächenstabilität. – Ad-Hoc-AG Boden (2005): Bodenkundliche Kartier- In: Tebrügge, F. & Dreier, M. (Hrsg.): Beurteilung anleitung. 5. Aufl.; Hannover (Schweizerbart). von Bodenbearbeitungssystemen hinsichtlich ihrer Beisecker, R. (1994): Einfluß langjährig unterschiedli- Arbeitseffekte und deren langfristigen Auswirkun- cher Bodenbearbeitungssysteme auf das Bodenge- gen auf den Boden: 83-90; Gießen. füge, die Wasserinfiltration und die Stoffverlage- Grube, J. (2002): Beurteilung von konservierenden rung eines Löß- und eines Sandbodens. – Boden- Bodenbearbeitungssystemen zur Bewirtschaftung ökologie und Bodengenese, 12, Berlin. peripherer Ackerbaustandorte: unter Berücksichti- Bischoff, J. (2009): Konservierende Bodenbearbeitung gung verfahrenstechnischer, ökonomischer, ökolo- und Direktsaat in einer vierfeldrigen Fruchtfolge: gischer sowie pflanzenbaulicher und bodenphysi- Stroh schützt den Boden vor Austrocknung. – kalischer Parameter; Göttingen. Landwirtschaft ohne Pflug, 4: 18-23.

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 49-56, 3 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

Simulation einer sensorgestützten Präzisionsbewässerung von Standorten im Südtiroler Obstanbau

Sven Grashey-Jansen*

Grashey-Jansen, S. (2011): Simulation einer sensorgestützten Präzisionsbewässerung von Standorten im Südtiroler Obstanbau. [Simulation of a sensor-based precision irrigation of orchards in South Tyrol.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 49-56, Halle (Saale).

Kurzfassung: Die Folgen des Klimawandels machen einen bewussteren Umgang mit den Wasserressourcen notwendig. Insbesondere in Agrarregionen, welche nur unter hohem Bewässerungseinsatz wirtschaftlich rentable Erträge liefern, kann durch eine bedarfsorientierte und teilflächenspezifische Bewässerung eine bedeutende Wasser- einsparung ohne Ertragseinbußen erreicht werden. Mehrjährige bodenhydrologische Untersuchungen in den bewäs- serten Obstanbauregionen Südtirols haben ergeben, dass die pedologischen Standortunterschiede einen bedeutenden, bisher aber meist unbeachteten, Einfluss auf die lokalen Variationen der Bodenwasserdynamik und der für die Pflanzen verfügbare Wassermenge haben. Numerische und agenten-basierte Simulationsversuche haben gezeigt, dass eine dynamisch gesteuerte Bewässerung durch den Einsatz bodenspezifisch kalibrierter Feuchtesensoren eine optimierte Wasserzufuhr ermöglicht. Durch eine verkürzte Bewässerungsdauer mit variablen Intensitäten, welche sich an bodenphysikalischen Kennwerten orientieren, können deutliche Wassereinsparungen erzielt werden. Einer geplanten Validierung an Bodensäulen im Labor und Optimierung dieses Simulationsansatzes soll eine Pra- xisprüfung im Freigelände folgen.

Abstract: In many climatic regions, the availability of water in soils determines to a large extent their agricultural productiveness. Especially in irrigated agricultural areas information about the actual soil water dynamics can deliver valuable data to optimize the irrigation practice with regard to volume and duration of irrigation. South Tyrol is a region where these questions are discussed currently. Intensive orcharding is practised there within an area of about 18.000 hectares. Because of the local climatic situation irrigation is considered necessary and has been practised for a long time. However, at many locations much more water is used for irrigation than the apple trees actually need. Regarding the aspects of climatic change and the decrease of water resources, the term “precision irrigation” is being increasingly discussed. Such a precision irrigation must be based on objective and quantitative criteria, which focus primarily on the physical soil properties and hydrologic balances. One solution would be to have sensors near the plants’ roots controlling the water inflow depending on the particular demand. Such a dense soil-hydrological measuring network should be composed ideally of micro-sensors, which are distributed in the investigated soil section and thereby collect data of relevant parameters in the pedosphere using high temporal resolution and transmitting the information to a central logger-unit. This contribution will present a simulation-based approach of a precision irrigation-system with particular consideration of pedo-specific properties.

Schlüsselwörter: Bodenfeuchtesensorik, Simulation, Bewässerungssteuerung, Pedotransferfunktionen

Keywords: soil moisture sensors, simulation, irrigation control, pedotransfer functions

*Anschrift des Autors: Sven Grashey-Jansen ([email protected]), Universität Augsburg, Institut für Geographie, Lehrstuhl für Physische Geographie & Quantitative Methoden, Universitätsstraße 10, D-86135 Augsburg.

1. Einleitung Daher wird es auch aus Gründen der Kostenbe- grenzung in Zukunft notwendig werden, den Die Wasserverfügbarkeit im Boden entscheidet in Bewässerungsbedarf und die Menge der einzel- vielen Klimaregionen der Erde maßgebend über nen Wassergaben objektiv nach messbaren Para- deren landwirtschaftliche Ertragsfähigkeit. Rund metern festzulegen. Der Terminus “Precision ein Fünftel des Agrarlandes der Erde müssen irrigation” als teilflächenspezifische Bewässerung aufgrund mangelnder Niederschläge künstlich ist definiert als eine exakte Wasserapplikation in bewässert werden, so dass die Bewässerung in Abstimmung auf die räumlichen und zeitlichen vielen Regionen der Erde einen unverzichtbaren Variationen der Bodeneigenschaften und in Produktionsfaktor darstellt. Die Heterogenität der Abhängigkeit der verschiedenen phänologischen Böden bleibt dabei meist unberücksichtigt (Gras- Entwicklungsphasen, während der Vegetationspe- hey-Jansen 2007a, 2007b). riode (Al-Karadsheh et al. 2003, Schoengold et Der vorliegende Beitrag will einige Ergebnisse al. 2004, Al-Kufaishi et al. 2006, Rain et al. aus mehrjährigen Untersuchungen zur Bodenwas- 2007). serdynamik unter Bewässerungseinfluss in Südti- Nicht nur das regionale Bewusstsein, sondern rol zusammenfassen und dabei Möglichkeiten der auch die Empfehlungen und Vorschriften der Bewässerungsoptimierung anhand eines simulati- Europäischen Wasserrahmenrichtlinie ziehen ven Ansatzes aufzeigen. einen Handlungszwang nach sich, so dass in Die Region Südtirol in Italien ist mit ca. Südtirol und im gesamten europäischen Raum 18.000ha Anbaufläche und einer jährlichen vermehrt Überlegungen getroffen werden, welche Produktionsrate von bis zu 900.000t das größte in die Richtung einer Bewässerungsoptimierung zusammenhängende Kernobstanbaugebiet in auf Basis messbarer Kriterien abzielen. Europa. Der Übergang vom mediterranen zum mitteleuropäisch-kontinentalen Klima gewähr- leistet prinzipiell sehr gute klimatische Voraus- 2. Datengrundlage und Methodik setzungen für einen intensiv und großflächig 2.1 Voruntersuchungen betriebenen Obstanbau. Die jährlichen Nieder- Durch umfangreiche bodenkundliche und boden- schlagsmittel variieren lokal und liegen bei hydrologische Untersuchungen an 15 repräsenta- 450mm bis 550mm im inneralpinen Trockental tiven Standorten konnte im Zeitraum von 2003 Vinschgau und knapp 650mm im Mittleren bis 2009 eine solide Datenbasis zur quantitativen Etschtal zwischen Meran und Bozen, so dass Beschreibung der Bodenwasserdynamik unter intensiv betriebene Obstanbau nur unter einer Bewässerungseinfluss gewonnen werden (Gras- Zusatzbewässerung rentable Erträge liefert (Gras- hey-Jansen 2008b). Neben Profilaufnahmen und hey-Jansen & Schröder 2009). Zwar werden Laboranalysen, stand dabei vor allem die simul- inzwischen Bewässerungsstrategien verfolgt, tane Erfassung tiefendifferenzierter Saugspan- welche auf Bodenfeuchtemessungen basieren. nungen, Grundwasserspiegelschwankungen und Doch sind diese aufgrund des nichtlinearen und Bewässerungseinheiten sowie relevanter klimati- bodenartspezifischen Zusammenhangs zwischen scher Parameter (Niederschläge, Boden- und Wassergehalt und Wasserspannung selten ziel- Lufttemperaturen, Wind und Luftfeuchtigkeit) im führend. Infolgedessen kommt es häufig zu Vordergrund. Die hohe zeitliche Auflösung Wassergaben, welche deutlich über die tatsächli- (stündlich) ermöglichte den effizienten Einsatz che Notwendigkeit und den Bedarf der Kultur- statistischer Verfahren zur Daten- und Zeitreihen- pflanzen hinausgehen. Vor allem im Bereich analyse. grundwassernaher Standorte sind bereits Erschei- Längerfristige Variationen und markante Ano- nungsformen der Überbewässerung beobachtet maliephasen im Gesamtverlauf der tensiometri- worden (Thalheimer 2005, Grashey-Jansen schen Zeitreihen wurden durch die Anwendung 2008a). numerischer Tiefpassfilter beschrieben. Die Das Wasser zur Beregnung wird insbesondere Anwendung numerischer Hochpassfilter erlaubte im Mittleren Etschtal aus Tiefbrunnen entnom- eine optimierte Analyse der hochfrequenten men. Aufgrund des hohen Wasserverbrauches, Variabilitäten. Bivariate und partielle Korrelati- sind zeitweise Absenkungen im Grundwasser- onsrechnungen dienten einer initialen Überprü- spiegel registriert worden. Eine zentrale Aufgabe fung und Quantifizierung vermuteter Zusammen- der regionalen Landwirtschaft wird es in den hänge zwischen den Saugspannungen und den kommenden Jahren sein, den Wasserverbrauch erfassten Einflussgrößen. Die Berechnung (par- auf ein minimal notwendiges Maß zu reduzieren.

51 tieller) Autokorrelationsfunktionen gestattete die tungsintensiven Mikro-Tensiometern zu realisie- Identifkation standort- und tiefenspezifischer ren. Trägheitsmäße und Wiederholungsmuster. Um Der hier vorgestellte Simulationsansatz basiert die natürlichen Zeitverzögerungen sowie die daher auf stromsparenden low-cost Bodenfeuch- damit verbundenen Abhängigkeiten und Reakti- tesensoren, welche den volumetrischen Wasser- onsgeschwindigkeiten im bodenhydrologischen gehalt in porösen Medien über Spannungsände- Prozessgeschehen quantifizieren zu können, rungen kapazitiv an der Sonde messen. Die wurden für alle Korrelationspaare die entspre- korrespondierenden pF-Werte im Boden werden chenden Zeitversätze durch Kreuzkorrelationen in der Simulation über regressionsbasierte Pe- berechnet. Hauptkomponentenanalysen dienten dotransferfunktionen berechnet, welche für alle durch die Informationsverdichtung und Musterer- 34 Bodenarten der deutschen bodenkundlichen kennung dazu grundlegende Typen der Saug- Systematik erstellt wurden (Grashey-Jansen & spannungsvariabilitäten zu extrahieren. Letztend- Timpf 2010). Über diese spezifischen Pedotrans- lich konnten dann im Zuge schrittweiser Regres- ferfunktionen wird eine simultane Wiedergabe sionsverfahren aus der Gesamtmenge der erfass- der Saugspannungen und damit eine objektive ten Parameter diejenigen Einflussgrößen ermittelt und quantitativ basierte Abschätzung der Bewäs- werden, welche als Prädiktoren einen signifikan- serungsnotwendigkeit möglich. ten Erklärungsanteil zur Variation der Zielgröße Die Sensoren werden unmittelbar an den je- Saugspannung beitragen. weiligen oberen und unteren Horizontgrenzen positioniert. Diese Sensorknoten sind mit einer 2.2 Simulationsansatz der sensorge- Kontrolleinheit an der Bodenoberfläche verbun- stützten Bewässerungsoptimierung den (Abbildung 1). Die Bodenfeuchtewerte zwischen diesen Sensorknoten (innerhalb der Der bio- und bodenphysikalische Zusammenhang homogenen Einzelhorizonte) werden zentimeter- zwischen der Saugspannung des Wassers in der weise über ein lineares Interpolationsverfahren Bodenmatrix und dem Wasserversorgungsstatus berechnet, so dass letztlich für jeden Zentimeter der Pflanzen legt eine kontinuierliche und tiefen- im Gesamtprofil zeitgleich gemessene und simu- differenzierte Saugspannungserfassung für die lierte Bodenfeuchtewerte vorliegen. Basierend Umsetzung einer bedarfsorientierten Bewässe- auf diesen Feuchtewerten wird über die bodenart- rung nahe, die im Idealfall sensorgestützt erfolgt. spezifischen Pedotransferfunktionen der korres- Der Einsatz von Sensoren zur Bewässerungs- pondierende Vertikalverlauf der Wasserspannun- steuerung ist in der landwirtschaftlichen Praxis gen im Bodenprofil berechnet. jedoch an verschiedene Restriktionen geknüpft. Der Bewässerungsbeginn wird durch das Ü- Die minimalinvasive Installation einer wartungs- berschreiten kritischer Saugspannungswerte (für armen Sensorik ist vorteilhaft, weil sie den lau- den Obstbau ab 550hPa; vgl. Quast 1986) im fenden Betrieb nicht stört und in hoher raumzeit- Hauptdurchwurzelungsbereich von den betroffe- licher Auflösung Messwerte liefert. Im Bereich nen Tiefenbereichen signalisiert. Diese Signalge- der Bodenfeuchtemessung hat sich daher in den bung kann dabei sowohl durch die physischen letzten Jahren die Verwendung von Mikrosenso- Sensorknoten als auch aus den virtuellen Zwi- ren etabliert. Eine auf Feuchtesensoren basieren- schenbereichen erfolgen. Die Wiedergabe der de Bewässerungssteuerung kann jedoch nur unter raumzeitlichen Dynamik der descendenten Was- Einbeziehung entscheidender bodenphysikali- serbewegung im Bodenprofil erfolgt durch die scher Parameter effizient arbeiten. Hierbei nimmt Berechnung der relevanten Teilpotentiale sowie die mineralische Korngrößenzusammensetzung der hydraulischen Gradienten gradψh und der (neben der spezifischen Lagerungsdichte und dem ungesättigten hydraulischen Leitfähigkeiten k(Ψ). Gehalt an organischer Substanz) eine zentrale Die Berechnung von k(Ψ) basiert dabei auf dem Stellung ein, weil sie den Bodenwasserhaushalt Ansatz von Mualem (1976) und dem Vorhersa- und seine raumzeitliche Dynamik entscheidend gemodell van Genuchten (1980). Es wird von beeinflusst. Ohne Berücksichtung dieses Parame- einem idealisierten Kolbenfluss des Wassers im ters ist ein Rückschluss auf die korrespondieren- Boden ausgegangen, der das Bodenprofil kaska- den Matrixpotentiale im Boden und damit eine denartig bis zum Erreichen der bodenartspezifi- bedarfsorientierte Bewässerung nicht möglich. schen Feldkapazität zentimeterweise aufsättigt. Sensortechnisch ist eine minimalinvasive Mes- K(Ψ) ermöglicht über die Berechnung des Was- sung der Matrixpotentiale nur unter einem unver- serfluxes q eine quantitative Beschreibung der hältnismäßig hohen Kostenaufwand mit war- Zeitdauer, welche das Wasser auf seinem Fließ-

weg durch die jeweils betrachtete Tiefenlage dx tionszeit tp bezeichnet. Die Größe tp kann letzt- im vertikalen Bodenprofil im Laufe des Aufsätti- lich aus der gesättigten hydraulischen Leitfähig- gungsprozesses benötigt. Der dafür notwendige keit der entsprechenden Bodenart abgeleitet hydraulische Potentialgradient wird für den werden, da der Wert des hydraulischen Gradien- mittleren Wassergehalt des jeweiligen und dem ten innerhalb von dx nach seiner zeitweiligen aktuellen Wassergehalt des nächst tieferen Zen- Vollaufsättigung stets 1 beträgt. timeters berechnet. Die Bestimmung der Gesamtdauer tt für die Versickerung des Bewässerungswassers erfolgt

 )(  gradkq  h [1] kumulativ:

   tpittttt ddddx Die Berechnung von q entspricht damit der 2 x1 x2 x2 maximal möglichen Bewässerungsintensität, bei  tpittttt ddddx der es noch zu keinem Wasserstau kommen kann. 3 x 2 x3 x3 Hierbei wird im Modell vereinfachend davon  tpittttt ddddx [4] ausgegangen, dass die Wasserspannungen in den 4 x3 x4 x 4   tpittttt tieferen Bodenbereichen nach Aktivierung des 5 x 4 x5 ddddx x5 Bewässerungsvorganges und dem Einsetzen der  ... damit verbundenden Infiltration bis zum Befeuch- tungsmoment nicht weiter ansteigen, sondern Die Bewässerung endet sobald das gesamte stagnieren. Im Bereich der Horizontübergänge Bodenprofil seine maximale Feldkapazität bis in muss dabei auf die Pedotransferfunktionen der den Hauptdurchwurzelungsbereich hinein erreicht nächstfolgenden Bodenart vorgegriffen werden, hat. um den zugehörigen hydraulischen Gradienten zu Die numerischen Teilsimulationen wurden in berechnen. der freien Programmiersprache R geschrieben Die simulierte Abwärtsbewegung des Bewäs- und entwickelt. Die eigentliche Simulation erfolgt serungswassers im Boden von einem Zentimeter mit dem ebenfalls freien Simulationstool SeSAm in der Tiefe dx1 zum nächsten in der Tiefe dx2 (Shell for Simulated Agent Systems), welches erfolgt nach einem eigens entwickelten Kaska- javabasiert mit einer visuellen Programmierum- denmodell, welches in das Gesamtmodell integ- gebung arbeitet. In dieser Multi-Agenten- riert ist. Dabei wird in einem ersten Schritt das Simulation werden die Einzelsensoren durch jeweils aktuell auffüllbare Wasserspeichervolu- "Agenten" repräsentiert, wobei jeder Agent mit men wcfill pro Zentimeter Bodentiefe im Zeitver- Eigenschaften, Informationen und Fähigkeiten lauf berechnet: ausgestattet ist. Durch das "Verhalten" jedes einzelnen Agenten und der Interaktion mit be- fill ( sat  wcwcwc act  1,0) [2] nachbarten Agenten können die Wirkungsgefüge mit: im Bodenwasserhaushalt beschrieben und damit wcfill = auffüllbare Wassermenge [mm] der Bewässerungsablauf als ein emergentes wcsat = Wassergehalt bei Feldkapazität (pF 1,8) Phänomen simuliert werden (Grashey-Jansen & [mm] Timpf 2010). wcact = aktueller Wassergehalt [mm]

Mit q und wcfill kann die Zeitdauer it berechnet werden, welche zum Auffüllen des betrachteten 3. Ergebnisse Zentimeters benötigt wird, wenn sich das Wasser 3.1 Ergebnisse der Voruntersuchungen mit der Intensität q durch den Boden bewegt: Die Felduntersuchungen haben gezeigt, dass in der Untersuchungsregion eine große pedologische wc Standortheterogenität vorliegt. Den Analysen und it  fill [3] Berechnungen nach erweist sich die Saugspan- q nung als ein sehr tiefenabhängiger Parameter, der bis in 45cm Bodentiefe (= Hauptdurchwurze- Die Berechnung der Zeit, welche zum Durch- lungsbereich der Obstbäume) einer deutlichen sickern durch den inzwischen aufgesättigten Steuerung durch atmosphärische Einflussgrößen Zentimeter dx bis zum Erreichen von dessen Basis unterliegt. Im Bereich grundwassernaher Standor- und damit dem Erreichen vom darunterliegenden te konnten die Grundwasserflurabstände und Zentimeter dx+1 verstreicht, wird hier als Perkola- kapillare Aufstiegsprozesse als ein signifikanter

Steuerungsparameter nachgewiesen werden, so von 500hPa für den Hauptdurchwurzelungsbe- dass stellenweise eine ganzheitliche Wasserver- reich (beginnend bei ca. 15cm) festgelegt. sorgung der Obstbäume ohne jegliche Zusatzbe- Die horizontspezifische Verteilung der volu- wässerung denkbar ist (Grashey-Jansen 2008a, metrischen Wassergehalte kommt dabei deutlich 2008b). zum Ausdruck (Abbildung 2a). Dagegen zeigen Die Bodenwasserdynamik wird dabei maßge- die korrespondierenden Saugspannungen (Abbil- bend von der Heterogenität pedologischer Eigen- dung 2b) aufgrund des sich bereits eingestellten schaften gesteuert, wobei die Zusammensetzung Potentialausgleichs einen erwartungsgemäß und Verteilung der mineralischen Korngrößen wesentlich ausgeglicheneren Vertikalverlauf. eine zentrale Rolle spielt. Die Saugspannung als messbare Zielgröße erwies sich im Rahmen der Voruntersuchungen als ein gut geeigneter Para- meter zur quantitativen Beschreibung der Bo- denwasserdynamik unter Bewässerungseinfluss. Um die Bewässerungspraxis für die Region in ökonomischer und ökologischer Hinsicht zu optimieren, ist eine Bewässerungsplanung auf objektiver Basis essentiell. Dabei dürfen atmo- sphärische Parameter und der Einfluss des Grundwassers nicht überbewertet werden, sondern die Beachtung der pedologischen Verhält- nisse muss in den Vordergrund gestellt werden. Nur mit ihrer Kenntnis, lässt sich die Wirksam- keit atmosphärischer und hydrologischer Ein- flussgrößen effektiv abschätzen, um damit essen- tielle Informationen für eine bedarfsgerechte Bewässerung zu liefern.

3.2 Simulationsergebnisse Als Simulationsergebnis wird vom Modell ein Bewässerungsplan ausgegeben. Die Bewässerung erfolgt dabei weder statisch noch intermittierend, sondern kontinuierlich dynamisch. Dies bedeutet, dass das Verhältnis zwischen ausgebrachter Wassermenge und der zugehörigen Bewässe- rungsdauer kontrollierten Variationen unterliegt. Diese dynamische Bewässerungsweise ermög- licht eine sukzessive Wasserzufuhr in das Boden- profil unter Anpassung an die bodenhydrologischen Eigenschaften. Die folgenden Ergebnisse basieren auf dem in Abbildung 1 gezeigten Bodenprofilaufbau, der sich horizontweise aus den drei verschieden Bodenarten Mittelsand (mS: 0-17cm), schwach schluffigem Sand (Su2: 18-30cm) und sandig- lehmigem Schluff (Uls: 31-45cm) zusammen- setzt. Abbildung 2 zeigt die vertikale Verteilung der simulierten, volumetrischen Bodenwassergehalte (a) und der korrespondierenden Saugspannungen (b) zum Zeitpunkt des Bewässerungsbeginns, Abb. 1: Anordnung der Bodenfeuchtesensoren an den welche das Modell aus den Pedotransferfunktio- Horizontgrenzen in einem heterogenen Beispielprofil. nen synchron berechnet. Als Schwellenwert wurde im Beispiel eine kritische Saugspannung

Abb. 2 a: Vertikalverteilung des volumetrischen Wassergehaltes im Bodenprofil. b: Vertikalverteilung der zeitgleich korrespondierenden Saugspannungen im Bodenprofil.

Basierend auf dieser bodenhydrologischen Aus- cher Bewässerungsdauer und Wassermenge gangssituation wird von den simulierten Sensoren zusammen (= dynamische Intensität). Im gezeig- der Bewässerungsplan berechnet (Abbildung 3). ten Beispiel beträgt die gesamte Bewässerungs- Daraus wird ersichtlich, dass die Bewässerungs- dauer 78,7 Minuten, um das Bodenprofil bis in intensität über den gesamten Bewässerungszeit- 45cm Tiefe mit einer aufsummierten künstlichen raum variiert, weil jede Bodentiefe die Wasser- Niederschlagshöhe von 44,15mm bis auf seine menge erhält, die auch ihrem maximal möglichen Feldkapazität aufzusättigen. Die kurze Bewässe- Speichervolumen bei Feldkapazität entspricht. rungsdauer erklärt sich durch die hohen Aus- Aufgrund dieses dynamischen Bewässerungsvor- gangssaugspannungen im gesamten Bodenprofil gangs, wird dem Bodenprofil das notwendige und den damit verbundenen hohen hydraulischen Wasser sukzessive in Anpassung an seine (sich Gradienten im Bereich der jeweiligen Infiltrati- im Zeitverlauf ändernden) bodenhydrologischen onsfronten, welche die Wasserbewegung zusätz- Eigenschaften zugeführt. Der Bewässerungsplan lich antreiben. setzt sich somit aus einzelnen Slots unterschiedli-

Abb. 3: Bewässerungsplan als Simulationsergebnis für eine sensorgestützte Präzisionsbewässerung. Die Länge der Zeitfenster (= Slots; begrenzt durch dünne Linien) sowie die innerhalb der Slots ausgebrachten Wassermengen (dicke Linien mit Punktsignatur im Maximalbereich) unterliegen dabei dynamischen Variationen.

4. Diskussion sensorbasierte, dynamische Präzisionsbewässe- rung ist deswegen bislang noch nicht abschätzbar. Der Simulationsansatz zeigt, dass eine Bewässe- rungssteuerung durch den Einsatz weniger, aber pedospezifisch kalibrierter Feuchtesensoren 5. Schlussfolgerungen effizient erfolgen kann. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Bewässerungspraxis, welche Um die Bewässerungspraxis für die vorgestellte meist fixierten Zeitplänen mit pauschalen Was- Region in ökonomischer und ökologischer Hin- sergaben und dabei eher subjektiven Kritierien sicht zu optimieren, ist eine Bewässerung auf folgt, liefert die Simulation eine dynamische objektiver Basis essentiell. Dabei dürfen die Bewässerungssteuerung. Diese basiert auf den atmosphärischen Parameter und auch die Grund- bodenphysikalischen Eigenschaften des Standor- wassernähe als objektive Kriterien nicht überbe- tes und nutzt die Saugspannung als Führungsgrö- wertet werden, sondern die Beachtung der pedo- ße für ein bedarfsorientiertes Bewässerungssche- logischen Verhältnisse muss in den Vordergrund ma. rücken. Die Bewässerungspraxis kann deutlich Die Wasserersparnis gegenüber der traditionellen optimiert und bedarfsorientiert gestaltet werden, Bewässerungsweise ist aufgrund der großen wenn ihr kein administrativ und subjektiv gesteu- pedologischen Standortheterogenität für die erter Bewässerungszeitplan zugrunde liegt, son- Untersuchungsregion nur schwer abschätzbar. dern die Bewässerungsnotwendigkeit an der Ausgehend von einer künstlichen Niederschlags- tatsächlich pflanzenverfügbaren Bodenwasser- dichte von 6mm/h und einem 9-stündigen Bewäs- menge gemessen wird. Die Saugspannung im serungszeitraum bei der herkömmlichen Ober- Boden ist dabei eine optimale Führungsgröße. kronenberegnung (Grashey-Jansen 2008b) ergibt Eine sensorgestützte und zeitgleich minimalinva- sich im Vergleich zu dem hier vorgestellten sive Erfassung der Matrixpotentiale ist technisch Beispiel eine Wassereinsparung von rund bisher nur schwer und unter sehr hohem Kosten- 10Liter/m2 (= 1000Liter/ha) je Bewässerungs- aufwand realisierbar, weshalb der Einsatz von gang. Zudem reduziert der verkürzte Bewässe- stromsparenden und kostengünstigen Boden- rungszeitraum der dynamischen Variante Was- feuchtesensoren zielführender erscheint. serverluste durch Winddrift, Evaporation und Die Steuerung der Bewässerung mithilfe von Interzeption, welche jedoch aufgrund der Abhän- pedospezifisch kalibrierten Feuchtesensoren, gigkeit von der Witterung und dem phänologi- deren Messwerte simultan durch entsprechende schem Stadium bisher noch nicht quantifizierbar Transferfunktionen in die korrespondierenden sind. Saugspannungen umgerechnet werden hat, sich Bezüglich der simulierten Bodenwasserdynamik im Modellversuch als effizient erwiesen. Die muss davon ausgegangen werden, dass die reale Einbindung dieses Systems in ein Sensornetzwerk Fließgeschwindigkeit noch höher liegt, weil das ist ein denkbarer Ansatz für eine teilflächenspezi- Wasser die Matrix „umfließen“ muss (Ehlers & fische und bedarfsorientierte Bewässerung. An- Goss 2004). Das heißt die tatsächliche Fließstre- gaben zur potentiellen Wassereinsparung konnten cke, welche innerhalb dieser Zeit zurückgelegt bereits abgeschätzt werden. wird ist länger als es der Modelldistanz von Zur Optimierung des Modells sollen in einem einem Zentimeter entspricht. Dieser Effekt (wie weiteren Simulationsschritt exogene Parameter in auch der Einfluss von Makroporenflüssen) kann das Modell integriert werden, um dem Einfluss bisher noch nicht zielführend simuliert werden. von Niederschlägen, Luft- und Bodentemperatu- Die Validierung des Modells im Feld- und La- ren, relativen Luftfeuchten und Grundwasserspie- borversuch ist in Vorbereitung, wobei zunächst gelständen gerecht zu werden. Auch die Berück- eine pedospezifische Kalibrierung der Sensorkno- sichtigung phänologischer Variationen im Jahres- ten im Vordergrund steht. Nach einer erfolgrei- gang, welche den Wasserbedarf der Obstbäume chen Validierung dieses Simulationsansatzes an und den Wasserentzug aus dem Hauptdurchwur- Bodensäulen im Labor und der Praxisprüfung im zelungsbereich maßgebend steuern (Noga & Lenz freien Gelände, wird eine große Problematik im 1982, Mager 1988), sind im aktuellen Modellsta- Bereich der technischen Umsetzung liegen. Der tus noch unzureichend berücksichtigt. Desweite- technische und finanzielle Aufwand für eine ren soll die zusätzliche Einbindung variierender Lagerungsdichten und Humusgehalte als ergän-

56 zende Bodenparameter, welche den Wassergehalt serungseinfluss. – 271 S.; Augsburg (Institut für beeinflussen, durch eine Modifizierung der be- Geographie). reits erstellten Pedotransferfunktionen umgesetzt Grashey-Jansen, S. & Schröder, L. (2009): Zur Physi- werden. Auch der Einfluss von Makroporenflüs- ogeographie des Vinschgaus. – er Schlern, 83: 52- sen sowie die Wasserbewegung in Sekundärpo- 65. Grashey-Jansen, S. & Timpf, S. (2010): Soil Hydrol- ren, wie sie beispielsweise in tonreicheren Sub- ogy of Irrigated Orchards and Agent-Based Simu- straten infolge von Quellungs- und Schrump- lation of a Soil Dependent Precision Irrigation Sys- fungsprozessen eine Rolle spielt, sollen quantita- tem. – Journal of Adv. Sci. Lett., 3: 1-14. tiv eingebunden werden. Mager, A. (1988): Einfluss verschiedener Klimafakto- Durch die genannte Ergänzung und Optimierung ren auf den Wasserverbrauch von Apfelbäumen in der Berechnungsstrukturen kann der bestehende Abhängigkeit von Nährstoffversorgung, Erzie- Simulationsansatz noch verbessert und somit an hungsmaßnahmen und Fruchtbehang: 134 S.; Bonn die realen Bedingungen und Prozeduren angenä- (Universität Bonn). hert werden, um einen effektiven Beitrag zur Mualem, Y. (1976): A new model for predicting the Präzisionsbewässerung liefern zu können. hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Res. Research, 12: 513-522. – Noga, G. & Lenz, F. (1982): Transpiration von Äpfeln

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 57-68, 6 Abb., 3 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Saisonale Variabilität des Einflusses von Karsttributären auf die hydrologische Entwicklung der Altmühl (Bayern)

Eva Olmo Gil, Martin Trappe & Michael Becht*

Olmo Gil, E., Trappe, M. & Becht, M. (2011): Saisonale Variabilität des Einflusses von Karsttributären auf die hydrologische Entwicklung der Altmühl (Bayern). [Seasonal variability influence of karst tributaries to the hydrological behaviour of Altmühl River (Bavaria).] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 57-68, Halle (Saale).

Kurzfassung: Im Bereich des Karstgebietes der Südlichen Frankenalb wurde der Einfluss der Schüttung verschiedener Karstquellen auf das hydrologische Verhalten der Altmühl untersucht. Jedoch lassen sich in Karstgebieten aufgrund der karsttypischen Besonderheiten keine einfachen N-Q- Beziehungen für die jeweiligen Quelleinzugsge- biete angeben. Daher wurden nur Schüttungsaufzeichnungen der Karstquellen als Inputdaten für die Modellierung des Abflussverhaltens der Altmühl herangezogen. Mit Hilfe des ATV-DVWK-Gewässergütemodells wurden in mehreren Szenarien die Auswirkungen und die Bedeu- tung der Schüttung von Karstquellen und einigen Nebengewässern auf den Abfluss der Altmühl dargestellt. Insbe- sondere in den Sommermonaten tragen die Karstquellen erheblich zum Abfluss der Altmühl bei, während im Winter das Wasser überwiegend aus dem mittelfränkischen Vorland stammt.

Abstract: The influence of several karst springs and tributaries to the hydrological behaviour of a surface river was examined for the example of the Altmühl River (South Franconian Alb, Bavaria). Simple relations between precipitation and discharge of karst springs are uncommon for karst areas. Instead discharge hydrographs of the different karst springs were used for modelling of the hydrological properties of the surface river. To evaluate the importance of the hydrological characteristics of karst springs and other tributaries to the Altmühl discharge the ATV-DVWK water quality model was applied. Especially during summer karst springs show a high contribution to the water quantity of the Altmühl River whereas in winter most water comes from the upper catchment, which is located outside the South Franconian Alb in the Mid-Franconian foreland.

Schlüsselwörter: Abflussmodellierung, ATV-DVWK-Gewässergütemodell, Hydrologie, Karsthydrologie

Keywords: runoff modelling, ATV-DVWK water quality model, hydrology, karst hydrology

*Anschriften der Autoren: Eva Olmo Gil ([email protected]), Martin Trappe, Michael Becht, Lehrstuhl für Physische Geographie, Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt, Ostenstr. 18, D-85072 Eichstätt.

1. Einführung Physische Geographie der Katholischen Univer- sität Eichstätt-Ingolstadt erfasst dabei die hydro- Beziehungen zwischen Niederschlag (N) und logischen Rahmenbedingungen des Karstes der Abfluss (Q) sind entscheidend für das Verständ- Südlichen Frankenalb und die Auswirkungen auf nis von Stoffeintrag und hydrologischen Aus- den Hauptvorfluter, die Altmühl. Hierbei ist das tauschbeziehungen im Einzugsgebiet eines übergeordnete Ziel die Quantifizierung des Flusses. Einzugsgebiete in Karstregionen bilden Einflusses der Karsttributäre bzw. Karstquellen hierbei keine Ausnahme, doch die charakteristi- auf die Wasserqualität der Altmühl während sche Karsthydrologie mit verschiedenen unterir- verschiedener Witterungsszenarien. dischen Fließwegen und Strömungsmustern Zukünftig wird sich damit die Frage nach weist recht variable Niederschlags-Abfluss- dem jahreszeitlich unterschiedlichen Nährstoff- Beziehungen auf (Trappe et al. 2010). Karst- eintrag in den Vorfluter Altmühl besser beant- quellen zeigen nach Niederschlägen häufig worten lassen, da diese Nährstoffe für die Ge- unterschiedliche Schüttungsmuster in Bezug auf schwindigkeit einer alljährlichen Algenblüten- Niederschlagsereignisse (z.B. Glaser 1998, entwicklung in der Altmühl verantwortlich sind. Valdes et al. 2007, Bonacci 2007, Fleury et al. 2007, Geyer et al. 2008, Moussu et al. 2009). Zur Untersuchung des Aquiferverhaltens und 2. Geographische, geologische und des Schüttungsverhaltens von Karstquellen sind hydrologische Rahmenbedingungen daher längerfristige Datenreihen zu Nieder- des Untersuchungsgebietes schlag, Evapotranspiration, Witterungsentwick- lung und der Quellschüttung ebenso nötig wie Geomorphologisch präsentiert sich die Südliche detaillierte Informationen zur Geomorphologie Frankenalb als eine leicht nach Süden geneigte, und Geologie des Einzugsgebietes der jeweili- seicht-wellige Hochfläche, die von tief einge- gen Quelle. schnittenen Tälern durchzogen wird. Im Norden Zur Kennzeichnung der hydrologischen grenzt sie sich mit dem Steilabfall der Jura- Auswirkung verschiedener Karstquellen und Schichtstufe gegen das schwach hügelige mittel- kleinerer Nebengewässer (Karsttributäre), die fränkische Vorland ab. Das Donautal bildet im ebenso das Karstgebiet entwässern, auf den Süden die Grenze. Die Südliche Frankenalb ist anschließenden Vorfluter müssen die jeweiligen Teil des schwäbisch-fränkischen Karstgebietes, Niederschlags-Abfluss-Beziehungen, die sich im das aus Kalksteinen und Dolomiten des Malm Quellschüttungsverhalten widerspiegeln, be- (Oberjura) aufgebaut ist. Die Basis dieser ver- rücksichtigt werden. Aufgrund des häufig ab- karsteten Karbonatgesteine bilden die wasserun- weichenden Verhaltens der einzelnen Quellen durchlässigen Schichten des Doggers oder stellt sich das Problem, dass einerseits der Auf- Mittleren Juras (Doppler et al. 2002). Die Regi- wand bei der Datenaufnahme für die jeweiligen on wird von kleineren Nebenflüssen der Donau Quelleinzugsgebiete erheblich zunimmt, ande- entwässert, die weitgehend von Karstquellen rerseits sich der Arbeitsschwerpunkt von dem zu gespeist werden. Zentraler Fluss ist die Altmühl, beobachteten Vorfluter entfernt. Insofern ist das die die Region kreuzt (Abb. 1). Ziel der vorliegenden Arbeit quantitative Ab- Hydrogeologisch zeigt sich in den Karbonat- flussbeziehungen eines Vorfluters zu seinen gesteinen ein Richtung Süden mächtiger wer- Karsttributären aufzuzeigen. Hierbei sollen dender Karstaquifer, der im Liegenden von den mehrere Fragestellungen beantwortet werden: Schichten des Doggers (Mittlerer Jura) weitge- 1. Unterscheidet sich das hydrologische Verhal- hend abgedichtet wird. Im Norden der Südlichen ten eines Vorfluters von dem seiner Karsttributä- Frankenalb bestimmt die seichte Karstzone re bzw. Karstquellen? (Glaser 1998, Büttner et al. 2002) bei oberhalb 2. Wie variiert der hydrologische Einfluss des der Talsohle gelegenem Dogger das Schüttungs- Karstgebietes auf den Vorfluter im Jahresverlauf verhalten der meisten Karstquellen, die rasch bzw. bei unterschiedlichen Abflusssituationen? und heftig auf Niederschläge reagieren. Im Als Beispiel für die hydrologische Bedeutung Gegensatz dazu reagiert die Tiefe Karstzone im der Zuflüsse für Oberflächengewässer in Karst- Süden deutlich gedämpfter oder je nach hydro- gebieten wurde die Altmühl im Bereich der logischen Randbedingungen gar nicht. Trappe et Südlichen Frankenalb mit ihren Karstquellen al. (2010) beschrieben anhand des Quellschüt- und Nebenbächen gewählt. Ein seit mehreren tungsmusters von Karstquellen der Südlichen Jahren laufendes Messprogramm des Lehrstuhls

Frankenalb die Überlagerung von kurzfristigen Frankenalb bei Treuchtlingen (MQ=5,73m3/s) Oberflächeneinflüssen (Schneeschmelz- und nimmt der Fluss Wasser der verschiedenen Starkregenereignisse), die auf das Vorhanden- Karsttributäre auf (vgl. Tab. 1), am Pegel Eich- sein bevorzugter unterirdischer Fließwege im stätt weist die Altmühl einen deutlich erhöhten Einzugsgebiet hinweisen, und dem für die Abfluss auf (MQ=9,93m3/s). Daten zur Schüt- jeweilige Karstzone typischen jahreszeitlich tung von Karstquellen bzw. den Abflüssen bedingten Schüttungsverhaltens. Vor allem im kleinerer Zuflüsse liegen in unterschiedlichem, Übergangsbereich zwischen seichtem und tiefem zumeist jedoch geringem Umfang vor (Unveröf- Karst, der zwischen Treuchtlingen und Eichstätt fentlichte Daten des Quellkatasters des WWA nördlich des Altmühltales verläuft, sind diese Ingolstadt, Zielhofer 2004). Sowohl für die Wechselwirkungen im Quellschüttungsverhalten Konzentration oder Verdünnung von Nährstof- nachweisbar. fen als auch für Abfluss und Fließgeschwindig- Die Altmühl stellt sich als ein polytropher, keit der Altmühl ist die Bestimmung des hydro- mäßig bis kritisch belasteter Fluss dar (Forstner logischen Verhaltens der in diesen Vorfluter et al. 2001). Ihr oberes Einzugsgebiet befindet schüttenden Karstquellen und kleineren sich im vorwiegend landwirtschaftlich geprägten Karsttributäre während verschiedener von ent- Mittelfranken, von wo sie auch ihre Nährstoffbe- scheidender Bedeutung. lastung ererbt. Nach dem Eintritt in die Südliche

Abb. 1: Überblick zum Untersuchungsgebiet der Mittleren Altmühl, der Nebengewässer und ausgewählter Karst- quellen (Bereich Treuchtlingen – Eichstätt).

Anzahl NQ MNQ MQ MHQ HQ Zeitraum Daten [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] Quelle Pegel Treuchtlingen 1941-2008 24837 0,28 1,16 5,73 53,5 183 HND Bayern Pegel Eichstätt 1941-2008 24837 1,02 2,78 9,93 64,7 169 HND Bayern Schambach 1990-2008 6575 0,01 0,03 0,42 2,79 7,76 HND Bayern Möhrenbach 2007-2009 94 0,13 0,20 0,78 ------Eigene Daten Gailach 2007-2009 149 0,20 0,27 0,76 ------Eigene Daten KQ Attenbrunn 2006-2008 69 0,03 0,07 0,09 ------Eigene Daten KQ Obereichstätt 2006-2009 253 0,40 0,66 0,95 ------Eigene Daten KQ Kapellbuck 2005-2009 345 0,03 0,05 0,11 ------Eigene Daten KQ Almosmühle 2005-2009 738 0,01 0,01 0,04 ------Eigene Daten

Tab.1: Gewässerkundliche Hauptzahlen der Altmühl (Pegel Treuchtlingen, Eichstätt), ihrer Nebengewässer und ausgewählter Karstquellen für den Bereich Treuchtlingen – Eichstätt. Aufgrund der zu kurzen eigenen Beobach- tungszeiträume wurde auf die Angabe von Hochwasserdaten verzichtet (Quelle: LFU Bayern und eigene Daten).

3. Material und Methoden für Umwelt Bayern zur Verfügung gestellt, die verwendeten Niederschlagsdaten ausgewählter Neben einer Datenrecherche zu bereits vorliegen- Klimastationen stammen vom Agrarmeteorologi- den Daten wurde im Jahre 2006 ein umfangrei- schen Messnetz Bayern (www.lfl.bayern.de). ches und noch laufendes Dauermessprogramm Zur Charakterisierung der Auswirkungen und zur Dokumentation der hydrologischen und der Bedeutung der Schüttung der Karstquellen chemischen Variabilität einzelner Positionen und der Nebengewässer auf den Abfluss der entlang der Altmühl zwischen Treuchtlingen und Altmühl wurden hydrologische Modellbilanzen Eichstätt sowie verschiedener Tributäre (Oberflä- erstellt. Weiterhin wurde das ATV-DVWK- chengewässer und Karstquellen) begonnen. Gewässergütemodell für Fließgewässer zur Zusätzlich zu den umfangreichen Beprobungen Abflusssimulation der Altmühl verwendet (ATV- der Gewässer wurden insbesondere Abflussmes- DVWK 2002). Ziel des Modells ist die Beschrei- sungen an den verschiedenen Karstquellen und bung eines Gewässers hinsichtlich seiner räumli- Nebengewässern durchgeführt. Abhängig von der chen Variation und zeitlichen Dynamik von Größe der Gewässer wurden zur Abflussbestim- Abfluss und Gewässergüte sowie die quantitative mung ein hydrometrischer Kleinflügel bzw. der Simulation von Reaktionen des Gewässers auf elektromagnetische Sensor FlowSense der Fa. unterschiedliche Rahmenbedingungen (z.B. SEBA Hydrometrie, der Tauchstab nach JENS Schüttung verschiedener Zuflüsse). Das Modell und Verdünnungsmessungen nach punktueller wurde von Forstner et al. (2001) mit Hilfe mor- Tracerinjektion (NaCl) eingesetzt. Da nach phologischer Daten, vermessener Flussquerprofi- Brummeisl et al. (2007) Karstquellen oftmals le und ermittelter Fließzeiten auf die Situation an wenig geeignet zur Einrichtung von aufzeichnen- der Altmühl angepasst. Es bezieht neben dem den Pegeln sind, musste an diesen Positionen auf Wassertransfer auch Wechselwirkungen mit ständige Einzelmessungen zurückgegriffen wer- Grundwasser ein. Neben dem Modul zur Abfluss- den. Diese Messungen wurden ein- bis zwei mal simulation liegen weitere Bausteine zur Gütesi- wöchentlich vorgenommen, im Falle von nieder- mulation vor (ATV-DVWK-AG 2002). Letztere schlags- oder schneeschmelzbedingten Schüt- wurden in vorliegender Arbeit nicht berücksich- tungsvariationen wurde das Messintervall für den tigt, werden jedoch zukünftig bei der gewässer- Zeitraum des Abflussereignisses auf tägliche ökologischen Modellierung eingesetzt werden. Messungen verkürzt. Kurzfristige Schüttungs- Somit erfolgte in vorliegender Arbeit nur eine schwankungen unterhalb des Messintervalls Beschränkung auf die Modellierung der Abflus- können zwar bei der Datenauswertung nicht ses. Für verschiedene Abflussverhältnisse des berücksichtigt werden, sie fallen jedoch bei einer Jahres 2008 (Hoch- und Niedrigwasser) wurde jahreszeitlichen Betrachtungsweise kaum ins der Einfluss der Karstquellen und Karsttributäre Gewicht. Daten der bereits existierenden Pegel- auf den Abfluss der Altmühl überprüft, da kaum positionen Treuchtlingen, Eichstätt (beide Alt- Abweichungen von den mittleren, langjährigen mühl) und Schambach wurden vom Landesamt Mitteln beobachtet wurden (vgl. Tab. 1). Ledig-

61 lich im März 2008 traten an der Altmühl zwei Glaser (1998) erklärten das hydrogeologische kleinere Hochwasserspitzen auf, die sich über das Verhalten der verschiedenen Karstquellen mit Verhalten der Karsttributäre und Karstquellen deren Lage im seichten bzw. tiefen Karst. Karst- zeigten. quellen des seichten Karstes (z. B. des Scham- bachtales, vgl. Schober 2009) weisen eine sehr rasche und deutliche Reaktion auf Niederschlags- 4. Resultate ereignisse auf. Demgegenüber zeigen sich im 4.1. Karstquellen und Karsttributäre tiefen Karst (Quellen entlang oder südlich des Altmühltales gelegen) erheblich abgeschwächte der Altmühl Abflusspeaks und nur ein saisonaler Gang der Das Karstsystem der Südlichen Frankenalb weist Schüttung (vgl. Abb. 2). Im Extremfall können komplexe Zusammenhänge zwischen den Nieder- auch keine Schüttungsreaktionen nach Nieder- schlägen in den Einzugsgebieten und dem jewei- schlägen beobachtet werden. Prinzipiell bestäti- ligen Schüttungsverhalten der verschiedenen gen die eigenen Ergebnisse dieses Bild. Im Detail Karsttributäre bzw. der Karstquellen auf. Generell können sich jedoch erhebliche Abweichungen lassen sich die Beziehungen zwischen Nieder- zeigen, die für den Einzelfall der jeweiligen schlag und Schüttung über die geologische Struk- Karstquelle überprüft werden müssen. tur des Gebietes beschreiben. Apel (1971) und

Abb. 2: Quellschüttung der Karstquelle Almosmühle östlich von Eichstätt für den Zeitraum 2005 bis 2010.

Nach Glaser (1998) kann die Karstquelle Al- zeitige Abflusspeaks aufgesetzt, die auf Starkre- mosmühle aufgrund der geologischen Struktur gen- bzw. Schneeschmelzereignisse zurückzufüh- ihres Einzugsgebietes und der hydrogeologischen ren sind. In diesen Fällen zeigt sich über die Rahmenbedingungen als eine typische Karstquel- Schüttung die karstbedingte Differenzierung le des tiefen Karstes angesehen werden. Sie weist zwischen kluftgebundenen Wegsamkeiten (Con- einen charakteristischen Jahresverlauf ihrer duitflow) und dem langsam strömenden Karst- Schüttung mit einer etwa 2-3 monatigen Verzöge- wasser in den Poren der Dolomite im Einzugsge- rung des Basisabflusses auf. Die Schüttung ist biet der Quelle (Matrixflow), weiterhin scheinen jeweils im Frühjahr deutlich erhöht (ca. 60-100 bei hohem Füllungsstand des Karstsystems zu- l/s), im Herbst bis zum frühen Winter fallen die sätzliche Fließwege aktiviert zu werden. Im Werte bis auf 10-20 l/s ab (Trappe 2009). Diesem Sommer und Herbst lassen sich normalerweise Jahresgang sind nur in den Frühjahresmonaten keine Reaktionen auf Niederschlagsereignisse bei hohem Füllungsstand des Karstsystems kurz- erkennen (Abb. 2), eine Ausnahme bilden die

62 kurzzeitigen sommerlichen Schüttungspeaks nach Abflüsse am Pegel Eichstätt und Treuchtlingen Starkregenereignissen im August 2005 und ergeben sich Abflusswerte, die dem Karstein- August 2010. Aufgrund des sich überlagernden zugsgebiet im nordwestlichen Bereich der Südli- Einflusses von Witterungsevents und normalen chen Frankenalb zwischen Treuchtlingen und jahreszeitlich bedingten Schüttungsschwankun- Eichstätt zuzuordnen sind (Abb. 4). Hierbei zeigt gen ordneten Trappe et al (2010) diese Effekte als sich dessen besondere karstspezifische Ausprä- Charakteristikum einer Übergangszone zwischen gung darin, dass trotz ähnlicher Niederschlagsbe- seichtem und tiefem Karst am Nordrand des dingungen zwischen mittelfränkischem Vorland Altmühltales zu. Vergleichbare Ergebnisse lassen und der Südlichen Frankenalb auch im Winter- sich auch für die Karstquelle Obereichstätt ange- halbjahr erhöhte Abflusswerte auftreten, große ben. Letztendlich stellt sich jedoch jede Karst- Abflusspeaks aufgrund der dämpfenden Wirkung quelle als Individuum in Bezug auf Schüttung des Karstes jedoch nicht zu beobachten sind. und den hydrogeologischen Rahmenbedingungen Berechnet man die relativen Anteile des al- ihres Einzugsgebietes dar. lochthonen Wassers (Pegel Treuchtlingen), das Die verschiedenen Nebenbäche der Altmühl dem mittelfränkischen Vorland der Südlichen zeigen je nach Größe des Einzugsgebietes, An- Frankenalb entstammt, bzw. des autochthonen zahl und Schüttungsanteil der beteiligten Karst- Wassers aus der Karstregion (Abflussdifferenz quellen ein ähnliches Bild, bei dem die Individua- der Pegel Eichstätt und Treuchtlingen), so zeigt lität jeder einzelnen Karstquelle jedoch nur abge- sich für die Altmühl am Pegel Eichstätt für Januar schwächt erkennbar ist. Die Schüttungsmuster bis April die verringerte Wasserzufuhr aus dem dieser Karsttributäre gehorchen eher dem von Karst (Abb. 4). Folglich lief in dieser Zeit eine Glaser (1998) beschriebenen jeweiligen hydrolo- Hochwasserwelle aus vorwiegend allochthonem gischen Verhalten im seichten bzw. tiefen Karst. Wasser durch das Altmühltal. Andererseits ist der Damit ergibt sich das Problem, dass bei einer Karstanteil in der Folgezeit (Mai bis September Abflussmodellierung des Hauptvorfluters Alt- 2008) vergleichsweise hoch, da sich in dieser Zeit mühl die Niederschlags-Abfluss-Beziehungen der die verzögerten Karstquellschüttungen auswirken. verschiedenen Teileinzugsgebiete aus dem Karst- Die Leerung der Karstspeicher führt anschließend bereich separat betrachtet werden müssen. Um auch zu einem Rückgang des Karstanteils zum diese arbeitsintensive Untersuchung der Teilein- Ende des Jahres. zugsgebiete zu vermeiden wurde auf die Entwick- Um den Beitrag einzelner Karstquellen und lung derartiger Niederschlags-Abfluss- Karsttributäre zum Abluss der Altmühl zu quanti- Beziehungen für jede Karstquelle bzw. jeden fizieren wurden für vier verschiedene Abflusssi- Karsttributär verzichtet. Alternativ bietet sich die tuationen (Mittelwert Januar/Februar 2008, Verwendung der aufgezeichneten Schüttungs- Hochwassersituation an der Altmühl am gangslinien der Karstquellen bzw. der Abflüsse 6.3.2008, Mittelwerte April/Mai bzw. Au- der Karsttributäre als Eingangsgrößen für die gust/September 2008) deren Schüttungsdaten mit Betrachtung der Altmühl an. dem Abfluss am Pegel Eichstätt verglichen (Tab. 2 und 3, Abb. 5). Bei dieser Berechnung wurde 4.2. Altmühl die Annahme zugrunde gelegt, dass weder Ver- Die Altmühl weist alljährlich einen charakteristi- luste noch Zugewinne an Wasser zwischen schen Verlauf mit Hochwässern jeweils im Spät- Treuchtlingen und Eichstätt zu verzeichnen sind. winter bis Frühjahr und Niedrigwassersituationen Somit wurde ein möglicher unterirdischer, talab- im Herbst auf. Je nach klimatischen Rahmenbe- wärts fließender Wasserstrom in den Schottern dingungen können einzelne Abflusspeaks bereits und Sanden des Altmühltales bei der Kalkulation Ende Herbst bzw. im frühen Winter auftreten, nicht berücksichtigt. Es zeigte sich jedoch, dass eher selten kommen Hochwässer auch im Hoch- für alle betrachteten Abflusssituationen zusätzli- sommer vor. Abb. 3e und 4 zeigen die Nieder- che Mengen an Wasser benötigt werden, um den schlags- und Abflusssituation für das hydrologi- Abfluss am Pegel Eichstätt darstellen zu können sche Jahr 2008. Als Mengendifferenzen der (Tab. 2).

Abb. 3: Tagesniederschläge der Kläranlage Treuchtlingen für das hydrologische Jahr 2008 (Quelle: Jahresbericht 2008, Kläranlage Treuchtlingen, unveröffentlicht).

Abb. 4: Abflussdaten der Altmühl für die Pegel Treuchtlingen und Eichstätt im hydrologischen Jahr 2008 sowie Variationen des Abflussanteils aus dem Karsteinzugsgebiet zwischen Treuchtlingen und Eichstätt (bezogen auf die Pegelposition Eichstätt). Bei der Differenzberechnung des Karstabflusses wurde eine mittlere halbtägige Fließzeit zwischen den Pegeln Treuchtlingen und Eichstätt berücksichtigt. Datenquelle: LFU Bayern.

Dieses Wasser stammt aus diffusen Zutritten und gegenüber den Hauptquellen zurücktritt. Obwohl kleineren Karstquellen, deren Anteil jedoch die meisten der bekannten Karstquellen im Ver-

64 laufe des durchgeführten Messprogrammes heit halber wurden in Tab. 2 und 3 nur die Anteile erfasst wurden, so existieren dennoch einige der Hauptquellen berücksichtigt, wogegen die diffuse Quellaustritte und Hungerbunnen, die nur kleineren Karstquellen in der diffus zugeführten an wenigen Tagen im Jahr schütten. Der Einfach- Abflusskomponente verschwinden.

14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Relativer Abflussanteil [%] Abflussanteil Relativer h t nn ät en ach u st b r h Gailac ic ellbuck htlingen enb re p ranlag öhren rstquellen uc lä Schambach Att be Ka a e M O r ere K ere K d An nlage T And ra lä K Hochwasserfall 06.03.2008 Frühjahr 2008 Sommer/Herbst 2008

Abb. 5: Berechnete Anteile der verschiedenen Karsttributäre und Karstquellen am Abfluss der Altmühl für verschiedene Abfluss-Szenarien (Bezugsgrundlage: Abflussbilanz zwischen den Pegeln Eichstätt und Treuchtlingen), Quelle: LFU Bayern.

01/02 2008 HW 06.03.2008 04/05 2008 08/09 2008 Q (m³/s) Q (m³/s) Q (m³/s) Q (m³/s) Pegel Eichstätt 13,24 31,00 14,44 3,62 Pegel Treuchtlingen 8,00 19,60 8,26 1,54 Karst-Nebengewässer 2,07 3,23 2,09 0,66 Große Karstquellen 1,48 2,42 2,02 1,13 Kläranlagen 0,15 0,15 0,15 0,10 Diffuse Zu-/Abgänge 1,54 5,60 1,92 0,19

Tab. 2: Abflüsse der Altmühlpegel Treuchtlingen und Eichstätt sowie verschiedener Karsttributäre der Altmühl für verschiedene Abfluss-Szenarien (Januar/Februar 2008, Hochwasserereignis 6.3.2008, April/Mai 2008, Au- gust/September 2008).

01/02 2008 HW 06.03 2008 04/05 2008 08/09 2008 [%] [%] [%] [%] Oberlauf Altmühl 60,4 63,2 57,2 42,5 Karst-Nebengewässer 15,6 10,4 14,5 18,2 Große Karstquellen 11,3 7,8 14,0 31,2 Kläranlagen 1,1 0,5 1,0 2,8 Diffuse Zu-/Abgänge 11,6 18,1 13,3 5,3 Summe 100,0 100,0 100,0 100,0

Tab. 3: Berechnete Anteile der verschiedenen Karsttributäre am Abfluss der Altmühl für die verschiedenen Abfluss- Szenarien (siehe Tab. 2). Bezugsgrundlage ist die Pegelposition Eichstätt.

Es zeigt sich, dass bei Berechnung der Anteile Schüttungen der Karstquellen und Karsttributäre verschiedener Tributäre, die der Altmühl zuge- (Abb. 3 und Tab. 2). führt werden, jahreszeitliche Schwankungen zu Übliche Frühjahrsituationen werden über die beobachten sind. Wie bereits Abb. 4 zeigte, wird Daten Januar/Februar bzw. April/Mai 2008 der Anteil allochthonen Wassers aus Mittelfran- dargestellt. Bei angenähert ähnlichen Abflusswer- ken im Sommer und Herbst durch den verstärkten ten für den Pegel Treuchtlingen unterscheidet Karstwasseranteil reduziert. Hier spielen insbe- sich das hydrologische Verhalten der Altmühl in sondere die Hauptquellen im Karst eine Rolle ihrem weiteren Verlauf durch das Karstgebiet bis (Tab. 2 und 3). Es ist ein relativ großer Anteil nach Eichstätt (Abb. 6). Durch die 2-3 monatige diffus in das Altmühltal zugeführten Wassers Verzögerung der winterlichen Schüttungserhö- nachweisbar, der die Schüttung der bekannten hung der Karstquellen des tiefen Karstes ist der kleineren Karstquellen erheblich übersteigt. Anteil zugeführten Karstquellwassers im Ap- Insbesondere in der ersten Jahreshälfte ist diese ril/Mai erhöht (Tab. 3). Prinzipiell gilt Gleiches Komponente bedeutsam, während der Anteil im auch für die Karsttributäre Gailach und Möhren- Spätsommer und Herbst zurückgeht. Mehr noch bach des tiefen Karstes, die aus dem seichten ist in Trockenheitsphasen auch mit diffusen Karst kommende Schambach zeigte ihr winterli- Verlusten von Altmühlwasser im Bereich des ches Abflussmaximum eher in den Monaten Karstgebietes der Südlichen Frankenalb zu rech- Januar bis Mitte April 2008. nen, sodass der bilanzierte Wert diffuser Zu- Das spätsommerliche Abfluss-Szenarium der /Abgänge für August/September 2008 einen Wert Altmühl wirkt scheinbar unspektakulär (Abb. 6). nahe Null erreicht (Tab. 2). Tatsächlich ist der Anteil des aus dem Karstgebiet Abb. 5 zeigt einen unterschiedlichen Einfluss stammenden Wassers gemäß Tab. 3 jedoch deut- der verschiedenen Karstquellen und Nebenge- lich erhöht. Zwar geht die Schüttung von Karst- wässer auf die Altmühl für die verschiedenen quellen und Karsttributären in diesen Monaten Szenarien. (Bezugsbasis ist der Karstwasseranteil ebenso zurück (wiederum mit Zeitverzug), hat am Altmühlpegel Eichstätt). Während die seich- jedoch noch nicht Basisabflussbedingungen ten Karstquellen, die die Schambach speisen, im erreicht (vgl. Abb. 2). Im Vergleich zu den mini- Hochwasserfall bzw. im Frühjahr erhebliche malen Mengen allochthonen Wassers aus Mittel- Mengen an Wasser der Altmühl zuführen, so ist franken (Basisabfluss) ist die Schüttung von ihr Einfluss im Sommer und Herbst eher unbe- Karstwasser noch relativ hoch (Tab. 3). deutend. Demgegenüber spielen die anderen Somit unterstreicht die Modellierung des Alt- beiden Karsttributäre (Möhrenbach, Gailach) mühlabflusses (Abb. 6) nochmals die Bedeutung sowie die Hauptquellen im Bereich des tiefen der verschiedenen Karsttributäre und Karstquel- Karstes (Karstquellen Attenbrunn, Obereichstätt, len des Karstgebietes zwischen Treuchtlingen und Kapellbuck) für die Wasserführung der Altmühl Eichstätt auf das Abflussverhalten der Altmühl. insbesondere im Sommer und Herbst die ent- Im Vergleich zum Gesamtabfluss der Altmühl ist scheidende Rolle. die Karstwasserkomponente umso bedeutender je Mit Hilfe des ATV-DVWK-Gewässergüte- niedriger die Abflüsse der Altmühl sind. Bei modells (ATV-DVWK 2002) wurde der Alt- höheren Anteilen allochthonen Wassers aus mühlabfluss modelliert, wobei als Inputdaten Mittelfranken nimmt der Anteil des Karstwassers keine Niederschlagsdaten eingingen, sondern die am Altmühlabfluss ab. Trotzdem zeigt sich über jeweiligen Schüttungen der verschiedenen Karst- den Verlauf des Modellabflusses der Einfluss der quellen und Karsttributäre. größeren Tributäre und Quellen im Karstgebiet Für den Hochwasserfall 6. März 2008 stammt zwischen Treuchtlingen und Eichstätt. Die jewei- der größte Anteil des Wassers aus dem Oberlauf lige Bedeutung aller anderen kleineren Karstquel- der Altmühl NW von Treuchtlingen (Abb. 6). len ist dagegen geringer einzustufen. Würde man Somit wird der Abfluss der Altmühl durch al- die Anteile diffuser Zuflüsse zur Altmühl jedoch lochthones Wasser aus dem mittelfränkischen unberücksichtigt lassen (nicht dargestellt), so Vorland der Südlichen Frankenalb dominiert. ergäben sich erhebliche Differenzen zwischen Gemäß Tab. 3 ist die Wasserzufuhr über Karst- den modellierten Abflüssen am Pegel Eichstätt im quellen und Karsttributäre aus dem Gebiet zwi- Vergleich zu den tatsächlich beobachteten Daten. schen Treuchtlingen und Eichstätt demgegenüber Insofern stellt diese diffuse Zufuhr aus dem gering. Erhöhte Niederschläge Ende Febru- Karstgebiet in der Summe eine nicht unerhebliche ar/Anfang März 2008 und die einsetzende Komponente dar. Schneeschmelze führten trotzdem zu erhöhten

Abb. 6: Abflussmodellierung der Altmühl für verschiedene Abfluss-Szenarien im Jahre 2008 mit Hilfe des ATV- DVWK-Gewässergütemodells unter Verwendung der Schüttungen einzelner Karstquellen und kleinerer Nebenge- wässer. Diffuse Zuflüsse und Verluste wurden bei der Berechnung gemäß Tab. 2 berücksichtigt. Die Dreiecke geben die tatsächlichen Abflussdaten an den Pegeln Treuchtlingen bzw. Eichstätt wieder (Quelle: LFU Bayern).

7. Schlussfolgerungen und erste Dis- verzichtet, für jede Karstquelle eigene Nieder- schlags-Abfluss-Beziehungen zu entwickeln. kussion Auch die Studien zu Interaktionen zwischen

Grundwasser und Oberflächenwasser aus Karst- Für den Karst der Südlichen Frankenalb kann ein gebieten (Soulsby et al. 2007, Bailly-Comte et al. komplexer Zusammenhang zwischen den Nieder- 2009, Musgrove et al. 2010) verzichteten auf schlägen in den verschiedenen Einzugsgebieten separate hydrologische Detailbetrachtungen und dem jeweiligen Schüttungsverhalten von einzelner Teileinzugsgebiete und konzentrierten Karstquellen bzw. kleineren Karsttributären sich auf die unterschiedlichen Beiträge von festgehalten werden. Einerseits reagieren je nach Grundwasser zu Oberflächengewässern in ver- Jahreszeit die Karstquellen in unterschiedlichem schiedenen hydrologischen Situationen (Hoch- Maße auf Niederschläge. Vergleichbare Verhal- wasser und Basisabfluss). tensmuster wurden bereits von Glaser (1998) für Beim Vergleich der Schüttungssummen der diverse Quellen der Südlichen Frankenalb und Karsttributäre mit dem aus Pegeldaten der Alt- von Armbruster & Selg (2006) für die Blautopf- mühl errechneten Abflussanteil des Karstgebietes quelle in Baden-Württemberg beschrieben. Ande- zwischen Treuchtlingen und Eichstätt ergaben rerseits variieren aufgrund der hydrologischen sich Hinweise auf saisonal bedingte Schwankun- Besonderheiten im Karst die Niederschlags- gen von nicht-quellgebundenen Zuflüssen der Abfluss-Beziehungen der verschiedenen Ein- Altmühl bei ihrem Lauf durch die Karstregion zugsgebiete von Karstquellen und Karsttribut- (Tab. 2 und 3). Obwohl Abflussbilanzen für ären derart, dass es sinnvoller erscheint, anstelle Karstgebiete generell als problematisch angese- einer Vielzahl unterschiedlicher und ungleich zu hen werden müssen, können jedoch die berechne- gewichtender Beziehungsmuster der einzelnen ten Daten auch Hinweise auf diffuse Zuflüsse Karstquellen zu ihren jeweiligen Einzugsgebie- bzw. gar Verluste liefern. Diese Daten wurden bei ten, die beobachteten quellspezifischen Schüt- der Abflussmodellierung der Altmühl entspre- tungsdaten zur Modellierung des Abflusses der chend berücksichtigt. Altmühl heranzuziehen. Es wurde daher darauf

Im Winter und Frühjahr 2008 überwogen die Bailly-Comte, V., Jorde, H. & Pistre, S. (2009): Anteile an allochthonem Wasser aus dem mittel- Conceptualization and classification of groundwa- fränkischen Vorland der südlichen Frankenalb, ter-surface water hydrodynamic interactions in während im Sommer und Herbst 2008 die karst watersheds: Case of the karst watershed of Karsttributäre und Karstquellen für die Wasser- the Coulazou River (Southern France). – Journal of Hydrology, 376 (3-4): 456-462. führung der Altmühl die entscheidende Rolle Bonacci, O. (2007): Analysis of long-term (1878- spielten. Dies steht in Einklang mit den Ergebnis- 2004) mean annual discharges of the karst spring sen von Soulsby et al. (2007), die für den Basis- Fontaine de Vaucluse (France). – Symposium abfluss schottischer Oberflächengewässer eine “Time in Karst”, 14.-18.3.2007, Postojna. – KWI Abhängigkeit der Alkalinität zur Geologie der Special Publication, 12: 151-156. Einzugsgebiete feststellten. Andererseits zeigen Brummeisl, C., Schober, S. & Trappe, M. (2007): diverse Untersuchungen, dass sich im Falle Possibilities and problems of discharge measure- ansteigender Karstwasserspiegel (Hochwasser im ments in karst areas – examples from the South Karst) Karstquellen hydrologisch und chemisch Franconian Alb (Germany). – Short Paper 15th ähnlich verhalten (Trappe 2007, Bailly-Comte et Karstological School, Postojna: 5-8. Büttner, G., Diepolder, G., Dobner, A., Fritzer, T., al. 2009, Musgrove et al. 2010). Leider konnten Pukowietz, C., Sittles, E., Spörlein, T. & Wagner, im vorliegenden Datenbestand trotz der verzöger- B. (2002): Erläuterungen zur Hydrogeologischen ten Schüttungsreaktionen der Karstquellen keine Karte 1:100.000, Geowissenschaftliche Landesauf- eindeutigen Hinweise des Einflusses von Hoch- nahme in der Planungsregion 10 Ingolstadt. – Bay- wasserabflüssen im Karst auf den Hauptvorfluter erisches Geologisches Landesamt: 127 S.; Mün- Altmühl erkannt werden ohne dass gleichzeitig chen. eine Zunahme allochthonen Wassers aus Mittel- Doppler, G., Fiebig, M. & Meyer, R. K. F. (2002): franken auftrat. Erläuterungen zur Geologischen Karte 1:100.000, Da die Arbeiten zur Abfluss- und Gewässer- Geowissenschaftliche Landesaufnahme in der Pla- gütemodellierung der Altmühl derzeit noch nungsregion 10 Ingolstadt. – Bayerisches Geologi- sches Landesamt: 172 S.; München. laufen, repräsentieren die gezeigten Daten zu- Fleury, P., Plagnes, V. & Balakowicz, M. (2007): nächst nur einen vorläufigen Zwischenstand, Modelling of the functioning of karst aquifers with ebenso müssen die vorgestellten Ergebnisse durch a reservoir model: Application to Fontaine de Vau- die Einbeziehung weiterer Laufabschnitte der cluse (South of France). – Journal of Hydrology, Altmühl und größerer Zeitspannen überprüft 345: 38-49. werden. Insbesondere bei Betrachtung weiterer Forstner, S., Kaul, U. & Vennebusch, K. (2001): Aspekte (z. B. der Gewässergüte), bei denen der Abwasserentsorgung der Karstflächen zur Altmühl. Abfluss als eine entscheidende Komponente zu Gewässergütesimulation im Bereich Treuchtlingen berücksichtigen ist, erscheint jedoch der aufge- / Dietfurt. – LFU Augsburg: 15 S. – (Unveröffent- zeigte Ansatz unter Verwendung von Quellschüt- lichter Bericht). Geyer, T., Birk, S. Liedl, R., & Sauter, M. (2008): tungsdaten ohne Berücksichtigung der jeweils Quantification of temporal distribution of recharge zugrunde liegenden Niederschlagsdaten hilfreich. in karst systems from spring hydrographs. – Jour- Letztendlich bestätigt sich derzeit noch die Fest- nal of Hydrology, 348: 452-463. stellung von Bailly-Comte et al. (2009), dass die Glaser, S. (1998): Der Grundwasserhaushalt in ver- Grundwasser-Oberflächenwasser-Interaktionen in schiedenen Faziesbereichen des Malms der Südli- Karstaquiferen noch nicht gänzlich verstanden chen und Mittleren Frankenalb. – GSF-Bericht werden. 2/98: 135 S.; Neuherberg, Musgrove, M., Stern, L. A. & Banner, J. L. (2010): Springwater geochemistry at Honey Creek State Natural Aera, central Texas: Implications for sur- 8. Literatur face water and groundwater interaction in a karst area. – Journal of Hydrology, 388 (1-2): 144-156. Apel, R. (1971): Hydrogeologische Untersuchungen Schober, S. (2009): Die Verletzlichkeit von Karstwas- im Malmkarst der Südlichen und Mittleren Fran- ser im Seichten Karst der Südlichen Frankenalb. – kenalb. – Geologica Bavarica, 64: 268-355. Dissertation, Mathematisch-Geographische Fakul- Armbruster, V. & Selg, M. (2006) : Der Abfluss des tät der Katholischen Universität Eichstätt- Blautopfs im Spiegel der Grundwasserneubildung Ingolstadt: 201 S.; Eichstätt. (Oberjura-Karst, Süddeutschland). – Tübinger Soulsby, C., Tetzlaff, D., van den Bedem, N., Mal- Geowissenschaftliche Arbeiten, C 98: 1-16. colm, I. A., Bacon, P. J. & Youngson, A. F. (2007): ATV-DVWK-AG (2002) (Hrsg.): Handbuch ATV- Inferring groundwater influences on surface water DVWK-Gewässergütemodell, Version GB-4.2; in montane catchments from hydrochemical sur- Hennef.

veys of springs and streamwaters. – Journal of Hy- Franconian Alb (Germany). – The Geological So- drology, 333 (2-4): 199-213. ciety of America, Abstracts with Programs (Joint Trappe, M. (2007): Möglichkeiten und Probleme von Meeting Northeastern & Southeastern, Baltimore Abflussmessungen in Karstgebieten. – in: VdHK 14-16 March 2010), 42 (1): 155. (Hrsg.): Tagungsband „Untertage Alpin“ – Berch- Valdes, D., Dupont, J.-P., Massei, N., Laignel, B. & tesgaden, 9.-11.11.2007: 67-68; München. Rodet, J. (2006): Investigation of karst hydrody- Trappe, M. (2009): Sedimentpetrographie, Gliederung namics and organization using autocorrelations and und Genese von Karstsedimenten, dargestellt am T-∆C curves. – Journal of Hydrology, 329: 432- Beispiel der Südlichen Frankenalb. – Habilitations- 443. schrift, Katholische Universität Eichstätt- Zielhofer, C. (2004): Schutzfunktion der Grundwas- Ingolstadt: 216 S. – (Unveröffentlicht). serüberdeckung im Karst der Mittleren Altmühlalb. Trappe, M., Schober, S. & Brummeisl, C. (2010): – Dissertation Universität Eichstätt-Ingolstadt, Hydrological Observations in the transition zone Eichstätter Geographische Arbeiten, 13: 238 S.; between Shallow and Deep Karst of the Southern Eichstätt.

Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 69-82, 6 Abb., 3 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Zustand, Leitbild, Defizite, Maßnahmenvorschläge und Probleme bei der Renaturierung des Oberflächenwasserkörpers (OWK) Wenkbach

Heiko Trier & Christian Opp*

Trier, H. & Opp, Chr. (2011): Zustand, Leitbild, Defizite, Maßnahmenvorschläge und Probleme bei der Renaturie- rung des Oberflächenwasserkörpers (OWK) Wenkbach. [Status, general master plan, deficits, proposals for measures and problems during the renaturation of the River Wenkbach.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 69-82 Halle (Saale).

Kurzfassung: Der Oberflächenwasserkörper (OWK) Wenkbach repräsentiert ein kleines Fließgewässer, dessen Zustand weit von der Zielvorgabe der EG-WRRL abweicht. Entsprechend den Vorgaben der EG-WRRL muss der OWK Wenkbach als ein erheblich veränderter Wasserkörper bezeichnet werden. Daraus ergibt sich ein Verbesse- rungsbedarf, der mittels Renaturierung umgesetzt werden kann. Der Erarbeitung von Maßnahmenvorschlägen gingen die Einbeziehung vorhandener Grundlageninformationen zur biologisch-chemischen Gewässergüte, zur morphologischen Gewässerstruktur sowie der allgemeinen Einzugsgebietscharakteristik und eigens durchgeführte Erhebungen zur biologisch-chemischen Gewässergüte, zur morphologischen Gewässerstruktur, zur ökologischen Durchgängigkeit sowie zur Landnutzung und Vegetation im Einzugsgebiet voraus. Die Maßnahmenvorschläge wurden gezielt für die Verbesserung des gewässermorphologischen Zustands mit dem Ziel der Initiierung eigendynamischer Entwicklungen für die bis jetzt per Gewässerstrukturgütekartierung schlechter bewerteten Unterläufe von Wenk- und Walkerbach erarbeitet. Durch den Vergleich des ökologischen Ist-Zustands des Wasserkörpers mit den Leitbildcharakteren für diesen Gewässertyp, konnten die bestehenden ökologischen Defizite beider Bäche heraus gearbeitet werden. Unter Berück- sichtigung der Defizite sowie der im Einzugsgebiet bestehenden Restriktionen war es möglich, die Entwicklungszie- le verschiedener Maßnahmenvorschläge aufzuzeigen. Im Zuge dieser Maßnahmenvorschläge wurden sieben konkrete Renaturierungsmaßnahmen erarbeitet und Handlungsempfehlen für die Beseitigung von 32 Wanderhindernissen sowie für die zukünftige Gewässerunterhaltung ausgesprochen. Zwei davon werden exemplarisch dargestellt. Abschließend findet eine Erörterung der während der Renaturierungsplanung auftretenden, allgemein repräsentati- ven Probleme und Schwierigkeiten statt.

Abstract: The hydrological surface water body Wenkbach represents a small river. Its status quo conditions are far from EU Water Directive aims. The consequence is a strong need of improvements, which can be realized with the help of renaturation measures. Proposals for appropriate actions were given on the basis of existing data for water quality, river structure quality and water basin data, as well as on our surveys of the water quality, the river structure quality, the stream flow, land use and vegetation. These proposals are supposed to improve the hydro-morphological structure with the help of self-regulation processes at the highly degraded river structure quality within the downstream sections of both the Wenkbach and the Walgerbach Rivers. The comparison between the ecological status quo and the general master plan (“Leitbild”) allows the identification of ecological deficits for both rivers. Devel- opment targets for different renaturation measures were detected under consideration of the existing deficits and restrictions within the water basin. Seven concrete renaturation measures were suggested. Recommendations were given for the clearance of 32 migration barriers and for the future river management. Two examples are discussed in detail. Finally, apparent problems and difficulties that have occurred during the planning phase of the renaturation process are discussed.

*Anschriften der Autoren: Dipl.-Geol. Heiko Trier ([email protected]), Phillips-Universität Marburg, Fachbereich Geographie, Deutsch- hausstr. 10, D-35037 Marburg; Prof. Dr. Christian Opp ([email protected]), Phillips-Universität Marburg, Fachbereich Geographie, Deutschhausstr. 10, D-35037 Marburg.

Schlüsselwörter: Biologische Qualitätskomponenten, EG-WRRL, biologisch-chemische Gewässergüte, Gewässer- strukturgüte, Leitbilder, ökologische Durchgängigkeit, Renaturierung, strukturverbessernde Maßnahmen

Keywords: status, general master plan, deficits, proposals for measures and problems during the renaturation of River Wenkbach

1. Einleitung, Problemstellung und größeren Nordosten und einen Ebenen- bzw. Flachlandbereich im Südosten, im Auental der Untersuchungsgebiet Lahn. Die Ober- und Mittelläufe beider Bäche

weisen einen ausgesprochenen heterogenen Für die Aufrechterhaltung der ökologischen geologischen Bau auf: konglomeratische Grau- Funktionsfähigkeit von Fließgewässern sind wacken und Schiefer, Tonschiefer und schuttrei- deren Dynamik und Strukturvielfalt entscheiden- che periglaziäre Umlagerungsdecken aus Löss- de Steuergrößen des gesamten Fließgewässeröko- sand und Lösslehm bilden das anstehende Ge- systems. Die natürliche Dynamik und Struktur- stein. Der Bereich der Unterläufe, im Sohlental vielfalt der Gewässer wurde in den vergangenen der Lahn gelegen, ist geprägt durch anstehende Jahrhunderten, insbesondere aber im 19. und 20. holozäne Terrassenkiese, -sande und -lehme Jh., durch direkte und indirekte anthropogene (MGG 1990). Zwischen der Lahnaue und den Eingriffe bei den meisten mitteleuropäischen Krenal- und Oberlaufabschnitten ist ein markan- Bächen und Flüssen stark eingeschränkt bis ter Wandel der Bodendecke zu beobachten. Die zerstört (Opp 1998). Ursache dafür war der fast Böden der Lahnaue sind großflächig Vegen und flächendeckende Gewässerausbau der letzten 150 Gley-Vegen aus Auenschluff und/oder -ton über Jahre (VDG 2004). Das Problem einer mangel- Auenlehm und/oder -ton verbreitet. Grundwas- haften biologisch-chemischen Gewässergüte sermerkmale sind zwar in den Profilen noch gut wurde in den 1980er Jahren durch die Verbesse- dokumentiert, allerdings resultieren sie überwie- rung der Reinigungskapazitäten der Kläranlagen gend aus Grundwasserschwankungen vor der weitestgehend beseitigt. Die große Mehrzahl Eindeichung der Lahn in den 1930er Jahren. deutscher Fließgewässer weist inzwischen die Entlang der Unterläufe von Wenk- und Wal- Gewässergüteklasse II auf, welche das gewässer- gerbach kommen flächenhaft überwiegend tief- schutzpolitische Ziel hinsichtlich der Wasserqua- gründige und ertragreiche Parabraunerden und lität von Fließgewässern darstellt (DVWK Pseudogley-Parabraunerden aus Lösslehm be- 240/1996). Weitere wichtige Voraussetzungen für stimmten Fließerden über Fließschutten und - einen guten ökologischen Zustand unserer Fließ- kiesen vor. In den Oberläufen des Einzugsgebie- gewässer sind eine ökologisch funktionsfähige tes treten mit geringer werdenden Lösslehmantei- Gewässermorphologie sowie deren lineare len Lösssand-Fließerden und Fließschutte auf, in Durchgängigkeit für wandernde Arten der Ge- denen sich Braunerden sehr unterschiedlicher wässerbiozönose (Gebler 2005). Hinsichtlich Mächtigkeit entwickelt haben. dieser beiden Faktoren bestehen flächendeckend Die ursprüngliche Vegetation im Einzugsge- noch enorme Defizite sowie ein sich daraus biet sowie im gesamten mittleren Lahntal ist ableitender, dringender Handlungsbedarf (Jürging nirgends mehr erhalten. Sie wurde Im Verlaufe 2005), so auch im Untersuchungsgebiet, beim der Umwandlung des Naturraums in eine Kultur- Oberflächenwasserkörper (OWK) Wenkbach. landschaft durch den Menschen ausgeräumt Das Einzugsgebiet des OWK Wenkbach setzt (Blume 1957). Die Oberflächengewässer werden sich aus den beiden Teileinzugsgebieten von deshalb lediglich durch einen etwa 1,5 m breiten Wenkbach und Walgerbach zusammen und liegt Uferstreifen aus Brennnesseln, Gräsern, Acke- im Süden des Landkreises Marburg-Biedenkopf runkräutern und ein paar vereinzelten Weiden (Hessen), im Übergangsbereich zwischen den und Erlen begleitet. Die landwirtschaftliche naturräumlichen Haupteinheitengruppen des Nutzung ist im Bereich der ertragsreichen Böden Westerwaldes und des Westhessischen Berg- und der Unterläufe besonders intensiv. Der Großteil Senkenlandes (Klausing 1974). Das Relief im dieser Flächen wird ackerbaulich genutzt, der Einzugsgebiet weist zwei charakteristische Rest der Flächen als Dauergrünland bewirtschaf- Grundeigenschaften auf. Zum einen, eine Gelän- tet. Brachflächen oder Flächen die der freien deabflachung entlang einer von Nordwesten nach Sukzession überlassen werden, fehlen hier voll- Südosten verlaufenden Achse sowie zum anderen ständig. Der landwirtschaftliche Nutzungsgrad der Hügellandcharakter im flächenmäßig weitaus

71 nimmt in Richtung der Mittel- und Oberläufe Wasserkörpers beträgt im Bereich der Mündung deutlich ab. Die Krenal- und Epirithralabschnitte bei MQ 107,3 Liter pro Sekunde und bei MNQ von Wenkbach und Walgerbach sind überwie- 4,9 Liter pro Sekunde (HLUG 2008). gend mit Wirtschaftswald bedeckt (Gemeinde In den Sommermonaten fallen große Teile des Weimar 2004). Wasserkörpers im Bereich der Oberläufe trocken. Größtenteils sind Wenk- und Walgerbach aber Beide Bäche gehören zum Fischgewässertyp der als landwirtschaftlich stark beeinflusste und oberen Forellenregion. innerörtlich stark ausgebaute Fließgewässer zu bewerten und müssen deshalb gemäß EG-WRRL als erheblich veränderter Wasserkörper eingestuft werden. In ihrem Verlauf durchfließen Wenk- und Walgerbach die Ortslagen Germershausen, Oberweimar, Wenkbach, Willershausen, Kehna und Niederwalgern. Hinsichtlich des ökologi- schen Zustandes müssen die Unterläufe beider Bäche deutlich schlechter bewertet werden als die Mittel- und Oberläufe. Während in den Mittel- und Oberläufen weitestgehend eine verhältnismä- ßig gute Gewässerstruktur vorzufinden ist, sind die Unterläufe des OWK durch einen stark line- arisierten und sehr strukturarmen Gewässerver- lauf gekennzeichnet (Abb. 1 und 2). Aufgrund ihres insbesondere gewässerstrukturell schlechten Abb. 2: Walgerbach Unterlauf, tief eingeschnitten, Zustandes kann davon ausgegangen werden, dass mit sehr geringer Laufkrümmung und zu schmaler die Unterläufe von Wenk- und Walgerbach für Uferzone. Foto H. Trier (2009). wandernde Arten als ökologische Gesamtbarriere Nach den Zielvorgaben der EG-WRRL sollen zwischen den Mittel- und Oberläufen und der alle OWK einen guten ökologischen Zustand bis Lahn fungieren. zum Jahre 2015 erreichen. Entsprechend Artikel 4

der EG-WRRL gilt für erheblich veränderte Wasserkörper eine leicht abgestufte Zielvorgabe, d.h. ein gutes ökologisches Potential und ein guter chemischer Zustand. Der gute ökologische Zustand eines Fließgewässers gilt nach Anhang V der EG-WRRL als erreicht, wenn die Werte der biologischen Qualitätskomponenten zwar geringe, anthropogen bedingte Veränderungen aufweisen, aber nur geringfügig vom Zustand bei Abwe- senheit störender Eingriffe abweichen (Meier 2000). Die biologischen Qualitätskomponenten setzen sich aus den Gruppen Makrophyten, Phytobenthos, Phytoplankton, Ichthyozönose und Makrozoobenthon zusammen und werden seit

Abb. 1: Wenkbach Unterlauf, mit strukturarmen, ver- 2006 durch Monitoringprogramme ökologisch krauteten Trapezprofil. Foto: H. Trier (2009). überwacht (Korn et al. 2005). Die Umsetzung der EG-WRRL ist an einen bestimmten zeitlichen Das Einzugsgebiet des gesamten OWK Wenk- Rahmen gebunden (Tab.1). bach hat eine Größe von 20,77 km2 und ist ge- Die Aufstellung der Bewirtschaftungspläne mäß EG-WRRL dem Bearbeitungsgebiet „Mittel- und Maßnahmenprogramme musste demnach bis rhein“ und der Wasserkörpergruppe „Mittlere Ende 2009 durch die zuständigen Behörden (in Lahn Teil IV“ zuzuordnen. Die Lauflänge des Hessen die jeweiligen Regierungspräsidien) Wenkbaches beträgt 7,05 km und die des Wal- abgeschlossen sein. Bis zum Jahre 2012 hat die gerbaches 7,85 km. Das Abflussverhalten ist Umsetzung dieser Maßnahmen stattzufinden (Patt durch relativ große Schwankungen im Jahresver- et al. 2004). Die Ziele der EG-WRRL sollen bis lauf gekennzeichnet. Die Abflussmenge des zum Jahre 2015 erreicht sein. Nach Art. 4 Abs. 4

72 und 5 der EG-WRRL ist jedoch eine Fristverlän- bzw. 2027 beantragt werden. Der jeweils sechs- gerung zur Erreichung der Umweltziele sowie der jährige Turnus sieht eine dreijährige Aufstellung Festlegung weniger strenger Umweltziele vorge- von Bewirtschaftungsplänen und Maßnahmen- sehen. Auf Antrag und unter bestimmten Voraus- programmen sowie eine anschließende dreijähri- setzungen kann eine Fristverlängerung um zweige Umsetzungsphase vor (Hintermeier 2005). mal sechs Jahre und somit ein Aufschub bis 2021

Planungsphasen der EU-WRRL 2000 2003 2004 2006 2006- 2010 2012 2015 2021/ 2009 2027 EG-WRRL (2000/60/EG) Umsetzung in nationales Recht Ernennung zuständige Behörde Bestandsaufnahme Beginn Monitoringprogramme Aufstellung Bewirtschaftungspläne Aufstellung Maßnahmenprogramme Deckungsgleicher Wasserpreis Umsetzung der Maßnahmen Zielerreichung der WRRL Fristverlängerungen

Tab. 1: Zeitplan der verschiedenen Planungsphasen zur Umsetzung der EE-WRRL, Eigene Darstellung, zusammengestellt nach Patt et al. (2004) und Hintermeier (2005).

2. Ziele, Material und Methoden gigkeit sowie zur Landnutzung und Vegetations- ausbildung in den Jahren 2008 und 2009. Des Aufgrund der vorab bekannten Probleme im Weiteren erfolgte eine Kartierung aller linearen, Untersuchungsgebiet war der Schwerpunkt der ökologischen Wanderhindernisse mit einer Höhe Untersuchungen vor allem auf die Verbesserung > 10 cm. Ebenfalls wurden eine Landnutzungs- der morphologischen Gewässerstruktur der Un- kartierung in erster und zweiter Reihe zum Ge- terläufe von Wenk- und Walgerbach ausgerichtet, wässer sowie verschiedene Vegetationsaufnah- denn mögliche Entwicklungskonzepte sollten sich men an den Ufern und im Gewässerumfeld sowie prioritär mit der „Beseitigung“ der zuvor genann- an ausgewählten Standorten, nach Braun Blan- ten ökologischen Barriere beschäftigen (Abb. 1 quett (1964) sowie (Pfeffer 2006) durchgeführt. und 2). Die Wiederherstellung der linearen öko- In einem zweiten Schritt wurden für den OWK logischen Durchgängigkeit, von der Mündung in Wenkbach zwei fließgewässertypologische Leit- Richtung der Oberläufe, war ebenfalls ein priori- bilder hergeleitet. Dabei wurden die im Bachge- täres Entwicklungsziel. Der Untersuchungsansatz biet vorherrschenden Gesteinsarten sowie Re- entsprach dabei der von vielen Autoren empfoh- liefmerkmale des Einzugsgebietes in die Leitbild- lenen Vorgehensweise (Abb. 3) (Schrenk 2005, findung einbezogen (Methode nach LAWA sowie vgl. Gunkel 1997). Sommerhäuser & Timm 1999). Demnach musste In einem ersten Schritt erfolgte die Ermittlung für die Unterläufe beider Bäche ein anderes des ökologischen „Ist“-Zustands des Gewässers. Leitbild als für die Mittel- und Oberläufe entwi- Dies geschah durch die Nutzung vorhandener ckelt werden. Zur Unterstützung der Aussagekraft Ergebnisse der Gewässergüte- und der Gewässer- der als Bewertungsgrundlage dienenden Leitbil- strukturgütekartierung, welche durch das Hessi- der wurden im Verlauf von Wenk- und Walger- sche Ministerium für Umwelt, ländlichen Raum bach mehrere Referenzabschnitte kartiert. Die und Verbraucherschutz (HMULV) in den Jahren Kennzeichnung der Referenzabschnitte diente der 1996 und 1999 erfasst wurde. Darüber hinaus Abstimmung des Leitbildcharakters auf die erfolgten Aufnahmen von Daten zur biologisch- lokalen Gegebenheiten im Einzugsgebiet von chemischen Gewässergüte, zur morphologischen Wenk- und Walgerbach. Jedes Gebiet, so auch Gewässerstruktur, zur ökologischen Durchgän- das Einzugsgebiet von Wenk- und Walgerbach,

73 weist bestimmte Restriktionen auf, welche eigen- Durch den Vergleich des ökologischen Ist- dynamischen Fließgewässerentwicklungen sowie Zustandes mit den ermittelten Leitbildern, konn- Renaturierungen entgegenstehen. Bevor also eine ten die im Einzugsgebiet bestehenden Defizite Definition von Entwicklungszielen stattfinden nun deutlich sichtbar gemacht werden. konnte, mussten deshalb auch die im Einzugsge- biet bestehenden Restriktionen ermittelt werden.

Abb. 3: Untersuchungsansatz, die grauen Felder markieren die Schwerpunktbereiche der Untersuchung, Eigene Darstellung, zusammengestellt nach Gunkel (1997).

Schließlich wurden Maßnahmen- und Hand- Schutzgebiete, biozönotischer Fließgewässertyp lungsempfehlungen aufgestellt, welche es ermög- und des ökologischen Zustandes der betroffenen lichen, die zuvor definierten Entwicklungsziele Fließgewässerabschnitte. Darüber hinaus wurde zu verwirklichen, um den ökologischen Zustand eine ausführliche Umsetzungsbeschreibung der von Wenk- und Walgerbach zu verbessern. In Renaturierungsmaßnahmen erarbeitet, unter diesem Sinne wurden sieben konkrete Renaturie- Hinzunahme dafür angefertigter Planzeichnun- rungsmaßnahmen (Fallbeispiele) erarbeitet sowie gen, bestehend aus Lageplänen mit Höhenanga- Handlungsempfehlungen für die zukünftige ben, Bestands- und Entwicklungsplänen, den Gewässerunterhaltung ausgesprochen. Leider zentralen Querschnitten und einer Übersicht der existieren keine entsprechenden Referenzgewäs- strukturverbessernden Maßnahmen. Die Erstel- ser in der Umgebung. Insofern musste die Leit- lung der Planzeichnungen beruht auf eigens bildfindung aus den Merkmalen der Naturausstat- durchgeführten Geländenivellierungen der betrof- tung des Einzugsgebietes rekonstruiert werden. fenen Flächen in den Monaten August bis Okto- Die textliche und kartographische Darstellung der ber 2008. Die digitale Bearbeitung der Planungs- Maßnahmen erfolgte anhand eines gleichbleiben- unterlagen erfolgte mit der Software Adobe den Schemas. Für die zu renaturierenden Ab- Photoshop 6.0 und CorelDRAW X4. Zur Verbes- schnitte erfolgte eine Standortbeschreibung unter serung der linearen Durchgängigkeit beider Berücksichtigung der Faktoren Geologischer Bau Bäche wurden konkrete Handlungsempfehlungen und Relief, Boden, Vegetation und Landnutzung, mit dem Ziel der Beseitigung der linearen Wan-

74 derhindernisse ausgesprochen. Um den ökologi- stoffe negativ beeinflusst. Neben Abwassereinlei- schen Wert der einzelnen Renaturierungen zu tungen gelangen besonders Phosphor- und Stick- bestimmen, wurde für jede Maßnahme ein Bio- stoffverbindungen aus landwirtschaftlichen topwertverfahren gemäß hessischer Kompensati- Nutzflächen in die Gewässer. Dennoch wurden onsverordnung (KV, Stand 2005) durchgeführt. im Zuge der Gewässergütekartierung 78 % der Die verschiedenen Arbeitsphasen wurden kartierten Abschnitte mit der Gewässergüteklasse fortwährend durch sogenannte Expertengespräche II und 22 % sogar mit der Gewässergüteklasse I- mit Vertretern der Oberen Wasserbehörde des RP II bewertet. Die Bereiche im landwirtschaftlich Gießen, mit der Umweltberaterin der Gemeinde intensiv genutzten Auental der Lahn wurden Weimar, dem Inhaber der Planungsgruppe Müller ausschließlich mit der Gewässergüteklasse II aus Fronhausen/Lahn sowie mit Vertretern des bewertet. ASV Marburg und des Abwasserzweckverbands Die Bewertung der übrigen ökologischen Pa- Marburg begleitet. rameter fiel jedoch deutlich schlechter aus. Insge- samt 76% der kartierten Gewässerabschnitte wurden mit der Gewässerstrukturgüteklasse 4 3. Ergebnisse oder schlechter bewertet. 16% konnten als „Son- 3.1 Ökologischer Gewässerzustand derfall“, meist aufgrund von innerörtlichen Ver- Im Einzugsgebiet von Wenk- und Walgerbach rohrungsstrecken, überhaupt nicht bewertet wer- wird die biologisch-chemische Gewässergüte vor den (Abb. 4). allem durch diffuse Einträge anorganischer Nähr-

Abb. 4: Verteilung der Gewässerstrukturgüteklassen für den gesamten Oberflächenwasserkörper Wenkbach. Eigene Darstellung, zusammengestellt nach www.gesis.hessen.de/irj/ GESIS_Internet?cid=c4cd0f5d6a 005b8bc8e- fae86119be11a.

Die lineare, ökologische Durchgängigkeit wird durch ökologische Barrieren voneinander isoliert von insgesamt 32 Wanderbarrieren unterbrochen sind. Die häufigste Ursache dieser Wanderhin- (Tab. 2). Man könnte fast sagen, dass Wenk- und dernisse sind Sohlabstürze verschiedener Ursa- Walgerbach zusammen aus 33, im Mittel etwa chen. 400 m langen Teilabschnitten bestehen, welche

Tab. 2: Zuordnung der kartierten Wanderhindernisse zu Ursachengruppen.

Vegetationsformen der Potentiell Natürlichen Die Monitoringprogramme zur Überwachung Vegetation kommen im Untersuchungsgebiet nur der biologischen Qualitätskomponenten belegen noch inselhaft und sehr selten vor. An ihre Stelle ebenfalls den diesbezüglichen schlechten Zustand ist eine landwirtschaftlich intensivst genutzte (Tab. 3) (HMULV 2008a). Kulturlandschaft getreten.

Biologische Qualitätskomponenten Bewertung Makrophyten n. b. Fischfauna unbefriedigend (4) Phytoplankton n. b. Makrozoobenthos schlecht (5) Kieselalgen mäßig (3)

Tab. 3: Bewertung der Monitoring-Ergebnisse der biologischen Qualitätskomponenten für den OWK Wenkbach, Eigene Darstellung, zusammengestellt nach HMULV (2008); n. b. nicht bestimmt.

Die Komponenten Makrophyten und Phy- Verstärkte Seitenerosion im Prallhangbereich und toplankton werden bei diesem Gewässertyp Uferabbrüche, sowie sandige und kiesige Ufer- grundsätzlich nicht untersucht. Ansonsten hat das bänke müssten in regelmäßigen Abständen das Makrozoobenthos (Gruppe der Fischnährtiere) Gewässerbild prägen. Stehendes und sich im am schlechtesten abgeschnitten. Gewässer befindliches Totholz spielen unter natürlichen Bedingungen eine wichtige Rolle in 3.2 Leitbilder, Defizite und Entwick- diesem Gewässertyp. Weiterführende Informatio- lungsziele nen zu den Leitbildcharakteren finden sich in der Literatur von Pottgieser & Sommerhäuser (2004 Entsprechend der Zuordnung zur hydrogeologi- und 2006). schen Großformation des Rheinischen Schiefer- Aufgrund der Schwerpunktsetzung dieser Un- gebirges bzw. des Nordhessischen Bundsand- tersuchungen soll im Folgenden prioritär auf die steins (HLUG 2001) müssen die Ober- und Defizite hinsichtlich der Gewässermorphologie Mittelläufe dem biozönotischen Fließgewässertyp und der ökologischen Durchgängigkeit im Be- 5 „grobmaterialreiche, silikatisch geprägte Mit- reich der Unterläufe eingegangen werden. Beim telgebirgsbäche“ und die Unterläufe dem Typ 5.1 Vergleich des Ist- Zustandes mit dem Leitbild- „feinmaterialreich, silikatisch geprägte Mittelge- charakter wurde deutlich, dass die Unterläufe birgsbäche“ nach Pottgieser & Sommerhäuser hinsichtlich aller Parameter der Gewässerstruk- (2004 und 2006) zugeordnet werden. Gemäß dem turgütekartierung erhebliche Defizite aufweisen. Leitbild wäre im Schwerpunktgebiet der Unter- Aufgrund einer ausgeprägten Tiefenerosion, läufe, unter natürlichen Bedingungen ein leicht einem sehr schmalen Querprofil und einem fast gestreckter bis gewundener bzw. schwach mäand- linienförmigen Gewässerverlauf wurde das Ge- rierender Gewässerverlauf mit sandigen und wässerbett vollständig von der angrenzenden Aue kiesigen Substraten zu erwarten. Das Profil des abgetrennt. Natürliche oder zumindest naturnahe Bachbettes müsste relativ flach ausgebildet sein.

Gewässerrandstreifen (Entwicklungskorridore) Länge von 400 m, bei gleichzeitiger fehlen aufgrund der landwirtschaftlichen Nutzung Förderung einer schwach mäandrierenden flächendeckend. Zahlreiche Verrohrungen und Verlaufsentwicklung durch den Einbau Sohlabstürze fungieren als Wanderbarrieren und von initialen Strömungslenkern. unterbinden dadurch die ökologische Durchgän- f.) Gewährleistung minimal-ökologischer gigkeit. Natürliche Strukturzeiger wie Störsteine, Gewässerstrukturen innerhalb der Orts- Wurzelstubben, Uferabbrüche, Uferbänke oder lage von Wenkbach durch die Her- Totholz fehlen ebenfalls vollständig. Außerdem stellung und naturnahe Gestaltung eines konnten während der Feldarbeiten im Gelände Kastenprofils (Abb. 6). immer wieder Erosions- und Akkumulationsfor- g.) Anlage eines insgesamt 1030 m langen men lokalisiert werden, die auf einen erheblichen Gehölzstreifens aus heimischen und Eintrag von Sedimenten und Nährstoffen infolge standortgerechten Arten, zur von Bodenerosion durch Wind und vor allem Unterstützung des Biotopverbunds Wasser hinweisen. zwischen Wenk- und Walgerbach sowie Unter Berücksichtigung der Leitbilder, der im den geplanten Maßnahmenvorschlägen. Einzugsgebiet bestehenden Defizite sowie Re- striktionen wurden folgende nur sehr allgemein Bei der Wehranlage der Walgerner Mühle formulierten Entwicklungsziele abgeleitet: handelt es sich um ein marodes Fallwehr. Unter- halb des Wehres hat eine Auskolkung stattgefun-  Wiederherstellung der linearen ökologi- den, deren Ausmaß mittlerweile einen Durchmes- schen Durchgängigkeit ser von etwa 2,5 m angenommen hat. Die Mühle  Verbesserung der morphologischen wird wasserrechtlich schon seit mehreren Jahren Gewässerstruktur der Unterläufe nicht mehr genutzt. Das Wasserrecht ist lt. Aus-  Herstellung minimal-ökologischer Ge- kunft der oberen Wasserbehörde des RP Gießen wässerstrukturen im Bereich des inner- bereits erloschen. Der ehemals linksseitig vom örtlichen Wenkbachabschnittes Walgerbach verlaufende Mühlgraben ist seit längerem trocken gefallen und verbuscht zuneh- 3.3 Maßnahmenvorschläge mend. Der ehemalige Mühlgraben soll als zu- Von den nachstehend aufgeführten Fallbeispielen, künftiges Bachbett des Nebengerinnes dienen und sollen hier nur zwei der insgesamt sieben Renatu- dementsprechend profiliert werden. Nach etwa 70 rierungsmaßnahmen (d und f) beispielhaft darge- m soll das Nebengerinne wieder dem ursprüngli- stellt werden. chen Gewässerbett zugeführt werden. Der zwischen Ober- und Unterwasser bestehende Höhen- a.) Schaffung einer Verlaufsverzweigung unterschied ist so auszugleichen, dass sich Ab- durch Abgrabung und naturnahe schnitte mit stärkerem Gefälle auf wenige Berei- Gestaltung eines periodisch che beschränken (Patt et al. 2004). Die Abschnitte wasserführenden Nebengerinnes auf einer mit stärkerem Gefälle sollten in Form einer rauen Länge von 240 m. Rampe profiliert werden, um eine mittlere Fließ- b.) Schaffung einer örtlichen Gewässerauf- geschwindigkeit von 0,4 – 0,6 m/s nicht zu über- weitung durch Abgrabung des schreiten (vgl. auch Patt et al. 2004). Der Aushub linksseitigen Böschungsbereiches auf der Abgrabung soll nachträglich etwa 15-20 m einer Länge von 220 m. unterhalb des Wehres in das bestehende Gewäs- c.) Schaffung einer örtlichen Gewässerauf- serbett eingebracht werden, um dort eine Auf- weitung durch Abgrabung des stauung zu erreichen. Damit das Wasser bei linksseitigen Böschungsbereiches auf Mittel- und Niedrigwasserabflüssen vollständig in einer Länge von 50 m und Anlage zweier das Nebengerinne fließen kann, muss die Wehr- naturnaher Blänken. krone des bestehenden Wehres um maximal 10- d.) Anlage eines Umgehungsgerinnes im 15 cm erhöht werden. Die Höhe der Wehrkrone Bereich des Wehres der Walgerner ist dabei so zu wählen, dass diese bei höheren Mühle (Abb. 5), bei gleichzeitiger Abflüssen (MHQ, HQ) überspült wird sowie ein Schaffung eines temporären Teil des Wassers in den direkten Bereich unter- Stillgewässers unterhalb des Wehres. halb des Wehres gelangt und dort für temporäre e.) Schaffung einer örtlichen Gewässerauf- Wasserstände im Bereich der Auskolkung sorgt. weitung durch Abgrabung des rechtsseitigen Uferbereiches auf einer

Abb. 5: Entwicklungsplan Walgerner Mühle, Datengrundlage: ALK.

Vorrangiges Entwicklungsziel dieser Maß- Gehölze, dem Auslichten zu dichter Bestände und nahme ist die Wiederherstellung der linearen, der Neuanpflanzung standorttypischer Ufer- und ökologischen Durchgängigkeit. Das dazu geplan- Auengehölze, insbesondere Hainbuchen und te Nebengerinne soll der wandernden Fließge- Stieleichen, soll eine sukzessive Vegetationsent- wässerbiozönose, besonders aber der Fischfauna, wicklung hin zu einem bachbegleitenden Stielei- eine Auf- und Abwanderung ermöglichen. Auf chen-Hainbuchen Auenwald initialisiert werden. die Entfernung bzw. auf den Rückbau der Wehr- Der Planungsraum dieser Maßnahme befindet anlage wird bewusst verzichtet. Die Entfernung sich am südwestlichen Ortsrand von Wenkbach des Wehres hätte eine rückschreitende Tiefenero- und erstreckt sich auf einer Länge von 85 m und sion und somit ein Absinken des Grundwasser- einer mittleren Breite von 2,5 m beidseitig des spiegels oberhalb des Wehres zur Folge. Ein Wenkbaches. Der Wenkbach verläuft innerhalb weiteres Entwicklungsziel dieser Maßnahme ist des Planungsraumes tief eingeschnitten ohne die Neuanlage eines temporären Kleingewässers besondere Gewässerbett- und Uferstrukturen. Das im Bereich der Auskolkung unterhalb des Weh- Querprofil ist verhältnismäßig schmal ausgebil- res. Bei Mittel- und Niedrigwasser-Abflüssen det. Natürliche Strukturzeiger wie Totholz, Wur- stauen sich die Wassermassen an der erhöhten zelstubben oder Störsteine fehlen vollständig. Wehrkrone auf und fließen vollständig über das Aufgrund des hier sehr geringen Gefälles ist die neu angelegte Nebengerinne ab. Bei höheren Fließgeschwindigkeit äußerst niedrig. Im Bereich Wasserständen (MHQ, HQ) wird allerdings ein des Planungsraumes soll der beidseitige Bö- Teil der Wassermassen über die Wehrkrone treten schungsbereich auf einer Länge von 64 m und und in den Bereich der Auskolkung unterhalb des einer durchschnittlichen Breite von jeweils 2,5 m Wehres gelangen. Der abgelagerte Aushub etwa (ab Mitte der Gewässersohle) abgegraben wer- 15-20 m unterhalb der Auskolkung wird für eine den. Der beidseitige Böschungsbereich ist dabei Aufstauung des Wassers sorgen und ein temporär so zu profilieren, dass aus dem derzeitig schma- wasserführendes Stillgewässer entstehen lassen. len Kerbprofil ein ausgedehntes Kastenprofil mit Durch das Entfernen nicht-standortgerechter Biokorridor- und Fließgewässerentwicklungs-

78 funktion entsteht. Auf der gesamten Länge des pfählen zu sichern ist. Der Bereich zwischen Planungsraumes soll linksseitig in einem Abstand Röhrichtwalze und linksseitigem Böschungsrand von 0,40 m zur angrenzenden Straße ein etwa ist bis zu einer mittleren Höhe von 0,20 m mit 0,40 m breiter Gittersteinsatz ins Erdreich einge- Erdmaterial aufzufüllen. Am rechten Rand der lassen werden, um eine ausreichende Ufersiche- Ebene des Kastenprofils soll eine durchschnittlich rung zu gewährleisten. Linksseitig ist vorgesehen, 0,80 m breite Steinschüttung mit Steinen unter- ins Gewässerbett eine Röhrichtwalze mit etwa schiedlicher Größe eingebracht werden. Die 0,40 m Durchmesser und einer mittleren Entfer- Steine sind dabei so zu setzen, dass genügend nung zum Böschungsrand von 0,60 m einzubrin- naturnahe Hohlräume und Unterstände entstehen. gen, die in regelmäßigen Abständen mit Eichen-

Abb. 6: Strukturverbessernde Maßnahmen Wenkbach, Innerorts, Datengrundlage: Geländenivellement.

Entwicklungsziel dieser Maßnahme ist die Patt et al. 2004). Eigendynamische Laufentwick- Gewährleistung minimal-ökologischer Fließge- lungen des Wenkbaches werden nach Umsetzung wässerstrukturen durch Herstellung eines ausge- der Maßnahme nur noch innerhalb des Kasten- dehnten Kastenprofils mit pendelndem Strom- profils stattfinden (vgl. auch Gebler 2005). Damit strich und unterschiedlichen Strömungsbildern. verbessert sich zugleich die Biokorridorfunktion. Aufgrund der geringen Wassermassen (im Ver- Das Besondere an dieser Maßnahmenplanung gleich zur Breite des Kastenprofils) steht dem ist, dass deren Umsetzung ohne zusätzlichen Wenkbach im Abgrabungsraum eine ausreichend Raumanspruch erfolgen kann. Der Planungsraum breite Gewässersohle zur Verfügung, um die befindet sich ausschließlich in der bereits zur Laufentwicklung innerhalb des Kastenprofils Verfügung stehenden Gewässerparzelle. nach Hochwasserereignissen immer wieder neu zu gestalten. Die Übersicht der strukturverbessernden Maßnahmen (Abb. 6) stellt daher nur 4. Diskussion eine potentiell mögliche Momentaufnahme dar. 4.1 Diskussion hinsichtlich der Ziel- Als zusätzlicher Effekt der Gewässeraufweitung wird sich eigendynamisch eine leichte Anhebung vorgaben der EG-WRRL der Gewässersohle einstellen. Der besonders Entsprechend der Vorgaben der EG-WRRL und steile Böschungswinkel wurde gewählt, um eine der Ergebnisse des Monitoring der biologischen zukünftige Uferauflandung zu verhindern (vgl. Qualitätskomponenten muss der ökologische

Gesamtzustand des OWK als „schlecht“ bezeich- erfüllen zu können. Diese Einschätzung wurde net werden. Grund dafür ist die „schlechte“ auch durch das RP Gießen (Hessen) bestätigt. Bewertung des Makrozoobentos (Tab. 3). Das Makrozoobenthos, auch „Gruppe der Fischnähr- 4.2 Diskussion hinsichtlich aufgetrete- tiere“ genannt, spielt u.a. eine entscheidende ner Probleme bei der Renaturierungs- Rolle bei der (Neu-)Etablierung einer naturnahen Fischfauna. Aber auch die anderen untersuchten planung Qualitätskomponenten haben durchweg eine Im Folgenden sollen die Probleme und Schwie- unbefriedigende Bewertung erhalten (Tab. 3). rigkeiten aufgezeigt werden, die bei der Bearbei- Dementsprechend erfüllt der OWK Wenkbach die tung des Diplomthemas entstanden sind und Zielvorgaben der EG-WRRL unter den bestehen- gleichzeitig repräsentativen Charakter für die den Bedingungen in keinster Weise. Weder die Entwicklungsplanung kleinerer Flüsse und Bäche Forderung nach einem guten ökologischen Zu- besitzen. stand noch die Forderung nach einem guten Die zwei grundlegendsten Probleme bestehen ökologischen Potential des Wasserkörpers kann zum einen in dem großen Unterschied zwischen gegenwärtig gewährleistet werden. Auch nach dem ökologischen Ist-Zustand des Gewässers und Umsetzung der im Rahmen der vorliegenden dem „ökologisch guten Zustand“ sowie zum Untersuchungen geplanten Maßnahmen zur anderen in der Tatsache, dass in den meisten Wiederherstellung der ökologischen Durchgän- Fällen die angrenzenden Flächen nicht zur Verfü- gigkeit sowie zur Verbesserung der Gewässer- gung stehen. Das bedeutet, dass jeglicher Gewäs- strukturgüte der Unterläufe, ist die Zielerreichung serentwicklung bzw. Renaturierung ein meist sehr eines „guten ökologischen Gesamtzustandes“ kostenaufwendiger Erwerb von Flächen vorange- nicht zu erwarten. Durch die Umsetzung der hen muss. Auch diese Einschätzung wurde von Maßnahmen können die lineare ökologische der Oberen Wasserbehörde des RP Gießen (Hes- Durchgängigkeit zwar vorübergehend wiederher- sen) bestätigt. gestellt und auch erhebliche Verbesserungen der Bei den meisten Fließgewässern dieses Ge- Gewässerstrukturgüte in den Unterläufen erzielt wässertyps kommt es innerhalb von Kulturland- werden; dennoch wären zur Zielerreichung der schaften häufig zu den unerwünschten Phänome- EG-WRRL weitere Maßnahmen notwendig. nen einer stark ausgeprägten Tiefenerosion sowie Auf Grundlage der Ergebnisse der Monito- zu einem sehr schmal ausgebildeten Querprofil. ringprogramme wurden durch das RP Gießen Im Hinblick auf die Beseitigung der ökologischen Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenpro- Wanderhindernisse ergibt sich daraus ein weiteres gramme erstellt, um die Zielerreichung eines Problem. Selbst bei ordnungsgemäßem Rückbau „guten ökologischen Zustandes“ voranzutreiben. dieser Barrieren werden in naher Zukunft erneut Die Bewirtschaftungsplanung Mittelrhein Süd Querbarrieren im zu engen Querprofil entstehen. sieht für den OWK Wenkbach unterschiedliche Zunächst bildet sich eine Treibgutverklausung, Maßnahmen hinsichtlich der Beeinflussung der die bei längerer Verweildauer im Gewässer zu Gewässermorphologie und der ökologischen einem Sohlabsturz unterhalb der Verklausung Durchgängigkeit vor. In den Unterläufen beider führen wird und somit eine erneute Wanderbar- Bäche ist auf einer Länge von insgesamt 2,2 km riere darstellt. Eine längerfristige Lösung für der Ankauf bzw. das Bereitstellen von Flächen dieses Problem kann nur bei gleichzeitiger Auf- als Entwicklungskorridore, in den Mittelläufen weitung des Gewässerquerprofils und einer beider Bäche ist das Bereitstellen von Flächen auf Anhebung der Gewässersohle erreicht werden. einer Länge von 1 km vorgesehen. Gleichzeitig Denn ohne diese beiden Maßnahmen werden aus ist im Bereich dieser Flächen die „Entwicklung ökologisch grundsätzlich wertvollen Strukturzei- naturnaher Gewässer“ geplant (HMULV 2008a). gern, Hindernisse welche die lineare Passierbar- Eine weitere Maßnahme des Bewirtschaftungs- keit des Gewässers beeinträchtigen können. planes ist die Förderung des natürlichen Rück- Der Rückbau von innerörtlichen Verroh- halts im Mittellauf des Wenkbaches oberhalb der rungsstrecken, welche ebenfalls ein ökologisches Ortslage von Wenkbach (HMULV 2008a). Eine Wanderhindernis im Gewässer darstellen, lässt Erfüllung der Zielvorgaben ist jedoch, auch nach sich aus Kostengründen in den meisten Fällen Umsetzung der Maßnahmen der Bewirtschaf- nicht verwirklichen. Doch auf Vorschläge hin- tungsplanung, bis 2015 nicht zu erwarten. Daher sichtlich der Herstellung von minimal- wird eine Fristverlängerung zumindest bis 2021 ökologischen Gewässerstrukturen innerhalb der notwendig sein, um die Ziele der EG-WRRL Verrohrungsstrecken reagierten die Gewässerun-

80 terhaltungspflichtigen mit großer Ablehnung. lich existieren zahlreiche Fördermöglichkeiten, Zum Beispiel besteht die Möglichkeit, durch den um die Ausgaben für die Renaturierungen und die Einbau von Holzlamellen in Verrohrungsstre- Flächenankäufe zu minimieren, doch alle För- cken, quer zur Fließrichtung, eben diese minimal dermöglichkeiten decken nur einen Teil der ökologischen Gewässerstrukturen zu gewährleis- tatsächlich entstehenden Kosten. Eine gute In- ten. Eingebaute Lamellen bewirken zum einen formationsgrundlage hinsichtlich in Hessen eine Sedimentation auf der Verrohrungssohle und bestehender Fördermöglichkeiten stellt die „För- zum anderen die Entstehung von strömungsberu- derfibel WRRL“ dar (HMULV 2008b). higten Verweilzonen für wandernde Arten der Gewässerbiozönose. Unter diesen Bedingungen und in Verbindung mit einer absturzfreien Ver- 5. Fazit rohrungsstrecke kann zumindest für einige der wandernden Arten die lineare Durchgängigkeit Die Aufnahme und Bewertung des ökologischen gesichert werden (vgl. Madson & Tent 2000). Die Zustandes des OWK Wenkbach hat gezeigt, dass Ablehnung dieser Maßnahmen wurde auf Seiten es sich um einen anthropogen stark beeinflussten der Gewässerunterhaltungspflichtigen mit der Wasserkörper handelt. Aufgrund dessen ist der Angst vor einer erschwerten Gewässerunterhal- OWK Wenkbach gemäß Artikel 4 der EG-WRRL tung, einem verstärkten Rückstau sowie befürch- als erheblich veränderter Wasserkörper zu be- teten Überflutungen oberhalb der Verrohrungen zeichnen. Für diese gelten etwas herabgesetzte begründet. Zielvorgaben. Anstelle des guten ökologischen Ebenfalls als problematisch erweist sich die Zustandes ist bei erheblich veränderten Wasser- Tatsache, dass die verbindlichen Pflegemaßnah- körpern das gute ökologische Potential die anzu- men nach bereits durchgeführten Renaturierungen strebende Zielvorgabe. in vielen Fällen nur ungenügend oder überhaupt Der Gewässerausbau der vergangenen Jahr- nicht durchgeführt werden. Dieses Phänomen zehnte hat seine Spuren besonders sichtbar in den konnte im Untersuchungsgebiet deutlich nachge- Unterläufen von Wenk- und Walgerbach hinter- wiesen werden. Dadurch entsteht die Gefahr, dass lassen, so das diese als ökologische Gesamtbar- die Renaturierungsziele teilweise oder vollständig riere zwischen der Lahn und den Mittel- und verfehlt werden. Oberläufen beider Bäche fungieren. Wichtigste Eine weitere grundlegende Schwierigkeit er- Voraussetzung zur (Wieder-)Etablierung einer gibt sich aus dem bereits angesprochenen zeitli- naturnahen Gewässerbiozönose ist sicherlich die chen Ablauf der EG-WRRL, d.h. aus dem 6- Wiederherstellung der ökologischen Durchgän- jährigen Turnus zur Aufstellung von Maßnah- gigkeit, besonders in den Unter- und Mittelläufen menprogrammen und zur Umsetzung dergleichen beider Bäche. Die alleinige Beseitigung der (Tab. 1). Diese zeitlich sehr kurze Phase benach- ökologischen Wanderhindernisse wird allerdings teiligt Initialmaßnahmen zur Förderungen der nicht für eine Neubesiedlung durch eine naturna- eigendynamischen Komponente deutlich gegen- he Gewässerbiozönose ausreichen; zu groß sind über aktiv durchgeführten Renaturierungen. die bestehenden Defizite hinsichtlich des gewäs- Initialmaßnahmen, wie z.B. das zur Verfügung sermorphologischen Zustandes. Dabei tritt in den stellen von Entwicklungskorridoren bei gleichzei- Unterläufen beider Bäche ein zusätzliches Prob- tigem Einbau von Strömungslenkern, benötigen lem auf. Aufgrund des hohen Grades des Gewäs- in der Regel eine wesentlich längere Zeitspanne serausbaus und seiner Folgen, sind eigendynami- als 3 bzw. 6 Jahre bevor sie greifen und ökologi- sche Gewässerentwicklungen hier zukünftig nicht sche Erfolge liefern können. Nur aktive Renatu- zu erwarten. Die im Rahmen der Untersuchungen rierungen können in der vorgegebenen Zeitspanne ausgearbeiteten Maßnahmenvorschläge für kurz- auch wirklich Erfolge zeigen. Jedoch wird gerade fristig wirksame Renaturierungen versuchen den Initialmaßnahmen in der Literatur der ökolo- diesem Problem gerecht zu werden. gisch wesentlich höhere Wert zugesprochen Ohne Zweifel sind nach Umsetzung aller sie- (Gebler 2005, vgl. auch Patt et al. 2004). Diesem ben Maßnahmenvorschläge sowie der Bewirt- Sachverhalt wird in der Literatur bisher kaum schaftungs- und Maßnahmenprogramme durch Beachtung geschenkt. das RP Gießen noch weitere Maßnahmen not- Nicht unerwähnt dürften auch die erheblichen wendig, um die Gewässerfunktionsfähigkeit Finanzierungsprobleme auf Seite der Städte und grundlegend zu verbessern. Eine Zielerreichung Gemeinden bleiben, welche sich im Hinblick auf der EG-WRRL ist für den OWK Wenkbach bis die Zielvorgaben der EG-WRRL ergeben. Sicher- zum Jahre 2015 nicht zu erwarten. Eine Fristver-

81 längerung bis zum Jahre 2021, wenn nicht sogar koerper?wkld=DEHE_258332.1_Wenkbach bis 2027, wird unumgänglich sein. (Zugriff am 05. 11. 2008). HMULV – Hessisches Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (Hrsg.) (2008a): Bewirtschaftungsplan Hessen 2009, 1. 6. Danksagung Auflage; http://interweb1.hmulv. hessen.de/ umwelt/wasser/wrrl/oeffentlichkeitsbeteiligung/aktivit Ohne das Interesse und die Unterstützung durch aeten/offenlegungbwpl/entwbwpl/ (Zugriff am 28. das RP Gießen, insbesondere durch Herrn Dipl.- 01.2009). Ing. H. Diehl, durch Frau H. Rupp (Umweltbera- HMULV – Hessisches Ministerium für Umwelt, terin der Gemeinde Weimar/Lahn), die Planungs- Landwirtschaft und Verbraucherschutz (Hrsg.) gruppe Müller (Fronhausen/Lahn) sowie unseren (2008b): Förderprogramme zur Umsetzung der Messhilfen hätte die vorliegende Studie nicht EG-Wasserrahmenrichtlinie in Hessen (Förderfibel erarbeitet werden können. Ihnen gilt unser herzli- WRRL), 1. ergänzte Auflage; http://interweb1. hmulv.hessen.de/imperia/md/content/internet/ wrrl ches Dankeschön. /2_umsetzung/foerderfibel_080515.pdf (Zugriff am 18.03.2009). Jürging, P. (2005): Natürliche Fließgewässer und 7. Literatur Auen. – In: Jürging P., Patt H. (Hrsg.) (2005): Fließgewässer- und Auenentwicklung – Grundla- Blume H. (1957): Marburg-Gießener Lahntal – 348; gen und Erfahrungen. – 5-46; Berlin, Heidelberg, In: Meynen E., Schmithüsen J. (Hrsg.) (1957): Klausing, O. (1974): Die Naturräume Hessens – mit Handbuch der naturräumlichen Gliederung, 4. & 5. einer Karte der naturräumlichen Gliederung Lieferung: 541-542; Remagen. (1:200000). – Hessische Landesanstalt für Um- DVWK – Deutscher Verband für Wasserwirtschaft welt; Wiesbaden. und Kulturbau e.V. (Hrsg.) (1996): Fluss und Korn, N., Jessel, B., Hasch, B., Mühlinghaus, R. Landschaft – Ökologische Entwicklungskonzepte. (2005): Flussauen und Wasserrahmenrichtlinie – – Schriftenreihe des DVWK, 240. Bedeutung der Flussauen für die Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL; RL 2000/60/ europäischen Wasserrahmenrichtlinie. – In: BfN – EG): Richtlinie des Europäischen Parlaments und Bundesamt für Naturschutz (Hrsg.) (2005): Natur- des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung ei- schutz und Biologische Vielfalt, 27; Bonn. nes Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Ge- Madsen, B. L., Tent, L. (2000): Lebendige Bäche und meinschaft im Bereich der Wasserpolitik. Flüsse – Praxistipps zur Gewässerunterhaltung und Gebler R.-J. (2005): Entwicklung naturnaher Bäche Revitalisierung. – In: Edmund Siemers-Stiftung und Flüsse – Maßnahmen zur Strukturverbesserung (Hrsg.) (2000): Lebendige Bäche und Flüsse, 1. – Grundlagen und Beispiele aus der Praxis; Walz- Auflage; Hamburg. bachtal. Meier, K. (2000): Derzeitiger ökologischer Zustand Gemeinde Weimar (Hrsg.) (2004): Landschaftsplan der Fließgewässer im Vergleich mit den Zustands- der Gemeinde Weimar (Lahn); Aufgestellt durch zielen der Wasserrahmenrichtlinien. – In: BfN – das Ingenieurbüro Zillinger, Consulting Team Mit- Bundesamt für Naturschutz (Hrsg.) (2000): Rena- te; Gießen. turierung von Bächen, Flüssen und Strömen, An- Gunkel G. (1997): Renaturierung anthropogen genutz- gewandte Landschaftsökologie, 37; Bonn, Bad ter Gewässer – Ein Zielkonflikt? – In: Dembinski Godesberg. M., Werder U. (Hrsg.) (1997): Renaturierung von MGG – Marburger Geographische Gesellschaft Fließgewässern und Auen. – VSÖ Publikation: 17- (1990): Geologische Karte von Marburg und Um- 52; Hamburg. gebung – 1:50000. Hintermeier K-H. (2005): Europäische Wasserrahmen- Opp, Ch. (1998): Geographische Beiträge zur Analyse richtlinie – Stand, Kommunikation, aktuelle Auf- von Bodendegradationen und ihrer Diagnose in der gaben und Perspektiven. – In: Ohlig C. (Hrsg.) Landschaft. (Bodenkundlich-geoökologische und (2005): Gewässerentwicklung in der Kulturland- geographisch-landschaftsökologische Beiträge zur schaft, Schriften der DWhG, 7: 85-90; Siegburg. Umweltforschung). – Leipziger Geowissenschaf- HLUG – Hessisches Landesamt für Umwelt und ten, 8: 187 S.; Leipzig. Geologie (Hrsg.) (2001): Umweltatlas Hessen – Patt, H., Jürging, P., Kraus, W. (2004): Naturnaher Online Ausgabe; http://atlas.umwelt.hessen.de Wasserbau – Entwicklung und Gestaltung von (Zugriff am 14.02.2009). Fließgewässern, 2. Auflage; Berlin, Heidelberg. HLUG – Hessisches Landesamt für Umwelt und Pfeffer, K.-H. (2006): Arbeitsmethoden der Physi- Geologie (Hrsg.) (2008): Stammdatenblatt Wasser- schen Geographie. – Wissenschaftliche Buchge- körper Wenkbach DEHE_258332.1; http://mapro. sellschaft; Darmstadt. intern.hlug.de:9080/fismapro/dispatch/editWasser- Pottgieser, T., Sommerhäuser, M. (2004): Fließge- wässertypologie Deutschland: Die Gewässertypen

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 83-96, 14 Abb., 1 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Untersuchungen zu Totholzablagerungen und deren Einfluss auf die Gerinnemorphologie in einem Hochgebirgsbach

Antje Eitelmann & David Morche*

Eitelmann, A. & Morche, D. (2011): Untersuchungen zu Totholzablagerungen und deren Einfluss auf die Gerinne- morphologie in einem Hochgebirgsbach. [Investigations on large woody debris and effects on the channel morphology in a high-mountain stream.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 83-96, Halle (Saale).

Kurzfassung: Grobes Totholz spielt eine wichtige Rolle für die Geomorphologie eines Fließgewässersystems. Durch die Ausbildung von Steps und Pools und die Wirkung als Geschiebefänger wird Einfluss auf das System genommen. Auch wenn der Großteil der Totholzablagerungen keine unmittelbare Beeinflussung ausübt, so können doch große Mengen an Sediment zurückgehalten werden, auch bei einer geringen Persistenz der Holzablagerungen. Die Untersuchung von grobem Totholz sollte daher bei fluvialgeomorphologischen Kartierungen eine stärkere Beachtung finden.

Abstract: Large woody debris (LWD) effects channel bed geomorphology in flowing water systems. LWD can create a step and pool morphology. Bed load material can be stopped upstream of LWD accumulations and build intermediate sediment stores on the riverbed. The persistence of LWD accumulations and sediment storing is variable and should be considered in future investigations.

Schlüsselwörter: Gerinnemorphologie, Totholz, Partnach, Reintal

Keywords: channel morphology, large woody debris, Partnach River, Reintal

*Anschriften der Autoren: Antje Eitelmann ([email protected]), Daimlerstr. 21, D-71116 Gärtringen; Dr. David Morche ([email protected]), Institut für Geowissenschaften und Geographie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 4, D-06110 Halle (Saale.

1. Einleitung Bereits zu Beginn der Siebziger Jahre wurden im amerikanischen Raum Untersuchungen von Im Zuge des Projektes „Materialtransfer in alpi- Totholzablagerungen (engl. Large Woody Debris nen Fließgewässersystemen – Mobilität und [LWD]) und dessen Auswirkungen auf die Ge- funktionelle Kopplung“, einem Teil des Bündel- wässermorphologie durchgeführt, ein Großteil der projektes „Sedimentkaskaden in alpinen Geosys- heute vorhandenen Publikationen stammt jedoch temen“ (SEDAG), wurden Ausmaße und Folgen aus den letzten zwanzig Jahren (Hogan 1987, der Prozesse untersucht, welche die Reliefent- Fetherston et al. 1995, Downs & Simon 2001, wicklung maßgeblich beeinflussen. Da der Sedi- Haschenburger & Rice 2004). Da Totholzablage- menttransfer und fluvialgeomorphologische rungen durch intensives Management in den Gegebenheiten auch durch in Fließgewässern meisten mitteleuropäischen kaum eine Rolle vorkommenden groben Totholzes (engl. large spielten, fand diese Thematik kaum Beachtung woody debris [LWD]) beeinflusst werden können (Hering et al. 2000). In den letzten Jahren wurden (Mutz 2000, Braudrick & Grant 2001, Hassan & aber auch im deutschsprachigen Raum vermehrt Woodsmith 2004), wurde dessen Kartierung in Untersuchungen dazu durchgeführt. Dabei wurde einem totholzreichen Gerinneabschnitt im Unter- in einem Großteil der Arbeiten, neben dem Ein- suchungsgebiet Reintal durchgeführt (Abbildung fluss des Totholzes auf die Gewässermorpholo- 1). gie, die Beeinflussung der Gewässerökologie mit „Als Totholz bezeichnet man die im Gerinne Fauna und Flora beschrieben (Hering & Reich liegenden ‚toten‘ Äste und Stämme der umge- 1997, Gerhard & Reich 2000, Hering et al. 2000, benden Gehölzvegetation.“ (Huette, M. 2000). Mutz 2000, Kail 2004).

Abb. 1: Lage des Untersuchungsgebiets.

„Large Woody Debris (LWD) is known to in- Geschiebefänger untersucht. Des Weiteren be- fluence the morphology and the ecology of small schäftigt sich der vorliegende Artikel mit der streams in many ways.“ (Mutz 2000: 107). Im räumlichen Verteilung der groben Totholzablage- Reintal (Oberbayern) wurde die Art und Weise rungen. Die Kartierungen für die Untersuchung dieses Einflusses anhand von Step-Pool- wurden in den Jahren 2002, 2004 und 2005 Systemen und der Wirkung des Totholzes als durchgeführt.

2. Methodik bestimmte Voraussetzungen definiert. So wurden 2.1 Menge und Verteilung des Tothol- in dem Gewässerabschnitt alle Totholzablagerun- gen kartiert, welche einem Mindestdurchmesser zes von 0,10 m und eine Mindestlänge von 1,00 m aufwiesen (u.a. nach Hogan 1987, Fetherston et Damit Totholz bei der Kartierung als grobes al. 1995, Marcus et al. 2002). Totholz charakterisiert werden kann, wurden

Abb. 2: Einfache Totholzakkumulation, Blick in Fließrichtung (Foto: Antje Eitelmann, 17.08.2004).

Abb. 3: Komplexe Totholzakkumulation, Blick in Fließrichtung (Foto: Antje Eitelmann, 21.07.2004).

Neben einzelnen Stämmen wurden außerdem bestehen aus mehr als 2 Einzelstämmen, welche Totholzakkumulationen (engl. jams) aufgenom- oftmals durch weiteres organisches Material, wie men. Dabei unterscheidet man zwischen 2 Aus- Blätter oder Zweige, miteinander verbunden sind prägungen (Abbildungen 2 und 3): einfache und als Komplex auf ihre Umgebung wirken. Bei Totholzansammlungen bestehen aus mindestens 2 Einzelbäumen und den Stämmen von einfachen Einzelstämmen, welche zwar gemeinsam an einer Totholzakkumulationen wurden die Länge und Position liegen, jedoch keinen gemeinsamen der mittlere Stammdurchmesser vermessen. Einfluss, zum Beispiel auf die Morphologie, Letzterer wurde nach Hogan (1987) über die ausüben. Komplexe Totholzakkumulationen Durchmesser der beiden Stammenden ermittelt.

Aus diesen Werten konnte später das Stammvo- Ereignisse die Totholzstämme in das Gerinne der lumen berechnet werden. Dagegen wurden bei Partnach gelangt sind. Dabei lassen sich natürli- den komplexen Holzakkumulationen die mittlere che Ursachen wie Hochwasserereignisse oder Höhe (h), die mittlere Breite (w) und die mittlere Uferabbrüche und anthropogene Ursachen unter- Länge (l) bestimmt (Piégay et al. 1999), um scheiden. Des Weiteren wurden die Lage der anhand der Formel Totholzablagerung im Kartiergebiet sowie die Ursache seiner Mobilitätseinschränkung notiert. V = h * w * l (1) Hierbei kann nach Braudrick & Grant (2001) und Faustini & Jones (2003) eine hohe Bedeutung von ebenfalls das Holzvolumen zu errechnen. Soweit Gesteinsblöcken erwartet werden. bestimmbar wurde untersucht, durch welche

Abb. 4: Durch Totholz verursachte Wasserspiegelsprünge im Längsverlauf (Keller & Swanson 1979: 376, in Kail 2004).

2.2 Bildung von Steps und Pools man in diesem Fall von einem Absturz-Pool Steps und Pools können durch verschiedene (engl. plunge pool) (Abb. 5). Da im Reintal Strömungshindernisse gebildet werden, so z.B. andere Poolformen keine größere Rolle spielen, durch Blöcke oder Geschiebecluster, welchen in wird auf solche hier nicht weiter eingegangen, einem Gebirgsfluss wie der Partnach häufig ergänzend sind sie bei Robinson & Beschta vorkommen. Bei der Kartierung wurden nur Steps (1990) aufgeführt. Nach Buffington et al. (2002) und Pools aufgenommen, welche durch das und Kail (2003) sind Größe und Stabilität eines Vorhandensein von Totholz entstanden sind. Pools abhängig von der Baumgröße. In Pools Bildet ein Totholzstamm ein Strömungshindernis, häuft sich vor allem feines Material an (Mutz wird das mitgeführte Geschiebe oberhalb des 2000, Bunte & Abt 2001, Schmidt & Ergenzinger Holzes abgelagert (Wallerstein & Thorne 2004) 1992). In Fließgewässern, die Fischen als Habitat (Abbildung 4). Die Sohle gleicht sich sukzessive dienen, haben die Pools eine wichtige Lebens- an die Höhe des Stammes an und bildet eine raumfunktion, so dienen sie bspw. bei Niedrig- Stufe, nach Mutz (2000) und Bunte & Abt wasser als Zufluchtsort (Gurnell et al. 1995, in (2001) wird dabei vor allem grobes Material Kail 2004). zurückgehalten. Die Höhe eines Steps kann laut Nach Curran & Wohl (2003) wird die Höhe Curran & Wohl (2003) vom Durchmesser des eines Steps von der Sohle bis zur Oberkante des Totholzes abhängen. Strömt das Wasser über den Totholzes gemessen, des weiteren werden die Step, stürzt es die meist geringe Höhendifferenz Breite des Steps sowie die Ausdehnung und die zur Sohle unterhalb des Stammes herab. Durch tiefste Stelle des Pools notiert (Curran & Wohl die entstehenden Turbulenzen entsteht hier ein 2003, Kail 2003). Bei der einführenden Kartie- Pool, da die Sohle durch das herabstürzende rung 2002 wurden die ausgebildeten Steps noch Wasser und wegen fehlender Materialnachliefe- nicht vermessen, sie werden in den vergleichen- rung ausgeschürft wird. Nach Kail (2004) spricht den Auswertungen nicht berücksichtigt.

Abb. 5: Überflossenes Totholz mit Absturz-Pool unterhalb, Blick in Fließrichtung (Foto: Antje Eitelmann, 17.08.2004).

2.3 Wirkung des Totholzes als Ge- 2.3.2 Granulometrische und morphometrische Analyse des akkumulierten Materials schiebefänger Eine bedeutende Eigenschaft von grobem Totholz Um zu prüfen, inwieweit sich Totholz auf die ist die Wirkung als Geschiebefänger. Zur Akku- Korngrößenverteilung im abgelagerten Geschiebe mulation von Gesteinsmaterial kommt es zum auswirkt, wurde bei der Kartierung im Sommer einen an von Totholz gebildeten Steps, zum 2004 an neun ausgewählten Standorten eine anderen an Stämmen beziehungsweise Totholz- Partikelzählung nach der 100-Partikel-Methode akkumulationen, die ein Hindernis für die Strö- nach Wolman (1954, in Bunte & Abt 2001) mung und das mitgeführte Geschiebe bilden. durchgeführt, davon siebenmal an einem Step- Pool-System, einmal oberhalb und unterhalb 2.3.1 Masse des akkumulierten Materials eines Steps, an dem sich kein Pool gebildet hat und einmal oberhalb und unterhalb einer Tothol- Um eine Vorstellung von den Größenordnungen zakkumulation, die weder einen Step noch einen des vom Totholz akkumulierten Materials zu Pool ausgebildet hat, aber als Sedimentfänger bekommen, wurde bei der Kartierung 2005 die fungiert. Dabei wurden an jedem Standort je 25 Masse des abgelagerten Geschiebes untersucht. Partikel oberhalb (Stepbereich) und unterhalb Dazu musste das Material als geometrische Form (Poolbereich) des Totholzes entnommen und nach betrachtet werden, welche in ihrer Höhe, Breite Cailleux (1952) in ihrer a-, b- und c-Achse ver- und Länge vermessen wurde. Nach der Berech- messen. Die Mengenverteilung der einzelnen nung der Flächen konnte das Volumen des Kör- Kornklassen wurde nach Müller (1964) anhand pers berechnet werden, beispielsweise über die einer Kornsummenkurve dargestellt, aus dieser Volumenberechnung eines Pyramidenstumpfes: lassen sich wichtige Parameter (zum Beispiel die

Percentile, der Mittelwert und die Schiefe) für die V = h/3 * ( AG + AGAD + AD) (2). Auswertung der granulometrischen Analyse (nach Folk & Ward 1957) ableiten. Nach Bunte & Dabei ist AG die Grundfläche und AD die Deck- fläche des Körpers. Abt (2001) sowie Mutz (2000) ist zu erwarten, Das ermittelte Volumen wurde für die Auswer- dass oberhalb des Totholzes vor allem grobes tungen anhand der Formel Material, im Poolbereich dagegen überwiegend feines Material angehäuft ist. M = V * 2 t/m³ (3) Für die morphometrische Analyse wurden au- ßerdem die Zurundung und die Abplattung nach in die Masse der Geschiebeakkumulation umge- Cailleux (1952) sowie die Partikelform (Sneed & wandelt. Folk 1958) bestimmt.

3. Ergebnisse & Schlussfolgerungen wurden jedoch nur einige kleine Einzelstämme ausgeräumt. 3.1 Menge und Verteilung des Tothol- zes Das mittlere Reintal weist einen hohen Anteil an Hochwasser- HQ Kartierungs- Jahr zeitpunkt grobem Totholz auf. Bei der ersten Kartierung im [m³/s] zeitpunkt Sommer 2002 konnten 82 Holzablagerungen aufgenommen werden, bis auf 15 Stück konnten 2002 12.08. 12,8 20.08. - 22.08. alle bei der folgenden Aufnahme im Sommer 2003 14.06. 13,3 - 2004 wiedergefunden werden. Insgesamt konnten 2004 20.07. 7,7 16.07. - 19.08. bei dieser zweiten Kartierung 153 Tothölzer 2005 23.08. 50 24.09. - 29.09. vermerkt werden. Bei der dritten und letzten Kartierung im September 2005 wurden 158 Tab. 1: Hochwasserstände und Zeiträume der Totholz- Totholzablagerungen aufgenommen. Davon kartierungen im Reintal. konnte aber nur ein Totholzstamm von der Auf- nahme von 2002 wiedergefunden werden. Nach Bei allen Kartierungen machen Einzelbäume mit den ersten beiden Kartierungen konnte davon mehr als 70% den Großteil der Tothölzer aus, ausgegangen werden, dass die Persistenz des komplexe Holzakkumulationen hatten eine Häu- Totholzes im Reintal sehr hoch ist, da fast alle figkeit von rund 5% (Abb. 6). Ablagerungen von 2002 wiedergefunden wurden Die Kartierstrecke besteht zum großen Teil und es sich dabei teilweise um sehr alte Stämme aus gekrümmten Abschnitten, auf denen der handelte. Nach dem Hochwasser im August 2005 Hauptteil der Totholzablagerungen zu finden ist. ist im Reintal zwar ungefähr die gleiche Menge Die Vermutung, dass sich Totholz vor allem in an Totholz vorhanden wie im Vorjahr, es wurde den gebogenen Flussabschnitten ablagert, wurde jedoch nahezu vollständig ausgetauscht. Die statistisch überprüft. Der durchgeführte Chi- Stabilität der Holzablagerungen im System ist Quadrat-Test hatte ein Signifikanzniveau von α = also stark abhängig von dem Auftreten von 1 Prozent. Es konnte bestätigt werden, dass es Hochwasserereignissen und deren Größe. Zwi- sich bei dem beobachteten Wert nicht um einen schen den beiden ersten Kartierungen trat zwar Zufallswert handelt, der aufgestellten These kann ebenfalls ein Hochwasser auf (Tabelle 1), hierbei somit zugestimmt werden.

komplexe Totholzakkumulation

2005 einfache 2004 Totholzakkumulation 2002

Einzelbaum Ablagerungsform

0 20406080100 Prozentualer Anteil [%]

Abb. 6: Prozentualer Anteil der Ablagerungsform des aufgenommenen Totholzes.

Ein Großteil des Totholzes im Reintal ist rinne ist nicht mehr nachvollziehbar. Macht der durch fluvialen Transport von seinem ursprüngli- fluviale Transport 2002 nur 45 Prozent aus, sind chen Standort an den jetzigen Depositionsstandort es 2004 schon 57 Prozent. Nach dem starken gelangt, die Ursache für den Eintrag in das Ge- Hochwasser im Sommer 2005 kann bei 75 Pro-

89 zent der aufgenommenen Tothölzer nur der Das in dem Untersuchungsgebiet aufgenommene fluviale Transport als Totholzlieferndes Medium Totholz wird durch verschiedene Ursachen an angegeben werden. Eine weitere wichtige dem Ort seiner Ablagerung gehalten. Auffällig ist Totholzquelle für das Gerinne sind die sogenann- der hohe Anteil an Totholz, welches in Vergesell- ten „Sturzbäume“ (LAWA 2000: 55), welche schaftung mit Blöcken auftritt, dieses macht bei durch Rutschung, Kriechen oder Uferabbruch in allen Kartierungen in etwa die Hälfte aller Auf- das Gerinne gestürzt sind und nicht weiter trans- nahmen aus. Ein weiter hoher Teil der Tothol- portiert wurden. Diese Bäume sind durch ihre zablagerungen liegt auf der Sohle bzw. auf Schot- Wurzel oft noch teilweise mit dem Ufer verbun- terflächen, wo es vermutlich wegen zu geringer den. Bei den ersten beiden Kartierungen wurde Wassertiefe nicht weitertransportiert werden über ein Drittel der Tothölzer als Sturzbäume konnte. Die hierbei kritische Wassertiefe ent- eingestuft, 2005 waren es in etwa noch 20 Pro- spricht nach Braudrick & Grant (2001) ungefähr zent. Bei der Kartierung 2004 konnten außerdem der Hälfte des Holzdurchmessers. Bei Hochwas- vier Tothölzer kartiert werden, die durch anthro- ser besteht die Möglichkeit der erneuten Mobili- pogenen Einfluss in das Gerinne gelangt sind. Bei sierung des LWD. 3 Totholzablagerungen handelt es sich um Stäm- me, welche von einer anthropogen angelegten 3.2 Bildung von Steps und Pools Uferstabilisierung stammen. Des Weiteren konnte Bei der Kartierung im Sommer 2004 konnten im ein Stamm vermerkt werden, in dem Kerben zu Untersuchungsgebiet 22 Totholzablagerungen mit sehen sind, welche vermutlich mit einer Axt Stepbildung aufgenommen werden. 14 LWD eingeschlagen wurden (Abbildung 7). davon wurden bereits 2002 mitkartiert, bis auf Da es sich dabei um einen alten ausgebliche- eine Ausnahme war auch hier schon bei allen ein nen Baum ohne Rinde und Äste handelt, ist davon Step ausgebildet. Diese Ausnahme lag bei der auszugehen, dass er aus der Zeit des Triftens ersten Aufnahme noch oberhalb der Sohle, so stammt, welches im Reintal zwischen Ende des dass das Wasser darunter durchfließen konnte, bis 18. Jahrhunderts und der 1960er Jahren durchge- zur Kartierung 2004 wurde jedoch ein Step aus- führt wurde. Dabei wurden zersägte Stämme in gebildet (Abbildungen 8 und 9). Abbildung 9 die Partnach geworfen und talwärts geschwemmt. macht deutlich, wie viel Geschiebe von einem Um Verwechslungen auszuschließen schlugen die Step zurückgehalten werden kann. Das akkumu- jeweiligen Besitzer ein Zeichen in das Holz, die lierte Material stammt überwiegend von dem sogenannte „Hausmarch“ (Rock 1951: 310). Hochwasser vom 14./15.06.2003. Alle Ablage- rungen mit einer Stepbildung, welche bei der Kartierung 2002 aufgenommen wurden, sind auch zwei Jahre später noch vorhanden. 2005 konnten 14 zusätzliche Totholzablagerungen kartiert werden, an welchen eine Stepbildung zu beobachten war. Dabei handelte es sich aus- schließlich um neu abgelagerte Stämme. Steps der zwei vorangegangenen Kartierungen wurden zerstört und nicht wiedergefunden. Die Steps haben eine Breite zwischen 0,5 m und 7 m, sowohl bei den Stämmen von 2004 als auch bei jenen von 2005 war der überwiegende Teil (86 Prozent) kleiner als 3 m. Die Steps haben eine Höhe zwischen 0,14 m und 1,05, der Mittel- wert liegt in beiden Jahren bei 0,46 m. Es wurden vor allem Steps mit einer Höhe zwischen 0,2 m und 0,6 m ausgebildet. Der von Curran & Wohl (2003) beschriebene Zusammenhang zwischen Abb. 7: In ein Totholz eingeschlagene Hausmarch dem Stammdurchmesser und der Stephöhe konnte (Foto: A. Eitelmann, 19.08.2004). nicht nachgewiesen werden.

Abb. 8: Totholz bei der Kartierung 2002, Blick in Fließrichtung (Foto: Petra Hesse, 20.08.2002).

Abb. 9: Totholz bei der Kartierung 2004, Blick in Fließrichtung (Foto: Antje Eitelmann, 13.08.2004).

Von den 30 Pools der Kartierung von 2004 gefasst. Dabei konnte bei nur 20 Prozent der Fälle konnte 2005 kein einziger mehr wiedergefunden ein Zusammenhang zwischen der Pooltiefe und werden, stattdessen konnten 11 neue Pools aufge- der Poolfläche ermittelt werden, eine Abhängig- nommen werden. Dabei handelt es sich aus- keit der Pooltiefe von der Stephöhe war nur in 19 schließlich um Absturzpools. Die 2004 vermes- Prozent der Fälle nachweisbar. Ein geringer senen Pools haben Flächen bis maximal 11 m², Zusammenhang konnte außerdem zwischen der der größte Pool 2005 ist dagegen nur 3,52 m² Pooltiefe und dem mittleren Durchmesser des groß. Hier spielt vermutlich der Zeitfaktor eine poolbildenden Stammes festgestellt werden Rolle, da dem System noch nicht die Zeit zur (Abbildung 10). Die erklärte Varianz beträgt in Verfügung stand um größere Poolflächen auszu- diesem Fall rund 25 Prozent der Gesamtvarianz, schürfen. Die durchschnittliche maximale Tiefe betrachtet man die Werte von 2004 separat, der Pools betrug 2004 0,45 m und 2005 0,41 m. beträgt sie etwa 32 Prozent. In dieser Untersu- Da bei der letzten Kartierung nur drei Pooltiefen chung konnten somit keine statistisch signifikan- messbar waren, wurden bei der Auswertung die ten Ergebnisse erzielt werden. Werte der letzten beiden Aufnahmen zusammen-

Zusammenhang zwischen der maximalen Pooltiefe und dem mittleren Durchmesser des poolbildenden Totholzstammes

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2

[m] 0,15 y = 0,261x + 0,1477 0,1 R2 = 0,32 0,05

mittlerer Durchmesser des 0

poolbildenden Totholzstammes poolbildenden Totholzstammes 0 0,2 0,4 0,6 0,8

maximale Pooltiefe [m]

Abb. 10: Linearer Zusammenhang zwischen der maximalen Pooltiefe und dem mittleren Durchmesser des poolbildenden Totholzstammes (Datenaufnahme 2004, n = 14).

3.3 Wirkung des Totholzes als Ge- Prozent der Gesamtvarianz. Dazu muss gesagt schiebefänger werden, dass für diese Untersuchung nur vier Werte zur Verfügung standen. Je mächtiger eine

komplexe Totholzakkumulation ist, umso größer 3.3.1 Masse des akkumulierten Materials ist also auch die Masse des zurückgehaltenen Die Masse des akkumulierten Materials wurde an Materials. Eine Analyse der Abhängigkeit des 21 Standorten ermittelt, dabei wurden Werte akkumulierten Materials und dem Holzvolumen zwischen 0,04 t und 25,1 t berechnet, wobei der Einzelbäume brachte keine signifikanten letzterer Wert eine Ausnahme bildet, der Mittel- Ergebnisse. wert liegt bei 3,5 t. Mehr als drei Viertel der Die Höhe der Masse des Materials wurde an- untersuchten Gesteinsablagerungen wurden von schließend separat für jene Ablagerungen be- Einzelbäumen beziehungsweise einem Stamm trachtet, welche eine Step ausgebildet haben und einer einfachen Totholzakkumulation zurück- auf Zusammenhänge mit der Stepbreite unter- gehalten, nur 20 Prozent wurden an komplexen sucht. Der Anteil der erklärten Varianz beträgt in Holzakkumulationen angehäuft (Abbildung 11). diesem Fall rund 39 Prozent der Gesamtvarianz. Bei der Auswertung der Ergebnisse wurden die Nach dem starken Hochwasser im August 2005 Einzelbäume und die einfachen Totholzakkumu- gab es einen hohen Anteil an frischen lationen zusammengefasst, da sie auf eine ähnli- Totholzstämmen im Untersuchungsgebiet, an che Weise auf ihre Umgebung wirken. Dabei denen neben Ästen und Zweigen auch noch grüne konnte bei 13 Prozent der Werte ein Zusammen- Nadeln vorhanden waren. Es konnte festgestellt hang zwischen der Stammlänge und der Masse werden, dass von Bäumen, die ihre Nadeln noch des akkumulierten Materials festgestellt werden, besaßen, mehr Geschiebe zurückgehalten werden eine Beziehung zwischen dem Stammdurchmes- konnte, als von Stämmen ohne Nadeln. So beträgt ser und der Masse des Geschiebes war nicht der Mittelwert der Masse des Materials bei den ableitbar, ebenso wenig wie zwischen dem frischen Totholzstämmen circa 5,8 t, bei den Durchmesser des Totholzstammes und der mittle- älteren Holzablagerungen dagegen nur 1,8 t. Hier ren Höhe des abgelagerten Materials. Ein größe- wäre eine erneute Kartierung empfehlenswert, um rer Zusammenhang konnte dagegen zwischen zu überprüfen, wie sich die Masse des akkumlier- dem Holzvolumen komplexer Totholzakkumula- ten Materials mit dem allmählichen Verlust der tionen und der Masse der Geschiebes festgestellt Nadeln verändert hat. werden, die erklärte Varianz beträgt hier 94

Anzahl und Volumen von Totholzablagerungen (LWD) sowie Masse des von LWD gespeicherten Lockermaterials

Anzahl LWD Volumen LWD (m³) Masse (t) Längsprofil (2003) (∑ 151) (∑ 95) (∑ 71)

15 Höhe über NN (m) 13

10 9 7 7 7 7 7 7 7 4 5 5 5 5 4 4 4 5 4 3 3 3 2 3 0.8 2 2 2 2 1 2 1 1 1 0 1 0001 0 0 0 0 0 0 0 0 1020304050 Anzahl LWD, LWD Volumen (m³), Lockermaterial Masse (t) 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 1030 1050 1070 1090 1110 Gerinneabschnitte der Partnach vom Überlauf Vordere Blaue Gumpe (m)

Abb. 11: Totholzvolumen und Masse des akkumulierten Materials im Längsprofil.

Abb. 12: Kornsummenkurven.

3.3.2 Granulometrische und morphometrische Totholzes vor allem feines Material ansammelt, Analyse des akkumulierten Materials oberhalb dagegen gröberes. Dieses Ergebnis zeigt sich, wenn man die charakteristischen Percentile Bei der granulometrischen Analyse der Partikel- D16, D50 & D84 der Kornsummenkurven miteinan- proben hat sich ergeben, dass sich unterhalb des der vergleicht (Beispiel Abbildung 12). Ihre

Werte sind im Poolbereich stets kleiner als jene ten Partikel sind somit stärker gerundet als jene im Stepbereich. Sowohl im Bereich oberhalb der im Stepbereich. Die Zurundungswerte der Proben Holzablagerung, als auch unterhalb des Stammes unterhalb des LWD steigen allgemein im Verlauf gehört der Großteil der abgelagerten Partikel zur der Kartierungsstrecke an, der niedrigste Wert Kiesfraktion. Oberhalb des LWD handelt es sich wurde mit 166,4 im oberen Drittel der Kartier- dabei eher um grobe Kiese, Partikel der mittleren strecke ermittelt, die höchste durchschnittliche Kiesfraktion sind zwar bei fünf Probestandorten Zurundung gab es mit 212,4 im weiteren Fluss- vorhanden, jedoch nur in geringen Prozentsätzen. verlauf kurz vor Ende des Untersuchungsgebie- Steine konnten dagegen an allen Standorten tes. Dieses sogenannte Downstream fining wurde vermerkt werden. In den Poolbereichen sind schon während früherer morphometrischer Ana- Steine nicht so stark vertreten, sie konnten zwar lysen im Reintal von Morche & Schmidt (2005) an sechs Probepunkten aufgenommen werden, festgestellt. Es ist mit der zunehmenden Trans- bilden aber nur einen geringen Anteil an dem portstrecke zu erklären, welche die Partikel abgelagerten Geschiebe. Auch Feinkiese machen zurückgelegt haben, diese unterlagen dabei einer einen nur kleinen Prozentsatz des Materials aus. größeren Beanspruchung als jene Partikel weiter Hier wurden vor allem Partikel der mittleren und oberhalb im Flussverlauf. Der durchschnittliche groben Kiesfraktion aufgenommen. Die Ablage- Abplattungsindex liegt sowohl im Pool-, als auch rung von feinerem Material im Bereich unterhalb im Stepbereich zwischen 1,7 und 1,9, bei sechs des Totholzes wird durch die einzelnen Mittel- Proben hat er dabei jeweils den gleichen Wert. werte bestätigt, diese sind (in mm angegeben) Ein Entwicklungstrend, wie bei dem Zurundungs- ohne Ausnahme kleiner als in den Bereichen index der Partikel unterhalb des Totholzes, ist bei oberhalb des LWD. Das Ergebnis des Schief- der Abplattung nicht zu beobachten. heitsgrades deckt sich im Allgemeinen mit dem des Vergleichs der Percentile. Die Verteilung der Poolproben ist stärker positiv schief als die des Kugel Stepbereiches, das heißt hier besteht ein höherer Anteil an feinem Material. 1.0

C S=c/a 0.7 Kugel CBCPCE

1.0 0.5 P BE C 0.3 S=c/a 0.7 VP VB VE CBCPCE 0.5 0.0 0.5 1.0 P BE Tafel Ellipsoid Stengel F=(a - b) / (a - c) 0.3

VP VB VE Abb. 14: Kornformdreieck nach Sneed & Folk (1958) einer Probe unterhalb der Totholzablagerung (C – 0.0 0.5 1.0 kugelig, CP – kompakt-tafelförmig, CB – kompakt- Tafel Ellipsoid Stengel F=(a - b) / (a - c) ellipsoid, CE – kompakt-stengelig, P – tafelförmig, B – ellipsoid, E – stengelig, VP – sehr tafel-förmig, VB – sehr ellipsoid, VE – sehr stengelig). Abb. 13: Kornformdreieck nach SNEED & Folk (1958) einer Probe oberhalb der Totholzablagerung (C – Mittels eines Kornformdreiecks nach Sneed & kugelig, CP – kompakt-tafelförmig, CB – kompakt- ellipsoid, CE – kompakt-stengelig, P – tafelförmig, B Folk (1958) wurde die Partikelform der Kiese – ellipsoid, E – stengelig, VP – sehr tafel-förmig, VB – bestimmt (Beispiel Abbildungen 13 und 14). In sehr ellipsoid, VE – sehr stengelig). den Ablagerungen im Bereich oberhalb des Totholzes dominieren ellipsoide und kompakt- Die morphometrische Analyse wurde nur an ellipsoide Partikel, in jeder Probe bildete mindes- den Partikeln der Kiesfraktion durchgeführt. Der tens eine der beiden Kornformen die Mehrheit durchschnittliche Zurundungsindex ist bei acht oder war an einem sekundären Maximum betei- Proben im Poolbereich größer, die hier abgelager- ligt. Ein primäres Maximum wird hier nur einmal

94 von kugeligen und zweimal von stengeligen Bei allen Kartierungen konnten Steps aufgenom- Partikeln gebildet. Im Poolbereich dominieren men werden, deren Breite und Höhe vermessen neben den ellipsoiden und kompakt-ellipsoiden wurden. Der von anderen Autoren beschriebene Partikeln keine weiteren Kornformen. Kompakt- Zusammenhang zwischen dem Stammdurchmes- tafelförmige Partikel stellen bei fünf Proben im ser und der Stephöhe konnte nicht nachgewiesen Stepbereich einen höheren prozentualen Anteil werden. Bei der Auswertung des Absturz-Pools als unterhalb des Totholzes, stengelige an acht konnten eine geringe Abhängigkeit der Pooltiefe Standorten. Laut Gintz (1995) wird stengelförmi- von der Poolfläche, dem mittleren Durchmesser ges Geschiebe vergleichsweise weiter transpor- des poolbildenden Totholzstammes und der tiert als andere Kornformen. Für diese These Stephöhe ermittelt werden. Auch diese Ergebnis- spricht, dass stengelige Partikel ihren höchsten se sind nicht so signifikant wie bei anderen Ver- Anteil oberhalb des LWD bei der Probe kurz vor fassern. Eine mögliche Ursache dafür, das im Verlassen des Kartiergebietes im unteren Fluss- Reintal keine so signifikanten Abhängigkeiten verlauf erreichen, 55 Prozent der Partikel haben ermittelt werden konnten, kann die geringe Zeit hier diese Form. Dennoch gehören sie, wie die sein, die dem System zur Verfügung steht um kompakt-tafelförmigen Körner, zu den Formen, sich einzustellen, bevor erneute Veränderungen welche eher vom Totholzstamm am Weitertrans- auftreten. port gehindert und oberhalb davon abgelagert Die granulometrische und morphometrische werden. Zu den Kornformen, welche mit höhe- Analyse hat ergeben, dass an allen beprobten rem Anteil im Poolbereich der jeweiligen Stand- Standorten im Poolbereich mehr feines, gerunde- orte aufzufinden waren, gehören kugelige, kom- teres Material angehäuft ist als in dem Bereich pakt-ellipsoide und ellipsoide Partikel. Da die oberhalb des LWD. Ein Einfluss des Totholzes beiden letztgenannten in den meisten Fällen auf den Sedimenttransport konnte somit eindeutig gleichzeitig oberhalb der Totholzablagerung das nachgewiesen werden. Das Ergebnis zeigt außer- Maximum bilden, kann man in diesem Fall nicht dem, das die Poolbereiche nicht vollständig von von einem bevorzugten Weitertransport, bzw. der Sedimentzufuhr abgeschlossen sind, da sonst Rückhalt im Stepbereich sprechen. Kugelige auch das Feinmaterial oberhalb des Holzes ak- Partikel treten im Gegensatz zum Stepbereich kumuliert wäre. Sande und Kiese wären in die- regelmäßig im Poolbereich auf, sie werden von sem Fall allmählich aus der Sohle gelöst und dem Totholz nicht so stark in ihrem Transport wegtransportiert worden, so das sich ein Erosi- behindert wie andere Kornformen. onspflaster mit groben Material gebildet hätte (Bunte & Abt 2001). Etwa 30 Prozent der Totholzablagerungen fun- 4. Fazit giert als Geschiebefänger, an 21 Standorten konnte die Masse des akkumulierten Materials Das mittlere Reintal weist eine große Menge an ermittelt werden. Dabei konnte ein geringer grobem Totholz auf. Nachdem sich die Anzahl Zusammenhang zwischen der Länge des der Totholzablagerungen von 2002 auf 2004 fast Totholzstammes und der Masse des zurückgehal- verdoppelt hat, konnte bei der dritten Kartierung tenen Geschiebes festegestellt werden. Bei kom- im Sommer 2005 in etwa die gleiche Menge an plexen Totholzakkumulationen ist die Masse des Holz aufgenommen wurde, dabei handelte es sich Materials abhängig von dem Holzvolumen. Dabei jedoch um neues LWD. Das Totholz der ersten spielt es eine wichtige Rolle, ob es sich um fri- beiden Aufnahmen wurde 2005 während des sches Totholz mit noch vorhandenen Nadeln Augusthochwassers aus dem Untersuchungsge- handelt, da hier der Sedimentrückhalt erhöht ist. biet heraustransportiert. Im Untersuchungsgebiet dominieren neben den Es konnte nachgewiesen werden, dass sich ellipsoiden die kompakt-ellipsoiden Partikel, Totholz bevorzugt auf gekrümmten Gerinnab- deren häufiges Auftreten auch bei Morche & schnitten ablagert, auf gerade verlaufenden Teil- Schmidt (2005) festgestellt wurde. Beide Parti- strecken konnte nicht soviel LWD aufgenommen kelformen bilden im Allgemeinen das Kornfor- werden. Auffallend ist außerdem die häufige menmaximum im Step- als auch im Poolbereich. Vergesellschaftung der Totholzablagerungen mit Stengelige und kompakt-tafelförmige Partikel Blöcken, durch die sie in ihrem Transport behin- werden vorzugsweise von dem Totholz zurück- dert werden. Eine weitere wichtige Rolle bei der gehalten, kugelige Partikel werden dagegen eher Ablagerung von grobem Totholz spielt die Was- weitertransportiert und im Poolbereich abgela- sertiefe. gert.

Der Einfluss von grobem Totholz auf die Geo- Gerhard, M. & Reich, M. (2000): Restoration of morphologie eines Fließgewässersystems konnte streams with large wood: Effects of accumulated and anhand der Ergebnisse eindeutig nachgewiesen built-in wood on channel morphology, habitat diver- werden. sity and aquatic fauna. – International Review of Hydrobiology, 85: 123-137. Gintz, D. (1995): Transportdistanzen und räumliche Verteilung von Grobgeschieben in Abhängigkeit von 5. Danksagung Geschiebeeigenschaften und Gerinnemorphologie – Tracerversuche im Lainbach/ Obb. – Berliner Geo- Das Projekt wurde unterstützt durch die Deutsche graphische Abhandlungen, Beihefte; Berlin. Forschungsgemeinschaft (DFG; Az. SCHM 475/ Haschenburger, J. K. & Rice, S. P. (2004): Changes in 121-3). 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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 97-112, 9 Abb., 3 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Die flächenhafte Ausweisung von Bodenfeuchteregimes – Eine Me- thode im Rahmen des pre-processing für die Modellierung des Landschaftswasserhaushaltes

Peter Chifflard, Michael Köchling, Jens Didszun & Harald Zepp*

Chifflard, P., Köchling, M., Didszun, J. & Zepp, H. (2011): Die flächenhafte Ausweisung von Bodenfeuchteregimes – Eine Methode im Rahmen des pre-processing für die Modellierung des Landschaftswasserhaushaltes. [The spatial classification of soil moisture regimes – A method within the pre-processing for the regional water balance modelling.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 97-112, Halle (Saale).

Kurzfassung: In dem Einzugsgebiet „Obere Brachtpe“ (2,6 km², Sauerland, Deutschland) wurden mit einer konven- tionellen Bohrstock-Kartierung (319 Bodenprofile) die verschiedenen Böden mit ihren spezifischen pedohydrologischen Eigenschaften erfasst und darauf aufbauend das Klassifikationskonzept zur Ableitung von Bodenfeuchteregi- me-Typen nach Zepp (1995) angewendet. Anhand dieser Informationen konnte die vorherrschende Wasserbewe- gungsrichtung und folglich verschiedene Abflussprozessflächen ausgewiesen werden. Um dieses Raumgliederungs- konzept hinsichtlich der Frage, ob es zum pre-processing für die Modellierung des Landschaftswasserhaushalts beitragen kann, zu verfizieren, wurden zwei Niederschlags-Abfluss-Ereignisse tracerhydrologisch untersucht. Die Resultate zeigen, dass sich das Klassifikationskonzept nach Zepp (1995) zur hydrologischen Raumgliederung eines Einzugsgebietes gut eignet, es wird aber auch deutlich, dass neben den Bodeneigenschaften insbesondere die Lage der schnell reagierenden Flächen (Sättigungsflächen) innerhalb des Einzugsgebietes und deren Konnektivität mit dem Vorfluter entscheidend für den Beitrag schneller Abflusskomponenten sind. Besteht eine direkte Verbindung zwischen Sättigungsflächen und Vorfluter, so ist eine schnelle Abflussreaktion und ein hoher Anteil an Ereigniswas- ser zu erwarten.

Abstract: In the catchment “Obere Brachtpe” (2,6 km², Sauerland, Germany) the soils and their specific pedohy- drological characteristics were investigated using a conventional drilling rig (319 drills). Based on the results the classification concept for deducing the soil moisture types by Zepp (1995) was applied so that the dominant flow directions and dominant runoff process areas could be detected. The question if this classification concept could be used as tool for the pre-processing within the runoff modelling was verified by the tracer hydrological investigation of two rainfall runoff-events. The results confirm that the classification concept by Zepp (1995) is an applicable tool for the spatial delineation of a catchment in hydrological response units. On the other hand it became apparent that in addition to the soil properties, the location of saturated areas within the catchment and their connectivity to the channel are especially important for the contribution of accelerated runoff components. If there exists a direct connection between the saturated areas and the channel a fast runoff reaction and a high portion of event water can be estimated.

Schlüsselwörter: Bodenwasser, Bodenfeuchteregime, Abflussbildung, Obere Brachtpe

Keywords: pedohydrology, soil moisture regimes, tracer hydrology, runoff

*Anschriften der Autoren: Dr. Peter Chifflard ([email protected]), WasserKluster Lunz GmbH, Dr. Carl Kupelwieser Promenade 5, A- 3293 Lunz am See; Dipl.-Geogr. Michael Köchling, Horstmarer Str. 13, D-44239 Dortmund; Prof. Dr. Harald Zepp, Ruhr-Universität Bochum, Geographisches Institut, Universitätsstr. 150, D-44780 Bochum.

1. Einführung und Problemstellung rend auf den vorhandenen Bodenkarten (Maßstab 1:250000) und den verfügbaren Daten zu boden- Die flächendifferenzierte Modellierung des physikalischen sowie hydrologischen Eigenschaf- Landschaftswasserhaushaltes ist eine komplexe ten beschrieben und deren räumliche Verbreitung Aufgabe, die auf der Landschaftsskala eine ver- dargestellt. Die Klassifikation orientiert sich in einfachte Behandlung der Bodenwasserdynamik erster Linie an der Unterteilung zwischen vertika- verlangt. Letztere steuert in Abhängigkeit der lem und lateralem Bodenwasserfluss. bodenphysikalischen Eigenschaften eine Vielzahl Das von Naef et al. (2007) in der Schweiz anderer hydrologischer Prozesse wie die Auftei- entwickelte Raumgliederungskonzept basiert auf lung in oberirdischen und unterirdi-schen Abfluss umfangreichen Beregnungsversuchen, die insbe- oder auch generell die Verfügbarkeit von Wasser sondere die hydrologischen Prozesse im Um- für die Vegetation (Gutknecht 1996, Zepp & satzraum Boden betrachten (siehe auch Scherrer Herget 2001, Peschke 2001, Castillo et al. 2003, & Naef 2003, Scherrer et al. 2006, Schmocker- Zehe et al. 2005). Abflussbildung und Wasser- Fackel et al. 2006). Die Autoren definieren in speicherung sind abhängig vom Systemzustand Abhängigkeit zu verschiedenen Geofaktoren 9 (Bodenfeuchte, Wasserstände bei Ereignisbeginn) grundsätzliche Abflusstypen. Ebenfalls auf der und den Bodeneigenschaften (Durchlässigkeit, Grundlage von zahlreichen Versuchen mit künst- Speicherkapazität, Infiltrationskapazität) (Pesch- lichem Niederschlag wurde von Markart et al. ke 2001). Es ist aber messtechnisch nicht mög- (2004) eine Kartieranleitung entwickelt, mit der lich, zeitlich variable, flächendeckende Ein- die Abflussdisposition von typischen alpinen gangsdaten zum Bodenfeuchtezustand in die Vegetations-Bodeneinheiten im alpinen Raum Simulationsmodelle einzuspeisen. Daher gab es bestimmt und regionalisiert werden kann. aufgrund der bedeutenden Rolle des Bodens im Ein übertragbares Konzept zur bodenhydrolo- Wasserkreislauf in der Vergangenheit zahlreiche gisch orientierten Raumgliederung stellt die Versuche, bodenhydrologische Raumgliederun- Identifizierung von Bodenfeuchteregime-Typen gen sinnvoll in die Modellierung einzubinden. nach Zepp (1991, 1995) dar. Er knüpft an die Wenn bekannt ist, welche vertikale und laterale landschaftsökologisch begründeten Bodenfeuch- Abflussbildungsprozesse auf einer Raumeinheit teregime-Typen durch Neef et al. (1961) an. Die unter den entsprechenden Bedingungen dominie- Bodenfeuchteregime-Typen werden in einem ren, so ist eine erhebliche, wissenschaftlich ersten Schritt semiquantitativ in Abhängigkeit der begründete Modellreduktion möglich (Kirnbauer Parameter Bodenart, Landnutzungstyp, klimati- et al. 2009). Generell wird bei der Raumgliede- sche Wasserbilanz und Feuchteregime-Grundtyp rung ein Einzugsgebiet in Einheiten aufgeglie- ermittelt. Letzterer wird anhand einer Entschei- dert, die hinsichtlich ihrer hydrologischen Eigen- dungsleiter bestimmt, die die Böden nach Hang- schaft homogen sind, sogenannte „Hydrological nässe, Überflutung, Grundwasser, Stauwasser und Response Units“ (Becker & Pfützner 1987, Flügel Bodenartenschichtung typisiert und insgesamt zu 1996, Uhlenbrook 1999, Tilch et al. 2006). 24 unterschiedlichen Feuchteregime-Grundtypen Einen wesentlichen Bestandteil bildet der Bo- führt (Zepp 1995). Liegen für typische Kombina- den bei dem Raumgliederungskonzept von tionen aus Boden und Vegetation/Landnutzung Peschke et al. (1998), dem Wissensbasierten Messreihen der Wasserspannung in verschiede- System FLAB (Flächen gleicher Abflussbil- nen Tiefen vor, können die Bodenfeuchteregime- dung). Beim pre-processing werden die Bodenty- Grundtypen quantifiziert werden, indem die pen bereits nach ihrer hydrologischen Wirkung zeitliche Feuchteverteilung nach einem allgemein differenziert und z.B. in Böden mit Staunässe anwendbaren Klassifikationsansatz generalisiert (Pseudogley, Stagnogley) oder grundwas- wird. Liegen keine Geländemessungen vor, so serbeeinflusste Böden (Gley) unterteilt. können Schätztabellen (Zepp 1999) angewendet Eine ausschließlich auf die Bodeneigenschaf- werden. Auf der Grundlage dieser bodenhydrolo- ten – und nicht auf das Integral der Wasserhaus- gischen Standortcharakterisierung kann aus dem haltsinformation der Bodentypen – bezogene Bodenfeuchteregime-Grundtyp ein Rückschluss räumliche Differenzierung hinsichtlich der do- auf die vorherrschende Richtung des Bodenwas- minanten Abflussprozesse stellt die von Boor- sers genommen und aus den Feuchtevertei- mann et al. (1995) entwickelte HOST- lungsklassen die Intensität des dominanten Ab- Klassifikation dar (Hydrology Of Soil Types). In flussbildungsprozesses abgeleitet werden. An- dieser werden die Böden Großbritanniens basie- wendung fand dieses Konzept in der Arbeit von

Thimm & Zepp (2005), die es für eine Opti- gie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik und mierung der Landnutzung an standörtliche Gege- dem Ruhrverband Essen zwischen 1999 und 2008 benheiten bei Verhältnissen im subtropischen die zwei hydrologisch-landschaftsökologischen Südosten Chinas eingesetzt haben. Auf Mitteleu- Untersuchungsgebiete „Obere Brachtpe“ (2,6 ropa bezogen liegt eine großmaßstäbige Studie km²) und „Bohläse“ (0,7 km²) im südlichen von Burak (1988, zitiert in Zepp 1999:325) und Sauerland (Nordrhein-Westfalen, Deutschland) die Übertragung des Prinzips in den kleinen betrieben. Die im Folgenden vorgestellten Unter- Maßstab als Bestandteil der prozessorientierten suchungen fanden im Gebiet „Obere Brachtpe“ landschaftsökologischen Raumgliederung statt, das sich über einen Höhenbereich von 379 Deutschlands (Burak 2005) vor. m bis 515 m ü. NN erstreckt (Abb. 1). Die Jah- Das Ziel dieser Arbeit ist es, im Untersu- resmitteltemperatur beträgt 9,1° C, der Jahresnie- chungsgebiet „Obere Brachtpe“ die verschiede- derschlag liegt im Mittel bei 1227,8 mm (Deut- nen Böden mit ihren spezifischen pedohydrologi- scher Wetterdienst 2004). Der mittlere Abfluss schen Eigenschaften zu erfassen und darauf auf- beträgt am Gebietsauslass, Pegel Husten, 942 mm bauend das Klassifikationskonzept zur Ableitung (Zeitraum 2000 bis 2005) (Ruhr-Verband Essen von Bodenfeuchteregime-Typen nach Zepp 2005). Den geologischen Untergrund bilden (1995) anzuwenden. Es soll der Frage nachge- überwiegend Ton- und Siltschiefer des Unter- gangen werden, welchen Beitrag dieses Raum- und Mitteldevons, stellenweise treten feinkör- gliederungskonzept zu einem pre-processing für nige Sandsteineinlagerungen hinzu (Grabert & die Modellierung des Landschaftswasserhaushalts Hilden 1972). Die Morphologie des Unter- leisten kann. suchungsgebietes „Obere Brachtpe“ wird im südlichen Teileinzugsgebiet Silberkuhle durch einen mittelgeneigten (5-10°), ca. 1300 m langen 2. Lage und naturräumliche Cha- Hang, geprägt. Im Gegensatz dazu stehen die rakteristika des hydrologisch- nördlich anschließenden Teileinzugsgebiete Tillkausen, Hähnen und Wälder, die Hang- landschaftsökologischen Untersu- neigungen bis zu 30° aufweisen. Mit einem chungsgebietes „Obere Brachtpe“ Flächenanteil von 51 % überwiegt im Einzugsge- biet die Grünlandnutzung, während 30 % von Vom Lehrstuhl für Angewandte Physische Geo- Nadelwäldern eingenommen wird. graphie der Ruhr-Universität Bochum wurden in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Hydrolo-

Abb. 1: Einzugsgebiet „Obere Brachtpe“ mit den Teileinzugsgebieten und Messeinrichtungen (Chifflard 2006).

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3. Material und Methoden 3.2. Pedohydrologische Feld- und 3.1. Kontinuierliche hydrometrische Labormethoden Messungen Die Geländeaufnahme des Bodens erfolgte flä- Im Untersuchungsgebiet „Obere Brachtpe“ stan- chenhaft durch eine konventionelle Bohrstock- den für das zeitlich hoch aufgelöste Monitoring Kartierung (Pürkhauer) im Maßstab 1:5000 nach der Wasserspannung sechs bodenhydrologische dem Catena-Prinzip (Schlichting, Blume & Stahr Mess-Stationen zur Verfügung (Abb. 1). Die 1995). Die Anzahl der Bohrpunkte beträgt 319 Standorte der bodenhydrologischen Mess- Bohrungen. An jedem Bohrpunkt wurden jeweils Stationen sind nach spezifischen Boden-Relief- Standortdaten und Profildaten erhoben (Tab. 1). Landnutzungs-Komplexen ausgewählt worden Die allgemeinen Standortdaten dienen der Auf- und am Messhang „Husten“ (Stationen Nr. 1-4; nahme der Geländesituation am Bohrstandort und Abb. 1) nach dem Catena-Prinzip angeordnet. umfassen hauptsächlich Reliefparameter sowie Der Messhang ist ein etwa 300 m langer konver- Nutzungs- und Vegetationsarten. Profildaten sind genter Hang, mit Neigungen von 0° bis 15° und horizontbezogene Daten der Standorteinheit mit einem ca. 60 m breiten, vorgelagerten, flachen den Eigenschaften der jeweiligen Bodenschicht Talgrund. Je nach Bodenaufbau sind die Statio- und werden am Bohrgut nach den Vorgaben der nen mit Druckaufnehmertensiometern in 4 bis 6 AG Boden (1994) erhoben. Sie umfassen ausge- Messtiefen (20 bis 200 cm) ausgestattet. Die wählte bodenphysikalische Merkmale, mit denen Wasserspannung wurde über Loggerbetrieb die hydrologischen Eigenschaften der Böden automatisch im 10 min-Intervall aufgezeichnet. beschrieben werden können und die für eine Mit gleichem Intervall stehen der Freilandnieder- Regionalisierung der Bodenfeuchteregime-Typen schlag, gemessen an der Mess-Station Rinne mit nach Zepp (1995) die Datengrundlage bilden. einer Kippwaage in 1 m Höhe, zur Verfügung. Über verschiedene Transferfunktionen (AG Der Vorfluterabfluss wird am Pegel Husten im Boden 1994, Zepp 1991) ließen sich aus den 15 min-Intervall mit einer pneumatischen Pegel- Profildaten Kennwerte der Wasserbindung oder station erfasst. Feuchteverteilungsklassen (Zepp 1991) ableiten.

Profildaten/horizontbezogene Daten abgeleitete Bodenparameter - Horizontgrenzen - Bodentyp - Bodenart - Bodenform - Humusgehalt - Bodenartenschichtung - Skelettgehalt - nFKWe - Lagerungsdichte - FK - hydromorphe Merkmale - LK - Bodenfeuchte - Totwasser - (Durchwurzelung) - Wasserdurchlässigkeit (kf) - Farbe - Bodenfeuchteregime-Grundtyp - Carbonatgehalt - Bodenfeuchteregime - Gründigkeit - Staunässetiefe - oberflächennaher Untergrund/Ausgangsgestein - Staunässegrad - Grundwasserstand

Tab. 1: Ermittelte und abgeleitete Profildaten.

Zur Absicherung der Bodenansprachen am (Schürfgruben) wurden an gestörten Bodenpro- Bohrgut konnte auf Daten von 6 Leitprofilgru- ben im Labor der Skelettgehalt, die Bodenart ben zurückgegriffen werden, durch die es mög- (DIN 19683, Blatt 2), der pH-Wert und der lich war, die wichtigsten Bodenformen repräsen- Kohlenstoff-Gesamtgehalt (Schlichting, Blume tativ zu erfassen. Bei diesen Leitprofilen & Stahr 1995) bestimmt.

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3.3. Bestimmung der Bodenfeuchte- über die Angabe klassifizierter Häufigkeitsver- regime-Typen teilungen (Feuchteverteilungsklassen; Abb. 2) unter Bildung der Minima, Maxima, Median und Das Bodenfeuchteregime wird durch den Boden- Quartilswerte der Bodenwasserspannung ge- feuchteregime-Grundtyp (Tab. 2) und das Quan- trennt in 30 cm und 90 cm Tiefe für die Vegeta- titative Bodenfeuchteregime charakterisiert tionsperiode (April bis Oktober). Die Feuchte- (Tab. 3) (Zepp 1995). Die Grundtypen sind verteilungsklassen können mit Hilfe der Klas- qualitative Beurteilungen des vorherrschenden senkennzeichnung in Tabelle 3 verbal beschrie- Charakters der Bodenwasserdynamik. Sie drü- ben werden. Sie stehen nicht für Feuchtezustän- cken aus, ob Stau- oder Grundwasser den Was- de zu bestimmten Zeitpunkten, sondern integrie- serhaushalt beeinflusst und welche Richtung die ren die Bodenfeuchte während einer Vegetati- Wasserflüsse im und auf dem Boden nehmen. onsperiode. Eine Quantifizierung des Feuchteregimes erfolgt

Grundtypen Abkürzungen Perkolations-Typ PE Stauwasser-Typ ST Grundwasser-Typ GR Kombinierter Grund- und Stauwassertyp GS Hangwasser-Typ HA Kombinierter Grundwasser- und Überflutungstyp GÜ Abfluss-Typ AB

Tab. 2: Bodenfeuchteregime-Grundtypen (nach ZEPP 1995).

Kategorie Klassen-Kennzeichnung Kurzzeichen permanent nass oder wassergesättigt, N extremer Luftmangel überwiegend nass oder sehr feucht, nass NsF1 meist eingeschränkte Sauerstoffversorgung überwiegend nass oder sehr feucht, NsF2 kurzfristig trocken überwiegend feucht, F zeitweise nass oder sehr feucht feucht überwiegend feucht, zeitweise nass oder sehr feucht, kurzfristig frisch und mäßig frisch; zeitlich wechselnde Fw Wasserbindung überwiegend feucht bis mäßig feucht, mäßig feucht FmF selten sehr frisch, selten frisch; stark wechselnde Wasserbindung überwiegend frisch, FRw zeitweise sehr feucht oder nass, wechselnde Wasserbindung überwiegend mäßig frisch, zeitweise feucht bis sehr feucht, frisch mFRw kurzfristig trocken, sehr unausgeglichene Feuchteverteilung überwiegend mäßig frisch, mFR zeitweise sehr feucht bis frisch, ausgeglichene Feuchteverhältnisse überwiegend mäßig frisch und trocken, zeitweise frisch bis feucht; zeitlich wechselnde Wasserspannung, mFRTw mäßig frisch/ Trockengefährdet trocken überwiegend mäßig frisch und trocken, mFRT kurzfristig mäßig feucht; trockengefährdet

Tab. 3: Verbale Kennzeichnung der Bodenfeuchteregime (nach Zepp 1999).

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Abb. 2: Entscheidungsleiter zur Ermittlung der Feuchteverteilungsklassen auf Grundlage von Wasserspannungen (Zepp 1995) (Erläuterungen der Abkürzungen siehe Tabelle 3).

4. Ergebnisse weisen die Semiterrestrischen Böden mit 4 % und 4.1 Bodenverbreitung und Pedohydro- die Moore mit 1 % auf. Die pedohydrologischen Eigenschaften der Lo- logie ckersyroseme und Ranker sind sehr ähnlich. Insgesamt können 13 verschiedene Bodentypen Beide weisen eine sehr geringe Wasserkapazität für das Untersuchungsgebiet ausgewiesen werden auf, wodurch das infiltrierte Niederschlags- (Abb. 3). Innerhalb der terrestrischen Böden wasser sehr rasch in den tieferen Untergrund nimmt die Klasse der Braunerden 69 % der versickern kann. Die nutzbare Feldkapazität im Flächen ein, während die Stauwasserböden mit 19 effektiven Wurzelraum (nFKWe) ist mit 28 mm % Anteil die am zweithäufigsten ver-breiteten (Lockersyrosem) und 63 mm (Ranker) im Ver- Böden darstellen. Sehr geringe Flächenanteile gleich zu den anderen Böden im Einzugsgebiet

103 gering. Während die Lockersyroseme aus- Flächenateil von etwa 8 % ein. Im Gegensatz zu schließlich auf anthropogenen Aufschüttungen im den Braunerden aus periglazialen Deckschichten sind sie meist flachgründiger und besitzen eine nFKWe von 137 mm. Das Sickerwasser kann ungehindert in den Untergrund versickern. Stauwasserböden (Stagnogleye und Pseu- dogleye) treten vor allem im südlichen Untersu- chungsgebiet, in Hangmulden und an Unterhän- gen auf. Die Einteilung in Stauzone und Stau- körper entspricht weitgehend dem Schichtaufbau der periglazialen Deckschichten, wobei die Hauptlage den Stauwasserleiter bildet und die stärker verdichtete Basislage als Staukörper fungiert. Durch die meist geringe Tiefenlage der Staukörper (im Durchschnitt ab 40 cm Tiefe), die den effektiven Wurzelraum begrenzen, ist bei den Pseudogleyen die durchschnittliche nFKWe mit 99 mm gering. An Unterhängen und in Hangmulden finden sich vor allem Kolluvisole. Deren nFKWe-Werte sind mit durchschnittlich 220 mm als hoch einzustufen, was auf ihre Tiefgründigkeit und die meist lockere Lagerung zurückzuführen ist. Für Si- Abb. 3: Böden im Einzugsgebiet „Obere Brachtpe“ ckerwasser stellen die M-Horizonte mit ihren (Köchling 2003). guten Infiltrationseigenschaften (kf-Wert: 30 – 38 Umfeld stillgelegter Erzstollen im südlichen cm/d) kein Hindernis dar. Einzugsgebiet zu finden sind, treten die Ranker In der Aue des Brachtpetals sind Gleye weit vereinzelt an Hangschultern und -rücken auf verbreitet. Da die Gründigkeit und der effektive (Abb. 3). Wurzelraum durch die reduktiven Gr-Horizonte Bei den Braunerden kann aufgrund des unter- nach unten begrenzt werden, schwankt die schiedlichen Ausgangssubstrates zwischen der nFKWe in einem sehr weiten Bereich von 42 – Braunerde aus devonischen Tonschiefern, der 223 mm. Die Anmoorgleye sind im Untersu- Braunerde aus Sandsteinen und der Braunerde chungsgebiet sehr flachgründig und haben mit aus periglazialen Deckschichten differenziert durchschnittlich 54 mm eine geringe nFKWe. Am werden. Letztere ist sehr weit verbreitet und Nordhang der Silberkuhle sind in Quellmulden nimmt etwa 60 % der Fläche des Einzugsgebietes und Hangsenken kleinflächig Niedermoore und ein. Periglaziale Deckschichten lassen sich gene- Niedermoorgleye verbreitet. Die nFKWe liegt bei rell – beginnend im Hangenden – in die Ober-, 175 mm bzw. 122 mm. In dem breiten Talgrund Haupt-, Mittel- und Basislage gliedern (AG der Brachtpe im östlichen Untersuchungsgebiet Boden 1994, Völkel et al. 2002, Scholten 2003). finden sich Gley-Vegen aus tonig-schluffigen Während die locker gelagerte Hauptlage problem- Auensedimenten mit einer nFKWe zwischen 123 los stärkere Niederschläge aufnehmen kann, folgt mm und 247 mm. mit der Basislage eine Schicht, die sich durch eine geringere Wasserleitfähigkeit sowie in 4.2 Ableitung von Bodenfeuchteregi- Richtung des Hanggefälles eingeregeltes Skelett me-Typen charakterisiert und somit das vertikal gerichtete Ein wesentlicher Schritt für eine bodenhydrologi- Sickerwasser bei ausreichender Hangneigung sche Raumgliederung besteht darin, aus den ganz oder teilweise lateral ablenken kann (Sem- dargestellten Bodeninformationen Aussagen zum mel 1994, Körner 1996, Kleber & Schellenberger allgemeinen Standortwasserhaushalt und dem 1999, Sauer et al. 2001, Chifflard et al. 2008). Bodenwasser zu erlangen. Das Bodenfeuchtere- Braunerden aus periglazialen Deckschichten gime wird von der Verteilung und Menge der weisen im Untersuchungsgebiet eine nFKWe von Niederschläge, der Durchlässigkeit und dem 64 mm bis 249 mm auf. Die Braunerden aus Speichervermögen des Bodens sowie vom Hang- devonischen Tonschiefern und aus Sandsteinen und Grundwasser gesteuert (Zepp 1991). Die nehmen innerhalb des Einzugsgebietes nur einen

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Bodenfeuchteregime-Typisierung setzt sich dabei einem temporär lateralen, ökologisch bedeutsa- aus dem Bodenfeuchteregime-Grundtyp und dem men Wasserzug im Wurzelraum. Aufgrund des Quantitativen Feuchteregime zusammen. Reliefs des Untersuchungsgebietes (großer Anteil an Hangneigungen über 2°) ist der Stauwasser- Bodenfeuchteregime-Grundtyp Typ nur als Einzelstandort verbreitet, wogegen der Hangwasser-Typ in großen Bereichen im Im Untersuchungsgebiet lassen sich sechs Boden- südlichen Untersuchungsgebiet auftritt und Pseu- feuchteregime-Grundtypen ausweisen, dessen dogleye sowie Stagnogleye aus periglazialen Beziehungen zu den Bodentypen im Folgenden Deckschichten umfasst. Fließt auftretendes Nie- genauer erläutert werden (Abb. 4). derschlagswasser ohne größere Verzögerung oberflächenhaft ab oder versickert ohne Zeitver- zug in größere Tiefen, handelt es sich um den Abfluss-Typ, dessen Hydrodynamik an versiegel-

0 250 500 m te Flächen im Siedlungsbereich oder feinmaterial- freies Substrat (Aufschüttungen) wie Lockersyro- seme gebunden ist.

Quantitative Feuchteregime

Mit dem Quantitativen Feuchteregime wird die wechselnde Bodenfeuchte während der Vege- tationsperiode (April bis Oktober) näher charakterisiert und über Daten aus Saugspannungs- messungen an den Stationen am Messhang „Hus- ten“ (Abb. 1) mittels einer Entscheidungsleiter (Abb. 2) vorgenommen. Die Messstationen umfassen Perkolations-Typen in unterschiedlicher Hangposition (Stationen Oberhang, und Rinne), den Hangwasser-Typ (Station Hangfuss) und den Grundwasser-Typ bzw. Überflutungs- Typ mit einem Grundwasserflurabstand von 0-4 Abb. 4: Bodenfeuchteregime-Grundtyp im Einzugsge- biet „Obere Brachtpe“. dm (Station Aue). Aufgrund der Einbautiefe der Tensiometer in 20 cm und 80 cm Tiefe, wurden Ist der Wurzelraum weder durch Grundwasser diese Tiefenbereiche zur Ableitung des Quantita- noch durch zeitweiliges Stauwasser beeinflusst, tiven Feuchteregimes verwendet und nicht wie liegt der Perkolations-Typ vor, dessen Standorte methodisch erforderlich in 30 cm und 90 cm (vgl. durch eine ungehinderte Versickerung des Was- Kap. 3.3). Das Klassifizierungssystem sollte – sers in den Tiefenbereich gekennzeichnet sind aufgrund der Reglerfunktion des Reliefs – nicht (Zepp 1999). Dieser Typ ist großflächig im ohne Anpassungen für einen Mittelgebirgsraum Untersuchungsgebiet verbreitet und umfasst die angewendet werden. Deshalb wurden die Werte Bodentypen Rohböden (Ranker), Kolluvisole und der Schätztabellen je nach Nutzungsart und die Braunerden. Wird das Wachstum der Pflanzen Reliefsituation modifiziert. Unterhangbereiche und der Stoffhaushalt an einem Standort nachhal- wurden z. B. feuchter als ebene Standorte einge- tig durch Grundwasser geprägt, ist der Boden- stuft, Wälder trockener als Grünlandstandorte. feuchteregime-Grundtyp der Grundwasser-Typ, Die Verteilung der quantitativen Feuchteregi- der die Bodentypen Gley und Gley-Vega umfasst. me im Untersuchungsgebiet wird in Abbildung 5 Kommt es wie bei den Nass-, Anmoorgleyen im dargestellt, wobei die Bodenfeuchteregime im Nahbereich des Gewässers zu Überflutungen, Ober- und Unterboden zur besseren Darstellung wird vom kombinierten Grund- und Überflu- in Kategorien zusammengefasst wurden. tungstyp gesprochen. Der Hangwasser- bzw. Alle Feuchteregime zeigen einen Tiefenver- Stauwasser-Typ ist dadurch gekennzeichnet, dass lauf, bei dem die Feuchte mit der Tiefe zunimmt. der Wurzelraum der Standorte zeitweiliger Stau- Während die Oberböden bei häufig wechselnden vernässung (Hangvernässung) mit Sauerstoff- Wasserspannungen überwiegend feucht und mangel unterliegt. Beim Hangwasser-Typ kommt frisch sind, besitzen die Unterböden ausgegliche- es infolge der Hanglage (Hangneigung > 2°) zu nere Feuchteregimes und umfassen die drei

105

Kategorien: nass, feucht sowie mäßig feucht. keit vom Relief werden Perkolationstypen in Nasse Oberböden finden sich im Bereich der Hangfußlagen und Hangrinnen sowohl bei Wald- Tiefenlinien mit hoch anstehendem Grundwasser, als auch bei Grünlandnutzung feuchter als an Standorten mit Stagnogleyen oder in vermoor- flachgründigere Oberhanglagen eingestuft (feuchten Rinnen. Als weitere Ursachen für die feuchten ter bis mäßig feuchter bzw. wechselfeuchter Regime sind, neben der hohen positiven klimati- Oberboden und ein feuchter bis nasser (Grünland) schen Wasserbilanz und den Reliefpositionen, die Unterboden). tonig-schluffigen Bodenarten zu nennen, die arm Bei den flachgründigen Rankern mit ihrem an weiten Grobporen im Wurzelraum sind. Inner- sehr geringen Wasserspeichervermögen, den ver- halb der grundwasserbeeinflussten Standorte siegelten Siedlungsflächen, bei denen nur geringe bestimmen die Grundwasserflurabstände ent- Wasseranteile in Rissen und Fugen versickern scheidend das Feuchteregime. So herrschen bei können, und den Lockersyrosemen (beide Ab- geringen Flurabständen (0-4 dm) nasse bis sehr fluss-Typ) treten trockene Regime auf. feuchte (NsF) Regime im Oberboden vor, der Die Feuchteregime der stauwasserbeeinfluss- Unterboden ist wassergesättigt. Dagegen haben ten Böden (Hangwasser- bzw. Stauwasser-Typ) Grundwasserflurabstände zwischen 8-13 dm mit Pseudogleye und Stagnogleye haben einen wechselfeuchte Ober- und nass bis sehr feuchte deutlich ausgeprägten Wechsel zwischen Nass- Unterböden (Fw/NsF1). Bei noch tieferen und Trockenphasen sowie einen starken Feuch- Grundwasserflurabständen (13-20 dm) herrscht teunterschied zwischen Ober- und Unterboden ein homogenes feuchtes Regime (F/F) vor. (Zepp 1995). Da für diesen Bodenfeuchteregime- Grundtyp für Grünland- und Wald-Nutzungen keine Schätztabellen vorliegen, werden anhand von Plausibilitätsüberlegungen die Ergebnisse der 0 250 500 m Schätztabelle für Acker-Nutzung modifiziert. Als Ausgangswert werden Stauwasserböden ohne bindigen Sd-Horizont und mit einem Stauwasser- leiter von > 70 cm mit einem mäßig frischen Oberboden und einem feucht bis mäßig feuchten Unterboden (mFR/FmF) eingestuft. Die spezifischen Anpassungen gehen davon aus, dass je geringmächtiger der Stauwasserleiter ist, desto größer ist der Wechsel zwischen Austrocknung und Vernässung, da mit abnehmender Mächtig- keit das hydrologische Puffervermögen der Standorte eingeschränkt wird (Zepp 1995, Schef- fer & Schachtschabel 2002). Daher wird bei einem Stauwasserleiter bzw. effektiven Wurzel- raum von 35 cm bis 70 cm im Oberboden ein wechselndes, mäßig frisches Feuchteregime (mFRw) angenommen. Bei flachgründigen Böden herrschen dagegen überwiegend mäßig frische Abb. 5: Bodenfeuchteregime im Einzugsgebiet „Obere und trockene Regime (mFRTw) im Oberboden Brachtpe“. vor. Bindige Sd-Horizonte im Liegenden dagegen führen zu feuchteren Regimen, so dass der Ober- Die ausgeglichenen Regime bei einem Großteil boden wechselfeucht und der Unterboden feucht der Perkolations-Typen (feucht/feucht) können (Fw/F) ausgeprägt ist (Zepp 1995). Der Einfluss mit einer relativ ungestörten Porenkontinuität im des Reliefs auf den Wasserhaushalt und die effektiven Wurzelraum erklärt werden (Zepp Bodenfeuchte wird ebenfalls durch Korrekturen 1995). Unterschiede bestehen zwischen Grün- berücksichtigt. Bei ebenen Lagen wird der Was- land-Standorten (z.B. Station Oberhang) und serabzug durch die schlechte Leitfähigkeit der Wald-Standorten, da letztere aufgrund höherer Böden gehemmt (Scheffer & Schachtschabel Transpiration trockener als Grünlandstandorte 2002, Blume 1968), so dass die Oberböden als eingestuft werden und aus einem wechselfrischen wechselfeucht (Fw) sowie wechselnd, mäßig Oberboden und einem feucht bis mäßig feuchtem frisch (mFRw) charakterisiert werden. In flachen Unterboden (FRw/FmF) bestehen. In Abhängig- Mulden und Rinnen werden die Feuchteregime

106 im Oberboden als wechsel-frisch oder wechsel- Silberkuhle typisch ist. Als Wasserbewegungs- feucht bzw. wechselnd, mäßig frisch über feuch- richtungen sind tem bzw. feucht bis mäßig feuchtem Unterboden (FRw/F, FRw, Fw/F und mFRw/FmF) eingestuft. Ebenfalls feuchter (Fw/F) eingestuft werden Standorte am Hangfuß oder an Unterhängen, bei 0 250 500 m denen es zu Zuzugswasser kommt, welches lateral über den Staukörper fließt (Blume 1968). Stagnogleye sind ganzjährig oberflächennah vernässte Böden mit nur kurzen Trockenphasen und einem nassen Feuchteregime (NsF) (vgl. Schweikle 1971).

4.3 Bestimmung von Arealen dominanter Abflussbildungsprozessen Anhand der Klassifikation der Bodenfeuchtere- gime-Typen kann der Versuch unternommen werden, flächendetaillierte Aussagen über domi- nante Abflussbildungsprozesse zu gewinnen. Die Art der Wasserflüsse (Grund-, Stau-, Hang-, Sickerwasser bzw. oberflächlich abfließendes

Wasser) am Standort kann durch den Boden- Abb. 6: Flächen dominanter Abflussbildungsprozesse feuchteregime-Grundtyp direkt abgeleitet werden. im Einzugsgebiet „Obere Brachtpe“. Anhand dieser Informationen können durch Deduktion die vorherrschende Wasserbewe- der kapillare Aufstieg von Grundwasser in den gungsrichtung (lateral, vertikal), Reliefsituation Wurzelraum und laterale Wasserflüsse innerhalb (Tiefenbereich, Hangneigung) und Bodenaufbau des Bodenprofils (v. a. Gr-Horizont, aber auch (Bodenartenschichtung bzw. Staukörper) gefol- teilweise im Go-Horizont) zu nennen. Da das gert werden (Burak 2005). Kombiniert man den Quantitative Bodenfeuchteregime durch den Bodenfeuchteregime-Grundtyp mit dem Quantita- hochstehenden Grundwasserspiegel als nass tiven Bodenfeuchteregime, so lassen sich auch eingestuft wurde, sind solche Flächen Areale für Abschätzungen über mögliche Sättigungsflächen- Sättigungsflächenabfluss. Ebenso muss in den abflüsse treffen, da die charakterisierte Boden- sich anschließenden feuchten Auenbereichen mit feuchte als Zustandsgröße für den Speicher potenziellem Sättigungsflächenabfluss bzw. mit Boden (hydrologischer Puffer) benutzt werden return flow gerechnet werden. kann. Für den Perkolations-Typ lässt sich feststellen, Für den Hangwasser-Typ muss eine Hangnei- dass vertikale Wasserbewegungen überwiegen, gung von > 2° mit einem dichten, wasserun- die zu einer nahezu ungehinderten Wasserversi- durchlässigen Staukörper im Unterboden vorlie- ckerung in den tieferen Untergrund führen. Tie- gen, der zu lateralen Wasserflüssen führt. Daraus fenversickerung kann als vorherrschender Ab- kann interpretiert werden, dass sich an der Grenze flussbildungsprozess identifiziert werden. In zum Staukörper die Wasserleitfähigkeit (kf-Wert) größeren Bodentiefen sind laterale Ablenkungen stark verschlechtert und vermehrt der Abflussbil- wahrscheinlich, die z. B. bei Braunerden aus dungsprozess Zwischenabfluss entsteht (Abb. 6). periglazialen Deckschichten am Übergang zur Stagnogleye haben als stark stauvernässte Böden Basislage auftreten können, da diese zu einer ein nasses Bodenfeuchteregime im Oberboden, so verlangsamten Versickerung des Bodenwassers dass es an diesen Standorten neben Zwischenab- führen (Koch 2000). Die Basislagen sind an fluss zu potenziellen Sättigungsflächen infolge diesen Standorten jedoch nicht derart dicht gela- von Wassersättigung des Oberbodens kommt. gert, dass sie zu lang anhaltendem Stauwasser Bei dem Grundwasser- und kombinierten und der Ausbildung hydromorpher Merkmale Grundwasser- und Überflutungs-Typ steht das führen. Grundwasser oberflächennah an, was für Talla- Beim Abfluss-Typ dominiert bei einer versie- gen und für die Hangrinnen am Nordhang der gelten Fläche (Nutzung: Siedlung) der Oberflä- chenabfluss, der ca. 75 % der Niederschläge

107 oberflächlich abführt (Wessolek & Facklam Die Frage, ob die ausgewiesenen Abflussprozess- 1997). Bei den Aufschüttungen aus Sandsteinen flächen auch die entsprechenden Abflussreaktio- an der Silberkuhle (Lockersyroseme) kann auf nen und -beiträge während eines Niederschlags- eine vertikale Bodenwasserrichtung, infolge von ereignisses zeigen, kann durch die von Didszun ungehinderter Tiefenversickerung geschlossen (2004) durchgeführten tracerhydrologischen Ex- werden. Im Unterschied zum Perkolations-Typ perimente im Untersuchungsgebiet verifiziert kann beim Abfluss-Typ eine laterale bodeninnere werden. Während eines Starkregenereignisses am Ablenkung des Bodenwassers weitgehend ausge- 19. Juli 2001, das eine Nieder-schlagshöhe von schlossen werden. 20,8 mm und eine maximale Intensität von 11,6 mm/10 min aufweist, wurden die Wasserstände 4.4 Verifizierung der flächendetaillier- der einzelnen Teileinzugsgebiete gemessen (Abb. ten Ausweisung von Abflussbildungs- 7), natürliche Tracer (Silikat) (Abb. 8) sowie das Sauerstoff-18-Isotop (Abb. 9) für eine Gangli- prozessen nienseparation zeitlich hoch aufgelöst beprobt.

0,35 0 Niederschlag Silberkuhle Brachtpe Hähnen 0,30 Wälder Tillkausen 5 0,25

0,20 Wälder 10 0,15

Wasserstand [m] Wasserstand Hähnen

0,10 Silberkuhle Tillkausen [mm/10min] Niederschlag 15 Pegel Husten

0,05

0,00 19.07.2001 12:00 19.07.2001 18:00 20.07.2001 00:00 20.07.2001 06:00 20.07.2001 12:00

Abb. 7: Wasserstandsreaktionen und Niederschläge während des Starkregenereignisses am 19.Juli 2001 (Didszun 2004).

Der Vergleich der Wasserstände der einzelnen am frühesten erreicht, während er in den Gebie- Teileinzugsgebiete zeigt, dass alle Gebiete ten Hähnen, Tillkausen und Silberkuhle etwa 15- innerhalb von 5 bis 10 Minuten reagieren, je- 25 min später eintritt. Die extrem schnelle doch Unterschiede zwischen den Wasserstand- Abflussreaktion im Gebiet Wälder ist darauf peaks zu erkennen sind (Abb. 7). Zwar ist die zurückzuführen, dass die schnell beitragenden Form der Ganglinien (z.B. Größe und Steilheit Flächen zum einen sehr gerinnenah liegen und des Anstieges) aufgrund des nicht definierten zum anderen die Konzentrationszeiten relativ Gerinnequerschnittes schwer zu interpretieren, kurz sind. Der rasche Rückgang des Oberflä- dennoch lassen sich die Zeiten der Wasser- chenabflussanteiles (Abb. 8) bei gleichzeitig standsmaxima sowie der Verlauf der Ganglinien langsamen Rückgang des Wasserstandes (Abb. vergleichen. Im Gebiet Wälder wird der Peak 7) dürfte auf eine verzögerte Nachlieferung

108

60 0

Pegel Husten Hähnen

50 Silberkuhle Wälder Tillkausen Niederschlag 5

30 10

Tillkausen 20 Oberflächenabfluss [%] Oberflächenabfluss Niederschlag [mm/10min] 15 Hähnen 10

Wälder Pegel Husten Silberkuhle 0 19.07. 12:00 19.07. 18:00 20.07. 00:00 20.07. 06:00 20.07. 12:00

Abb. 8: Anteile des Oberflächenabflusses errechnet über Ganglinienseparation mit Silikat während des Starkregen- ereignisses im Juli 2001 (Didszun 2004).

60 0

Pegel Husten Hähnen Silberkuhle Wälder 50 Tilkhausen Niederschlag 5

30 10

Ereigniswasser [%] Ereigniswasser 20 Niederschlag [mm/10min] Niederschlag 15

0 19.07. 12:00 19.07. 18:00 20.07. 00:00 20.07. 06:00 20.07. 12:00

Abb. 9: Anteile des Ereigniswassers errechnet über den Verlauf des Sauerstoff-18-Isotopes während des Starkregen- ereignisses im Juli 2001 (für den Teilraum Tillkausen ist keine plausible Separation möglich) (Didszun 2004). von unterirdischem Wasser aus den Hangein- hindeutet, dass die gerinnenahen Sättigungsflä- zugsgebieten (Prozessfläche: Zwischenabfluss) chen noch längere Zeit Ereigniswasser nachlie- hindeuten. Gleichzeitig geht der Anteil an Ereig- fern (Abb. 9). niswasser nach dem Wasserstandspeak langsamer Im Teilgebiet Hähnen wird die Abflussreakti- zurück als in den anderen Gebieten, was darauf on dagegen einerseits durch die Fischteiche be-

109 einflusst, auch wenn dieser Einfluss schwer zu gischen Schichten bestehen muss (Koch 2000). quantifizieren ist, andererseits liegen die po- Der Einfluss des Reliefs auf die Pedogenese tenziell beitragenden Flächen im Mittel weiter macht sich ebenfalls bemerkbar. In Hangrinnen vom Gebietsauslass entfernt als z.B. im Teil- kommt es vermehrt zur Konzentration von Zwi- gebiet Wälder, so dass die Konzentrationszeit schenabfluss, so dass dort die Braunerden z. T. vergrößert wird. Der rasche Rückgang des Was- pseudovergleyt sind. serstandes deutet auf eine kurze Dauer der schnel- Die Anwendung der Klassifizierungsmethode len Oberflächenabflussanteile hin (Abb. 7 und 8). von Zepp (1995) hat gezeigt, dass es möglich ist, Gleichzeitig geht der Ereigniswasseranteil im aus flächenhaft kartierbaren Bodendaten eine Gebiet Hähnen nach dem Peak rasch zurück, was Regionalisierung der Bodenfeuchteregime-Typen durch Abfluss aus Drainagen begünstigt werden durchzuführen. Durch den Einsatz von Geogra- kann (Abb. 9). phischen Informationssystemen und Digitalen Im Gegensatz dazu stehen die Teilgebiete Sil- Geländemodellen können Reliefeinflüsse auf die berkuhle und Tillkausen, deren Peaks deutlich Bodenfeuchte bei der Klassifizierung des Feuch- flacher sind, was neben dem breiteren Gerinne- teregimes berücksichtigt werden. Schwierigkeiten querschnitt (Abb. 7) auch auf den geringen Anteil ergeben sich bei der Einstufung der Feuchteregi- an Oberflächenabfluss zurückzuführen ist. Be- me von Pseudogleyen. Zum einen fehlen Schätz- deutsam ist aber vielmehr der Wasserstand nach rahmen für Grünland-Standorte, so dass bei dem Peak, der lange Zeit auf einem hohen Niveau diesen Stauwasserböden die Angaben von Acker- verbleibt und auf einen verzögerten Beitrag an Standorten angepasst werden müssen, zum ande- unterirdischem Abfluss hinweist. Dies wird durch ren sind die Pseudogleye Böden mit stark den raschen Rückgang des Ereigniswasseranteils schwankenden Bodenfeuchtezuständen. bestätigt (Abb. 9). Obwohl der Flächenanteil an Darüber hinaus kann die Klassifikation der beitragenden Prozessflächen (Sättigungsabfluss, Bodenfeuchteregime-Typen nach Zepp (1995) als Zwischenabfluss aus Stauwasserböden) im Ge- Grundlageninformation über den Einfluss der gensatz zu den anderen Teilgebieten sehr hoch Bodeneigenschaften auf Abflussbildungspro- ist, bleibt der Anteil an Oberflächenabfluss und zesse verwendet werden und für eine pedologisch Ereigniswasser eher gering. Dies ist auf die basierte hydrologische Raumgliederung wichtige größere Entfernung dieser Flächen zum Vorfluter Vorinformationen liefern. In Verbindung mit den zurückzu-führen und auf den Umstand, dass sie tracerhydrologischen Untersuchungen ist es nur über ein stark verästeltes, z. T. anthropogen möglich, die Abflussreaktionen der auf Basis der überprägtes Gerinnenetz angeschlossen sind. pedohydrologischen Eigenschaften ausgewiese- Zudem sind die durchschnittlichen Hangneigun- nen Prozessflächen zu verifizieren. Dabei wird gen geringer als z. B. im Teilgebiet Wälder, so deutlich, dass neben den Bodeneigenschaften dass indirekt von geringeren Fließgeschwindig- insbesondere die Lage der schnell reagierenden keiten des ober- und unterirdischen Abflusses Flächen (Sättigungsflächen) innerhalb des Ein- ausgegangen werden kann. zugsgebietes und deren Konnektivität mit dem Vorfluter entscheidend für den Beitrag schneller Abflusskomponenten sind. Besteht eine direkte 5. Schlussfolgerungen Verbindung zwischen Sättigungsflächen und Vorfluter, so ist eine schnelle Abflussreaktion Die Erfassung der räumlichen Verbreitung der und ein hoher Anteil an Ereigniswasser zu erwar- Böden im Untersuchungsgebiet „Obere Brachtpe“ ten. zeigt, dass im südlichen Teil (Nordhang der Mit der Ausweisung von Abflussprozessflä- Silberkuhle) ein vielfältiges Bodenmosaik mit chen kann nicht nur qualitativ beurteilt werden, einem hohen Anteil an Stauwasserböden erkenn- wie stark die Flächen eines Einzugsgebiets zum bar ist, während im übrigen Gebiet Braunerden Hochwasser beitragen (Scherrer 2007), sondern große Flächen einnehmen. Auffällig ist, dass die es kann auch die Komplexität der flächendetail- Verbreitung der Stauwasserböden mit dem Vor- lierten Abflussmodelle reduziert werden. Dies handensein einer dichten Fließerde im Unter- haben Kirnbauer et al. (2009) erfolgreich im grund korreliert. Auf 64 % der Flächen, die in der alpinen Löhnersbacheinzugsgebiet umgesetzt, Geologischen Karte als „dichte Fließerde“ aus- indem sie auf der Basis einer prozessorientierten gewiesen werden, stehen Stauwasserböden an. Raumgliederung, in die insbesondere der Unter- Dies lässt den Schluss zu, dass eine Abhängigkeit grund als Gliederungsmerkmal einging, ein einzelner Bodenhorizonte von bestimmten geolo- Abflussmodell entwickelt haben. Dieses differen-

110 ziert im Wesentlichen zwischen schnellen und stein können Aussagen zur dominanten Richtung langsamen Prozessen, wobei erstere physikalisch des infiltrierten Niederschlages gemacht werden und rasterbasiert modelliert wurden, während für und somit spezifischer zwischen Arealen mit die langsamen Prozessen einfache konzeptionelle Tiefenversickerung und Zwischenabfluss diffe- Speicherroutinen genutzt wurden. Ein weiterer renziert werden. Vorteil von Abflussprozesskarten ist zudem, dass anhand dieser die räumliche Verteilung der flächendetailliert simulierten Abflusskomponen- 6. Literatur ten verifiziert werden kann. Eine ähnliche Methode, aus bodenhydrologi- AG Boden (19944): Bodenkundliche Kartieranleitung. schen Daten und Bodenkarten bodenbedingte – 392 S. Abflusscharakteristika abzuleiten, verfolgt Ott Becker, A. & Pfützner, B. (1987): System approach mit dem HYDBOS-Modelltypen (Ott 1999). Das and subroutines for river basin modelling. – Acta Modell basiert darauf, hydrologisch ähnliche Hydrophys., 31 (3/4). Blume, H. P. (1968): Stauwasserböden. – Arbeiten der Boden-Strukturmodelltypen (HYDBOS-Typen) Universität Hohenheim, 42: 242 S. zu definieren, die als Konzeptmodelle die ver- Boorman, D.B., Hollis, J. M. & Lilly, A. (1995): schiedenen Komponenten der Wasserbewegung Hydrology of soil types: a hydrologically-based im Boden und im Untergrund pauschal beschrei- classifi-cation of the soils of United Kingdom. – ben (Ott 1999). Bei dieser Methode handelt es UK Institute of Hydrology, Report No. 126: 137 S. sich um den Versuch, die in Großbritannien Burak, A. (2005): Eine prozessorientierte landschafts- erarbeitete „Hydrology of soil types“ (Host) – ökologische Gliederung Deutschlands. – For- Klassifizierung auf deutsche Verhältnisse zu schungen zur deutschen Landeskunde, 254: 249 S. übertragen (Boorman et al. 1995). Im Vergleich und Karte. dazu birgt die Klassifikation der Bodenfeuchtere- Burak, A. (1988): Landschaftsökologische Kartierung und Bewertung des biotischen Ertragspotentials auf gime-Typen nach Zepp (1995) den Vorteil, dass dem Gutshof „Hungerburg“, Bitburg. – Unveröff. die Bodenfeuchteregime quantitativ belegt wer- Diplomarbeit, Geographisches Institut der Ruhr- den können, da bereits ein Regelwerk zur Ver- Universität Bochum. knüpfung qualitativer Ableitung und statistischer Castillo, V. M., Gómez-Plaza, A. & Martínez-Mena, Auswertungen vorhanden ist. Dies ist insbesonde- M. (2003): The role of antecedent soil water con- re für eine Beschreibung von Zustandsgrößen im tent in the runoff response of semiarid catchments: Hinblick auf die zeitliche Variabilität von Ab- a simulation approach. – Journal of Hydrology, flussbildungsprozessen in Abhängigkeit der 284: 114-130. Bodenvorfeuchte von besonderer Bedeutung. So Chifflard, P. (2006): Der Einfluss des Reliefs, der kann über das quantitative Bodenfeuchteregime Hangsedimente und der Bodenvorfeuchte auf die Abflussbildung im Mittelgebirge. Experimentelle eine Tendenz angegeben werden, ob einzelne Prozess-Studien im Sauerland. – Bochumer Geo- Raumeinheiten als eher feucht oder trocken graphische Arbeiten, 76: 162 S. einzustufen sind. Eine Anpassung des Klassifika- Chifflard, P., Didszun, J. & Zepp, H. (2008): Skalen- tionskonzeptes an Mittelgebirgsregionen hinsicht- übergreifende Prozess-Studien zur Abflussbildung lich der Ableitung von Abflussbildungsprozessen in Gebieten mit periglazialen Deckschichten (Sau- innerhalb des Prozesses Tiefenversickerung ist erland, Deutschland). – Grundwasser, 13 (1): 27- anzustreben, da insbesondere bei den Braunerden 41, doi: 10.1007/s00767-007-0058-1. aus periglazialen Deckschichten der laterale Deutscher Wetterdienst (2004): Langjährige Klimada- Zwischenabfluss von Bedeutung sein kann, auch ten der Stationen Reichshof-Eckenhagen, Bergneu- wenn keine eindeutigen hydromorphen Merkmale stadt-Hüngrighausen und Attendorn-Listertalsper- re; Offenbach im Bodenprofil erkennbar sind. Eine Differenzie- Deutsches Institut für Normung e.V. (1973): DIN rung dieser Areale könnte anhand der Abhängig- 19683 Blatt 2. Physikalische Laboruntersuchun- keit von mittlerer Deckschichtenmächtigkeit und gen: Bestimmung der Korngröße nach Vorbehand- Hangneigung erfolgen, wie es von Tilch et al. lung mit Natriumpyrophosphat. – 1 S. (2002) für die Ausweisung von Hydrotopen in Didszun, J. (2004): Experimentelle Untersuchungen dem von periglazialen Deckschichten geprägten zur Skalenabhängigkeit der Abflussbildung. – Brugga-Einzugsgebiet (Südschwarzwald) einge- Freiburger Schriften zur Hydrologie, 19: 221 S. setzt wird. Je nach Hangneigung und Lage im Flügel, W.-A. (1996): Hydrological Response Units Hang (z. B. Unter- oder Oberhang) variieren die (HRU`s) as modelling entities for hydrological Mächtigkeiten der einzelnen Lagen. In Zusam- river basin simulation and their methodological potential for modelling complex environmental proc- menhang mit Informationen zum Ausgangsge-

111

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 113-128, 3 Abb., 3 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Hochwasser und Murgänge in kleinen alpinen Einzugsgebieten – Bedingungen, Ereignisdatenzusammentrag und menschliche „Ohnmacht“

Guntmar Fleischer*

Fleischer, G. (2011): Hochwasser und Murgänge in kleinen alpinen Einzugsgebieten – Bedingungen, Ereignisdaten- zusammentrag und menschliche „Ohnmacht“. [Floods and debris flows in small alpine catchments – terms, compilation of event-data and human "powerlessness".] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 113-128, Halle (Saale).

Kurzfassung: Die zugrunde liegende Untersuchung befasst sich mit Hochwassern und Muren als geomorphologische Prozesse im Hochgebirge, insbesondere was deren Auftreten und Genese in kleinen alpinen Einzugsgebieten anbelangt, im Allgemeinen sowie der Möglichkeit einer geordneten Zusammenschau von Ereignis- und Prozessda- ten im Ostalpenraum ab Beginn des 20. Jahrhunderts im Besonderen. Darin eingeschlossen ist eine Betrachtung der tatsächlichen ‚Ohnmacht‘ des im Gebirge siedelnden Menschen hinsichtlich seiner eigenen negativ empfundenen Betroffenheit durch derartige Naturgewalten.

Abstract: The study deals with floods and debris flows as geomorphologic processes in high mountain ranges, especially their appearance and genesis in small alpine catchments. Included is a consideration of the possible organized synopsis of event and process data in the area of Eastern Alps since the beginning of the 20th Century. Additionally, the real ‘powerlessness’ risks of settling people in such regions concerning their negatively sensed consternation for such natural disasters, is discussed.

Schlüsselwörter: Hochwasser, Hochwasserklassifizierung, Muren, kleine Einzugsgebiete, human induzierte Gefahr, Datensammlung

Keywords: flood, flood classification, debris flows, small catchments, human induced risk, data compilation

*Anschrift des Autors: Guntmar Fleischer ([email protected]), Schillerstraße 7, D-07987 Mohlsdorf.

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1. Einleitung zugrunde liegende Arbeit vornehmlich mit natür- lichen, in der Hauptsache fluvial gebundenen „Kaum eine andere Naturgewalt vernichtet so Hochwassern meist kleinerer Einzugsgebiete im viele volkswirtschaftliche Werte; kaum gibt es alpinen Gebirgsraum befasst, soll diese abstrakte einen sprechenderen Ausdruck für das Zerstö- Definition noch um eine rein hydrologisch- geomorphologische ergänzt werden: Demnach rungswerk im Gebirge als die Wildwasser“ können Hochwasser als „durch die Speicherei- (Penck, 1912: 34). genschaften des Einzugsgebiets transformierter Niederschlag“ (Patt 2001: 11) angesehen werden, So war es früher – und so ist es heute. Hydrolo- der aufgrund seiner individuellen Erscheinungs- gisch bedingte Prozessabläufe nehmen seit jeher weise eine besondere Betrachtung verdient. Dabei den ersten Platz bei der Gefährdung menschli- soll darauf hingewiesen werden, dass diese letzte chen Hab und Guts durch Naturgewalten ein begriffliche Festsetzung in ihrer Validität weitge- (Dyck & Peschke 1995: 430, Plate et al. 1993: hend auf den Fokus der als Gegenstand geäußer- 10), was insbesondere auf Hochgebirge, jene mit ten Objekte bestimmter Art im Gebirge (s.o.) hoher Reliefenergie und dem bekannten Potential beschränkt ist. Für andere Ereignistypen, z.B. niederschlagsfördernder Wirkung ausgestatteten marine Hochwasser oder solche infolge von Lebensräume, zutrifft. Hier offenbaren derartige Vulkanausbrüchen, darauf soll hier mit Nach- Geschehnisse in der Regel eminent bemerkens- druck hingewiesen sein, ist diese ‚Definition’ wertere Magnituden und Intensitäten als im nicht zutreffend! flacheren Land (Oberndorfer et al. 2007: 2, Fliri Generell sind die betrachteten Hochwasser (in 1975: 38), zumal sich das Wasser infolge reger der Regel kurzzeitige) Ereignisse des hydrologi- Verwitterungstätigkeit und damit verbundener schen Kreislaufs, die dominiert werden von fortlaufender Bereitstellung mobilen Feststoffma- intensivem Oberflächenabfluss (Ostrowski & terials in vielfältiger Weise zusätzlicher Waffen Leichtfuß 1996: 24). Ihnen ist dabei eigen, dass zu bedienen vermag (Matznetter 1958: 67f). sie, im Gegensatz zu anderen elementaren Natur- Dabei ist das prinzipielle Auftreten derartiger ereignissen (teils auch begrifflich gekoppelt als Prozesse dort nichts Außergewöhnliches, ja sogar ‚Elementarereignisse‘ bezeichnet, vgl. z.B. Matz- etwas völlig Normales im verzahnten Regelkreis netter 1958: 67ff, Fink 1986: 24), nicht nur lokal der Natur (Wasserkreislauf, Gebirgsabtrag). Wirksamkeit, sondern durch den mobilen Charak- Unter diesem Aspekt bzw. in dieser Schnittstelle ter flüssigen Wassers über weite Teile der Erd- sind auch Hochwasser, als eine noch genauer zu oberfläche hin Auswirkungen zeigen können definierende Erscheinungsform des Abflusses, (Matznetter 1958: 75). sowie Muren, als Übergangsform zwischen fluvialem Austrag und Massenbewegungen, zu sehen. Ihr episodisches und unberechenbares 2.1 Möglichkeiten des Zustandekom- Auftreten aber verbreitet seit Menschengedenken mens von Hochwasser Furcht und Schrecken vor diesen empfundenen Dem Umstand Tribut zollend, dass die fachlitera- „Exzesse[n] der Natur“ (Gutknecht 1994: 56). Ihr rische Einteilung von Hochwassern hinsichtlich Übriges schaffen in heutiger Zeit die Medien, die ihres genetischen Zustandekommens bisweilen uns immer wieder mit Schreckensmeldungen über abenteuerlich abstrus, mitunter gar widersprüch- derartige Ereignisse konfrontieren und nicht lich ist (vgl. z.B. Patt 2001: 6, Engel 1990: 6, selten dabei ein Gefühl ausgelieferter Ohnmacht Ostrowski & Leichtfuß 1996: 23, Dyck & Pesch- demgegenüber vermitteln. ke 1995: 431, Kron 2006: 124, Rudolf & Simmer 2006: 263), soll hier eine eigene Übersicht mitge- liefert werden, welchen differenzierten Möglich- 2. Hochwasser keiten die betrachteten Hochwasser im alpinen Raum ihr Zustandekommen potentiell verdanken Hochwasser repräsentieren im rein quantitativen können. Sinne einen messbaren Wasserstandsanstieg bzw. Die Übersicht gliedert sich zweckmäßig in einen einen zeitlich begrenzten Wasserstand, der ge- rein genetischen Teil und einen mit konkreten genüber den vorherigen und nachfolgenden Lokalbezügen, die unabhängig voneinander zu (üblichen) Werten messbar erhöht ist (z.B. in konsultieren sind (Tab. 1). Abflussvolumen oder Abflusshöhe). Da sich die

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Möglichkeiten des Zustandekommens von Hochwasser rein genetische Betrachtung lokal-genetische Betrachtung ohne Lokalbezug ● ereignisbezogen (Niederschlag) ● fluvial, jahreszeitlich bedingt und hydrologisch - infolge langanhaltenden Niederschlags unauffällig - infolge kurzen, aber heftigen Starkniederschlags - kombiniert (auch orographischer Stau) ● fluvial, jahreszeitlich bedingt und vom langjährigen Mittel abweichend ● ereignisbezogen (Schwall), z.B. durch - unter Erwartung (Scheitel, Fülle) - Stürze und Rutschungen in größere Gewässer - über Erwartung (Scheitel, Fülle), - abrupte Damm- bzw. Ausbrüche ▪ infolge schneller Schmelze (Temperatur) ▪ infolge zeitlich konzentrierten Niederschlags ● infolge ablativer Prozesse (Strahlung, warmer ▪ infolge starken Niederschlags zusätzlich zur Niederschlag) Schmelze - über Erwartung (Dauer), infolge mächtiger ● infolge Dämmung Schneedecke bzw. längeren Niederschlags als - Dämmwirkung allochthon induziert (z.B. normal keine Schwallwirkung induzierende Rutschung in einen Gewässerlauf) ● fluvial, singuläres Ereignis - autochthone Dämmung (z.B. Eisstau) - niederschlagsbürtig - kombiniert (Verklausung) ▪ infolge langanhaltenden Niederschlags (i.d.R. zyklonal) ● Überlaufereignisse (Becken, Seen) ▪ infolge kurzen, aber heftigen Stark- niederschlags (i.d.R. konvektiv) ● Wasserspiegelanstiege (Grundwasser / größere - infolge ablativer Prozesse (mittelbar nieder- Gewässer) schlagsbürtig) - infolge Dämmung (bspw. durch Bergsturz, Glet- ● anthropogen schervorschub) - Bauwerks- oder Anlagenversagen (z.B. nicht - infolge Dammbruch ereignisbedingter Stauanlagenbruch, Leitungsver- - infolge Eisrückstau sagen) - nutzungsbedingt (z.B. durch Speicherdegradation ● fluvial, singulär, nicht natürlich (anthropogen im Einzugsgebiet) induziert) - Bauwerksversagen ● kombinierte Ereignisse, z.B. Dammbruch infolge - nicht mittelbar, z.B. Flächenspeicherdegradation heftigen Niederschlags oder Verklausung an zu eng bemessenen Bauwerken; geogen induzierter Rohr ● diffus (Unterteilung wie fluvial singulär und anthro- bruch pogen)

● limnisch und singulär (Seespiegeltransgression)

Tab. 1: Möglichkeiten des Zustandekommens von Hochwassern in kleinen alpinen Einzugsgebieten (eigener Ent- wurf).

Besondere Dramatik entfachen Hochwasser- Entsprechend steht bei der Betrachtung der gene- wellen meist dann, wenn sie durch gravitative tischen Ursachen für ein Ereignis diese Form von Prozesse oder Versagen von Bauwerken plötzlich Hochwasser im Fokus. und vollkommen unerwartet (noch unmittelbarer Grundsätzlich sind für die Bildung eines als reißende Fluten aus Niederschlag) eintreten. Hochwasserabflusses bzw. für die Festlegung der Größe eines Abflussscheitels folgende Faktoren 2.2 Entstehung natürlicher, nieder- maßgebend (modifiziert und ergänzt nach Engel schlagsbürtiger fluvialer Hochwasser 1990: 7): 1. die Größenordnung (Menge, Dauer und Die Untersuchung beschäftigt sich, wie schon Intensität) sowie jahreszeitliche und räumliche erwähnt, vornehmlich mit natürlichen, meist Verteilung von Niederschlägen, singulären, fluvialen Hochwasserereignissen im 2. die Mächtigkeit & räumliche Verteilung Gebirgsraum, die in der überwiegenden Zahl der (inkl. Exposition) einer ggf. vorhandenen Fälle infolge von Niederschlag entfesselt werden.

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Schneedecke sowie deren witterungs- und lage- 3. Muren abhängige Schmelzrate, 3. die Größe und Anlage (Topographie, Wie schon Becht & Rieger (1997a: 34) zu Recht Gewässernetzeigenschaften) des Einzugsgebiets, befanden, ermangelt es vor allem in internationa- 4. dessen Zustand hinsichtlich Infiltrations- len Publikationen bis heute einer klaren und kapazität (u.a. abhängig von Niederschlagsvorge- eindeutigen Definition des Begriffs Mure. Eine schichte, Bodenart und -eigenschaften, Frost), Diskussion hierüber soll hier jedoch nicht statt- vorhandener bzw. verfügbarer und nicht verhin- finden. Die für die Alpen typischen Murgänge derter (z.B. etwa eingedeichte Auen) Speicher gibt Rickenmann (2002: 23) als „ein Gemisch aus und deren aktueller Speicherkapazität, den drei Hauptkomponenten Wasser, Feinmateri- 5. der Zustand des Einzugsgebiets und des al und groben Steinen“ an. Muren können damit Gerinnes einschließlich seiner Vorländer und als „eine Mischform zwischen Hochwassern, sonstiger überflutbarer Bereiche bezüglich der Erdrutschen und Felsstürzen“ (Rickenmann 2002: Oberflächenbeschaffenheit / Gerinnebettgeo- 23; vgl. auch Rickenmann 2001a: 161, ders. metrie. 2001b: 4) mit teils enormer Schleppkraft angese- Zur Entstehung eines Hochwassers ist es schließ- hen werden (vgl. Abb. 1). Alle möglichen, mehr lich vonnöten, dass mindestens einer der o.g. fünf oder minder kürzeren oder ausführlichen (z.B. Punkte sich in der Regel in Größenordnung in für korngrößenspezifizierenden, Geschwindigkeiten ein normales Abflussgeschehen suboptimalem einschließenden, lokalitätsbezogenen) und / oder Zustand präsentiert. Zumeist trifft diese Prämisse zusammenfassenden Übergangsformen sind auf die Punkte 1 und 2 zu. Bei suboptimalen daneben jedoch ebenso zu finden (vgl. z.B. Costa Voraussetzungen die Punkte 3-5 betreffend 1984: 268, Bunza 1976: 61, Näf & McArdell (erhöhte Abflussbereitschaft), genügt jedoch nicht 2004: 48, Rickenmann 1995: 4, ders. 2001a: 161, selten schon ein leichtes Abweichen von üblichen Haeberli et al. 1991: 77, Takahashi 1980: 136, Abläufen die Punkte 1 und 2 anbelangend. Kerschner 1999: 78f, Bayerisches Landesamt für Dabei sind die Oberflächenrauheit (5), die Quali- Wasserwirtschaft 2002b: 75). Charakteristisch ist tät der Speicher sowie das Infiltrationsvermögen Muren gegenüber Hochwassern und anderen (4) und in geringem Maße auch die Topographie geschiebeführenden Abflussereignissen dabei, und Gewässernetzform (3) (meist nur lokal) eines dass die Feststofffracht mehr oder weniger Einzugsgebiets direkt oder indirekt vom Men- gleichmäßig über den Abflussquerschnitt verteilt schen beeinflussbar. ist (Kerschner 1999: 78, Haeberli et al. 1991: 80). Die lokale Höhe eines entstehenden Hochwasser- Das Spektrum des Feststoffanteils variiert dabei scheitels wird schlussendlich durch die Abfluss- zwischen 25 % und 86 % (Volumen) bzw. 35 % menge, die Größe des möglichen Durchflussquer- bis 90 % (Gewicht) (Costa 1984: 274), was ihre schnitts, die Anlage des Gewässernetzes und den Bedeutung als Sedimenttransportmittel zwischen Zustand des Gerinnebetts (Rauheit) bestimmt Gebirge und Vorflut im Kontext des globalen (Engel 1990: 8, Bayerisches Landesamt für Kreislaufs unterstreicht (Wichmann & Becht Wasserwirtschaft 2002a: 22). Erstere, die Ab- 2004: 370, Haas et al. 2004: 37 & 42). Der Ma- flussmenge, wird dabei, neben bereits genannten ximalabfluss „tritt in der Regel im Bereich der Faktoren wie Niederschlag (Typ, räumliche und Murfront auf“ (Rickenmann 2001b: 9, ders. 2002: zeitliche Verteilung), Schneedecke (Retentions- 24) und kann nach ebd. & ebd. in den Alpen wirkung, Exposition) oder Gewässernetzmorpho- Werte zwischen 100 und 1.000 m³/s erreichen, logie (relative Lage bei Niederschlagszug, Wel- womit er etwa 10- bis 100mal größer ausfallen lenüberlagerung wegen Einzugsgebietsform, kann als ein vergleichbarer Hochwasserabfluss im Speichervermögen bis Ausuferung) insbesondere selben Wildbachgerinne, wobei extremste Unter- von den Komponenten Boden & Gesteinsunter- schiede vor allem in kleineren Einzugsgebieten grund (Infiltrationskapazität, Aufnahme- und zu erwarten sind. Speichervermögen), Vegetation (Interzeption, Die Höhe einer Murenfront wurde im alpinen Evapotranspiration, Verbesserung der Infiltration) Raum bisher mit bis zu 10 m angegeben (Ri- und Gelände (Muldenrückhalt, Qualitätsfestle- ckenmann 2001b: 9). Eigen ist den in seinen gung anderer Speicher sowie Abflussverzögerung Größenordnungen vom Dezimeterbereich bis hin infolge Rauigkeit) determiniert. zu ‚Megaereignissen‘ reichenden und potentielle Zeitdauern von Sekunden bis viele Stunden umfassenden Murgangphänomenen überdies ihr oft wellenförmiges, schubartiges Abgangsverhal-

117 ten (‚Murschübe‘), das neben variierenden Was- einen hinreichenden Ladungszustand an Locker- seranteilen hervorgerufen werden kann durch material (Aulitzky 1989: 10f, Rieger & Becht hydrodynamische Inhomogenitäten vor allem in 1997: 126, Rieger 1999: 41, Stiny 1910: 13). „Als Gerinnen, durch laterale Materialeinträge, auch wichtigste Substrateigenschaft für die Beurteilung infolge von Uferunterschneidung, und eventuell der lokalen Bruchgefahr wird dabei die Korngrö- dadurch ausgelösten Verklausungen (Kerschner ßenzusammensetzung angesehen“ (Hagg / Becht 1999: 77ff). Als Auslösebedingung für einen 2000: 80), die sich entscheidend auf die Scherfes- Murgang wird neben singulären Ereignissen wie tigkeit und damit auf die Stabilität eines Hanges Ausbruchsflutwellen aller Art oder raschen auswirkt. Insgesamt entstehen Muren am ehesten Schmelzen im Wesentlichen eine kritische Kom- dort, „wo im Hinblick auf die Substratzusammen- bination von Niederschlagsintensität und -summe setzung ein Optimum zwischen Wasserleit- und - genannt (Rickenmann 1995: 5, Haeberli et al. speichervermögen besteht“ (Rieger 1999: 44, vgl. 1991: 81, Becht & Rieger 1997a: 35). Zusätzlich, Abb. 2). so versteht sich, bedingt das System gleichsam

Abb. 1: Materielle Stellung von Murgängen (aus Rickenmann 2001b: 4).

Abb. 2: Spektrum potentiellen Murmaterials nach Korngrößen und deren Verteilungsverhältnissen. Die Bereiche A und B kennzeichnen Grenzbedingungen (aus Hagg & Becht 2000: 90).

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Nach Haeberli et al. (1991: 84) weisen Muren im biet, die Initiierungszone, in der der Murbruch Vergleich zu Wildbachhochwassern eine zwei- stattfindet, die Transitzone (Transportgebiet) und bis zehnmal größere Abflusstiefe auf. Zudem das Akkumulationsgebiet vorgenommen werden, zeigen sie wesentlich höhere Viskositäten und wobei Letzteres mit wachsendem Einzugsgebiet bedingen daher erheblich steilere Gefälle für ihr ebenfalls zunimmt. Auftreten. Eine nützliche Übersicht zur Unter- Die aktuell übliche Klassifizierung verschie- scheidung und gegenseitigen Abgrenzung der dener Murtypen zeigt Tab. 3. Ältere, wesentlich Prozessgeschehnisse Hochwasser und Mure umfangreichere und feingliedrigere Einteilungen liefert Costa (1984: 287ff, vgl. Tab. 2). (z.B. Stiny 1910) konnten sich international nicht Eine geomorphologische Gliederung der Mure durchsetzen, obgleich noch heute vor allem im kann nach Becht / Rieger (1997b: 521) und deutschsprachigen Raum immer noch nicht selten Rieger (1999: 3) in das hydrologische Einzugsge- darauf zurückgegriffen wird.

Muren Hochwasser Feststoffanteil 70-90 % max. 40 % Dichte 1,8-2,6 g/cm³ 1.01-1,3 g/cm³ Deposition als Ganzes, Murbrei bleibt relativ selektiv in Abhängigkeit von Korn- kompakt und teils unabhängig von größe und Fließgeschwindigkeit vorheriger Bewegungsgeschwindig- keit stehen; gleichzeitig bedeutet Abnahme der Geschwindigkeit nicht automatisch Deposition Sortierung schlecht gut Schichtung schlecht gut

Tab. 2: Unterscheidungskriterien zwischen Muren und Hochwassern (erweitert nach Costa 1984: 287ff).

Typ Hangmure Typ Talmure (slope type starting zone) (valley type starting zone) Typ 1: Typ 3: Die Anrisszone liegt in einem steilen, meist schwach Die Anrisszone liegt in einem schuttgefüllten Felscou- konsolidierten, teilweise tiefgründigen Schutthang. Die loir. Die Begrenzung zur Sohle wie auch zu den Seiten Ausbildung des Anbruchs erfolgt häufig durch rück- hin besteht aus Fels. schreitende Erosion. Typ 2: Typ 4: Die Anrisszone liegt im Kontaktbereich einer Felswand Größere Zwischendeponien von Bachschutt werden mit einer steilen Schutthalde. Das Wasser ist meist in plötzlich mobilisiert (theoretischer Gefälle-Grenzwert der Felswand in einer Rinne konzentriert und versickert bei 27 %). größtenteils in der Schutthalde. Der Murgang entsteht im Gerinne in kurzer Distanz vor dem Felsen.

Tab. 3: Aktuelle Klassifizierung verschiedener Murtypen nach ihren Anrisszonen (nach Zimmermann 1990a: 389, Haeberli et al. 1991: 80f, Rickenmann & Zimmermann 1993: 180f).

4. Wildbäche und kleine Einzugsge- beziffert kleine Einzugsgebiete mit weniger als 50 km², Kerschner (1995: 47) sowie Januskovecz biete (1989: 46) und Aulitzky (1984: 19) mit weniger

als 100 km², Uhlenbrook & Steinbrich (2002: 13) Während Wildbäche durch die DIN 19663 als mit weniger als 300 km². Becht & Rieger (1997a: „oberirdische Gewässer mit zumindest strecken- 38) bezeichnen Einzugsgebiete >50 km² dagegen weise großem Gefälle, rasch und stark wechseln- schon als groß; Becht (1995: 60f) hingegen dem Abfluss und zeitweise hoher Feststofffüh- betitelt bereits Gebiete >10 km² als groß und rung“ nomenklatorisch fixiert sind, ist dies der weist Wildbacheinzugsgebieten Größen in Hek- ihnen eigene Umstand meist kleinerer Einzugsge- tardimension zu, während Üblagger (1986: 20) in biete leider wiederum nicht. Gutknecht (1994: 50) Anlehnung an die Mehrzahl o.g. Autoren wieder-

119 um als Relation angibt, Wildbacheinzugsgebiete Gerinne, so kommt es bei entsprechender Ver- seien selten größer als 100 km². Es scheint hier fügbarkeit von Feststoffen oftmals zum Übergang also völlig unzweckmäßig, numerische Quantitä- der Wasserfracht in einen Murgang. ten zu dogmatisieren. Fest steht dagegen, dass, Eine latente Gefahr resultiert bei Wildbächen wie die o.g. Definition nach DIN schon aus- ohnehin bereits aus ihrer typischen Anlagecharak- drückt, das Abflussverhalten von Wildbächen teristik: Kleine Einzugsgebiete sind schon allein stark variabel ist und in guter Näherung als direk- statistisch höher gelegen, dazu mit hoher Relief- te Funktion eingegebenen Niederschlags in ihr energie ausgestattet, empfangen relativ mehr Einzugsgebiet bzw. dessen Schmelzprodukte Niederschlag und ermangeln zumeist vielfältigen betrachtet werden kann (vgl. auch Penck 1912: Retentionspotentialen (vor allem Böden und 37f; Hampel 1968: 46). Ihr großes Gefahrenpo- Vegetation; Januskovecz 1989: 46). tential bzw. ihre Vulnerabilitätspotenz für anthro- Neuere Untergliederungen der Wildbachtypen pogenes und Naturgut resultiert dabei genau aus (auf die hier jedoch nicht näher eingegangen dieser Tatsache: Sie sind unberechenbar und die werden soll) speziell für die Ostalpen liefern Karl Vehemenz ihres Auftretens durch die primäre & Mangelsdorf (1975: 400ff & 1976: 93ff). Niederschlagsbürtigkeit vom Menschen nicht Daneben existiert eine umfassende zweiteilige kontrollierbar. Nach Kronfellner-Krauss (1982: Wildbachgliederung von Aulitzky (1984: 19ff) 12) sind die Schwankungen dabei umso größer, je sowie eine weitere überblicksartige Klassifikation kleiner und steiler die Einzugsgebiete bzw. die von Aulitzky (1985: 339). Wildbäche selbst sind. Unterschieden werden können dabei episodische bzw. periodische (nur nach Schneeschmelze, langanhaltendem oder 5. Ereignisdatenzusammentrag Starkregen wasserführend) und permanent flie- 5.1 Methoden und Problemdiskussion ßende Wildbäche (kaum Trockenfallen, aber In der Vergangenheit wurde der Versuch unter- dennoch starke Variabilität; vgl. Karl & Man- nommen, eine möglichst umfangreiche Zusam- gelsdorf 1976: 92). Besondere Gefahr geht dabei menschau von Ereignisdaten (Hochwasser und neben dem herabstürzenden Wasser vor allem Muren, ausgenommen der Großereignisse 1999, von den von ihnen unregelmäßig mitgeführten 2002 und 2005, für die bereits genügend Material Feststoffen aus. Aber auch die beeinträchtigenden frei im Netz verfügbar ist) für den Ostalpenraum Wirkungen eines solchen Geschehens auf den für den Zeitraum seit Beginn des 20. Jahrhunderts Naturraum durch seine erosive Tätigkeit sind zu erstellen. Zur Informationserlangung wurden zumeist gravierend; sie reichen von geringen dafür verschiedenste Quellen (Fachliteratur, Veränderungen im Gerinne über Ufererosion bis Lokalzeitungen, amtliche Akten, Erhebungen und hin zu damit einhergehenden Hangrutschungen Statistiken, Internet etc.) analysiert. Vor allem durch Unterschneidung (Gutknecht 1994: 55), die aufgrund behördlicher bzw. institutioneller Hin- allesamt wiederum frisches Material für neuerli- dernisse verschiedenster Art im Raum Österreich che Zerstörungskraft und Verklausungen liefern, kann diese jedoch bis heute keinen Anspruch auf die nicht selten in einer so induzierten Mure Vollständigkeit stellen. Dazu gesellten sich gipfeln. Wildbachsysteme sind damit insgesamt weitere Stoplersteine genereller und quellenge- durch „fluviale, hangfluviale, Hangspül-, subter- bundener Natur, die die Datenbeschaffung an sich ran-aquale, glazigene, kryogene und gravitative bzw. die Auswertung der gegebenen Überliefe- Prozesse“ (Fiebinger 1999: 68) an Formbildungs- rungen teils erheblich erschwerten, einschränkten, prozessen in den Alpen beteiligt. Etwa 80 % der die Validität der Beschreibungen verwischen Geschiebefracht von Wildbachereignissen wird ließen oder als generelle Fakten nicht optimaler dabei im unmittelbaren Gerinnebereich (Sohle / Zustände bzw. von Forschungserschwernis ange- Böschung) mobilisiert (Quelle des Materials: prangert werden müssen oder zumindest Erwäh- Eigenerosion, Rutsch- und Sturzprozesse inklusi- nung finden sollen. Dazu gehören bspw.: ve Lawinen und Hangmuren sowie fluvialer - Viele Berichterstatter sind mit den loka- Eintrag; vgl. Hegg et al. 2001b: 90). Die Schlepp- len Gegebenheiten der Ereignisgebiete bestens spannung ist dabei abhängig vom Gefälle (Ge- vertraut und verwenden deshalb gern Lokalbe- schwindigkeit) und der Abflusstiefe sowie von zeichnungen (z.B. Weg-, Alm-, Hütten- oder der Abflussmenge, dem Fließquerprofil und der Hangnamen, die mitunter selbst die wohl leis- Rauigkeit der Sohle (ebd.). Erfolgt diese Mobili- tungsfähigste Internetsuchmaschine ‚google‘ sierungstätigkeit aufgrund eminent schnell an- nicht kennt), ohne diese in einer kartographischen steigender Abflüsse plötzlich flächendeckend im

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Darstellung dem ortsunkundigen Leser in ihrer - Nicht nur deshalb beziehen sich veröf- Lage und Relevanz zum Thema aufzuschlüsseln. fentlichte Dokumentationen über Ereignisse in - Damit in Verbindung steht, dass die Be- der großen Mehrheit der Fälle auf größere Ein- richterstattung meist auf ein sehr beschränktes zugsgebiete (wohl auch, weil dort mehr Scha- Areal bzw. nur einen gewissen Interessenbereich denspotential vorhanden ist und somit breiteres (Gemeindegebiet o.ä.) fokussiert zu sein scheint Öffentlichkeitsinteresse besteht). und damit bei größeren bzw. überregionalen - Generell scheint ein Trend zu bestehen, Ereignissen diese selten in ihrer Gänze betrachtet nur Schadereignisse zu dokumentieren bzw. bei werden. Berichten den Fokus des Verlusts diverser Güter - Problematisch ist auch die Berichterstat- in vorderste Front zu rücken. Hydrologische tung, wenn keine stichhaltigen Aufnahmen (Bil- Fragestellungen geraten zunehmend in den Hin- der, Messdaten o.ä.) vorliegen und die Datenauf- tergrund (selbst Fachzeitschriften Hydrologischer nahme sich deshalb auf Augenzeugenberichte Institutionen – bei denen mit abnehmendem Alter stützt. Verwischungen infolge mangelnder Sach- obendrein einen verbreitet zunehmender Hang zur kenntnis und vor allem Übertreibung sind hier schnöden Populärwissenschaftlichkeit beobacht- Tür und Tor geöffnet. Dies gilt insbesondere für bar ist – sind hiervon nicht auszuschließen!). ältere Überlieferungen. Weiterhin bestehen in - In diesem Zusammenhang muss auch kri- diesem Zusammenhang nicht selten nomenklato- tisch angesprochen werden, dass, wenn hydrolo- rische bzw. terminologische Probleme. gische Werte und Parameter schon präsentiert - Generell werden Ereignisse in kleineren werden, diese erschreckend häufig als nackte Einzugsgebieten scheinbar kaum großartig beach- Zahlen ohne jedwede Referenzwerte oder Bezüge tet (bestenfalls nüchtern amtlich aufgenommen); zu Normalzuständen eingefügt sind. Berichterstattungen darüber entstehen meist eher - Hinzu kommt, dass in vielen Fällen gar zufällig aus dem sporadischen und unregelmäßi- nicht die hydrologischen Ereignisse an sich im gen Vorortsein interessierten, dann aber zumeist Mittelpunkt der Veröffentlichungen und damit auch fachkundigen Personals, oder, wenn das zugänglicher Ereignisquellen stehen. Nicht selten Ereignis exorbitante Magnituden aufweist und werden diese lediglich als Plattform genutzt über entsprechendes Öffentlichkeits- und Forschungs- die Sinnhaftigkeit bestimmter Wegebaukonzepte interesse generiert (beides jedoch hat erfahrungs- zu diskutieren (z.B. Pestal 1995), neuartige gemäß Beschreibungen von hoher Qualität zur Modellierungsweisen von Niederschlagskarten Folge). bzw. Mess- oder Beobachtungssysteme vorzustel- - Demgegenüber steht der Fakt, dass dann len (z.B. Wiesenegger 1998) oder aber auf der oftmals viele Ereigniseigenschaften und ihre Grundlage großangelegter Schadensstatistiken Spuren im Nachhinein in unwegsamem Gelände medienwirksam Versäumnisse bestimmter Ent- mühsam aufgenommen werden müssen, was scheidungsinstitutionen zu kritisieren. nicht selten wertvolle Hinweise erosionsbedingt - Abschließend muss bemerkt werden, dass schon wieder schwinden lässt. Zusätzlich bergen in vorhandenen printmedialen Quellen mitunter die Differenziertheiten der oftmals komplexen Widersprüche zwischen Textbeschreibungen und (entlegenen) Lokalitäten vor allem in der gebote- Abbildungen / Tabellen vorlagen, sodass mangels nen Kürze der Zeit methodische Unsicherheiten Zweitquellen keine reliablen Aussagen möglich (vgl. Wetzel 1994: 161 & 2001: 361). waren. Zudem fiel auf, dass in diversen Darstel- - Ist anthropogenes Gut in die Ereignisse lungen Flussläufe unterschiedlich benannt und involviert bzw. davon betroffen, bleiben durch sogar verschiedentlich verzeichnet sind. Selbst die sich unverzüglich anschließenden Aufräum- die offizielle Gewässerkarte des Hydrographi- arbeiten kaum Zeitspannen zur Untersuchung. schen Dienstes in Österreich widerspricht sich in - Kleine Einzugsgebiete sind noch viel zu Teilen mit den sonst so zuverlässigen Karten des lückenhaft und wenig systematisch mit Messin- ADAC. strumenten ausgestattet. Sind (ältere) Einrichtun- - Schlussendlich fällt auch ins Gewicht, gen vorhanden, so sind außer der Information, dass vor allem ältere Quellen durch die Irrungen dass sich ein Ereignis abspielte, mitunter keine und Wirrungen der beiden Weltkriege unwider- weiteren Angaben erfahrbar. Somit fehlen auch ruflich verloren gingen. wichtige Referenzdaten bzw. für die sinnvolle Betrachtung unentbehrliche Informationen über 5.2 Datensätze Zustände vor dem Ereignis. Für den deutschen Alpenraum liegen bezüglich wildbachbürtigen Hochwasser- und Murereignis-

121 sen im Bayerischen Landesamt für Umwelt beginnend im 6. Jahrhundert) restliche Informati- umfangreiche und detaillierte (Roh-) Datensätze onen zu den Geschehnissen vor allem vor 1972 vor. Sie wurden in mehrjähriger Arbeit Anfang liefert. Die Erhebungen ab diesem Datum basie- des neuen Jahrtausends von Mitarbeitern des ren auf der kontinuierlichen Auswertung von Lehrstuhls für Physische Geographie der KU rund 550 schweizerischen Zeitungen sowie weite- Eichstätt innerhalb des Projekts HANG (Histori- ren Befragungen vor Ort und, wo möglich, auch sche Analyse von NaturGefahren) im Auftrag des detaillierten Untersuchungen an den Orten des damaligen Bayerischen Staatsministeriums für Geschehens. Nachteilig ist hier jedoch häufig die Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Ermangelung an konkreten hydrologischen Para- eruiert und weisen über 8.000 Hochwasser- und metern, wobei auch Erwähnung finden muss, dass Murereignisse (davon der überwiegende Großteil im Schweizer Raum nach Auskunft diverser im 20. Jahrhundert) auf (Becht et al. 2006). Hinzu Stellen das behördliche Sammeln von Ereignisda- kommen weitere Informationen vor allem neuerer ten keinerlei Priorität genießt. Neben den genann- Printmedien. ten Quellen existiert eine nicht zu verachtende Für den österreichischen Alpenraum waren Anzahl von Fachveröffentlichungen; dies jedoch gebündelte Informationen ungleich schwieriger in der Regel nur landesweite Großereignisse zu erlangen. Hauptgrund hierfür war (ist) der betreffend (z.B. anlässlich der verheerenden laufende Prozess der Erstellung einer ähnlichen, Sommerunwetter 1987). quasi analogen landesweiten Chronik an der Für den südtiroler Alpenraum wiederum liegt, Universität für Bodenkultur in Wien (Institut für ähnlich dem deutschen, eine amtliche Datenbank Alpine Naturgefahren) im staatlichen Auftrag, über registrierte Wildbachereignisse (1900 - weshalb Hydrographische (Landes-) Dienste, 2007) vor, die auf Anfrage von der Abteilung 30 Wildbach- und Lawinenverbauungen, Ministe- (Wasserschutzbauten) der Landesregierung der rien, die genannte Universität an sich usw. ent- Autonomen Provinz Bozen wissenschaftlichen sprechende Informationen nur ‚ungern‘ an Dritte Recherchen gern zur Verfügung gestellt wird. weitergaben (weitergeben). Hier konnten ledig- Unter Überwindung sprachlicher Hürden sind lich punktuelle Erfolge verzeichnet werden. zudem printmediale Quellen weiterführend. Demgegenüber ist der Fundus an fachwissen- Insgesamt konnten Nachweise für weit über schaftlichen Veröffentlichungen (oder zumindest 16.000 Ereignisse zusammengetragen werden, die mit selbigem Anspruch, s.o.) überaus groß. Einer in unterschiedlichster Form mit Zusatzinformati- Vielzahl an Artikeln über einzelne Ereignisse onen behaftet sind. stehen vor allem die einmal räumlich umfassende, dafür zeitlich beschränkte (1971-1973) Schrift von Jeglitsch (1976), und zum anderen die räum- 6. Rückblick: Naturereignisse oder lich beschränkte (Tirol, Oberpinzgau, Vorarlberg und Trentino), dafür jedoch zeitlich umfassende hausgemachte Gefahren? Chronik von Fliri (1998) gegenüber. Letztere Fluviale Hochwasser sind, genauso wie Murgän- kann für die Folgejahre durch das Internetportal ge, primär natürliche Ereignisse (Uhlenbrook & des Tirolatlas ergänzt werden (http://tirolatlas. Leibundgut 1997: 13), welche, wie o.g., als uibk.ac.at/topics/chronicle/query.py/index). Zusammenspiel diverser Faktoren und Umstände Für den Schweizer Ostalpenraum (Teil des infolge bestimmter Niederschlagsgeschehnisse Kantons Graubünden östlich der Linie Alpenrhein auftreten. Es ist jedoch auch nicht von der Hand – Hinterrhein plus gedachte Südverlängerung bis zu weisen, dass jene Naturgewalten aus der zum Comer See) liegt u.a. eine Veröffentli- Schadensperspektive (Vernässung, Verschmut- chungsreihe der Abteilung Forstliche Hydrologie zung, Zerstörung, Erosion, Beeinflussung von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Leben) gesehen, die heutzutage oftmals Hauptbe- Schnee und Landschaft (WSL) vor, die Unwetter- urteilungskriterium in jener Hinsicht zu sein ereignisse im schweizerischen Bundesgebiet seit scheint, immer auch zu einem gewissen Teil 1972 als annuelle chronikartige Kompilation Menschenwerk sind, denn Schäden in diesem darstellt (Zeller 1977, Zeller & Röthlisberger Sinne entstehen nur dort, wo entsprechend Scha- 1979-1988, Röthlisberger 1989-1999, Hegg et al. denspotential vorhanden ist (Kron 2005: 126ff, 2000, 2001a, 2002 & 2003, Fraefel & Hegg 2004, Kerschner 1995: 47, Becht 1991: 50, Wichmann Fraefel et al. 2005, Hilker et al. 2007a & b sowie et al. 2002: 131, Aulitzky 1994: 109, vgl. Abb. 3) 2008). Die Reihe wird ergänzt durch eine Veröf- – und dies existiert (materiell) nur im Zusam- fentlichung von Röthlisberger (1991b), die (schon

122 menhang mit anthropogenen Wirtschafts- oder Leichtfuß 1996: 33, Fink 1986: 27), zunächst Siedlungsinteressen und wächst mit zunehmen- (neben dem Faktor der Bodengüte), um das dem Populationsdruck, steigendem Lebensstan- lebensspendende Nass nicht über zu weite Dis- dard und zunehmender infrastruktureller Er- tanzen zu den dürstenden Kehlen befördern zu schließung früher bewusst gemiedener Bereiche müssen, später auch um seine Kraft für den (de Jong 1997: 1, Stiny 1910: 97f). Antrieb bzw. die Kühlung diverser Werkseinrich- Der Ursprung der Gefahr für die Menschheit tungen zu nutzen bzw. die Flussläufe in die mitsamt ihrem Hab und Gut bzw. ihre Vulnerabi- infrastrukturelle Nutzung einzubeziehen (Bayeri- lität ist dabei eine historisch begründete. Sie ist sches Landesamt für Wasserwirtschaft 2002a: seit altersher dadurch gegeben, dass sich der 60), nicht zuletzt aber auch deshalb, weil bspw. Mensch im Zuge der Essentialität von Wasser für durch wiederholte Wasserübertritte geprägte sein Leben und der oft vielversprechenden Bo- Talabschnitte schlicht und einfach leicht bebaubar dengüte überhaupt in potentiellen Überflutungs- und nutzbar sind (weil eben und zumeist frucht- bereichen, z.B. Auen bzw. Alluvialebenen, ange- bar) und vielen Menschen zudem als ästhetisch siedelt hat (Lambert 1988: 206; Ostrowski & reizvoll erscheinen.

Abb. 3: Durch alpine Wildbachtätigkeit (Mure) zerstörte Siedlungsteile, die gefahrenignorant direkt am Unterlauf (auf dem Schwemmkegel) des Wildbachs errichtet wurden (Quelle: http://www.vol.be.ch/site/ fr/m_ccfw_big- picture.htm?picurl=naturgefahren-murgaenge-murgang-brienz-glyssibach.jpg, 12.11.08).

Nach Patt (2001: 8) ist eine auf Vorhersage nur wenigen Hektar (vielleicht sogar sehr steilem) aufbauende, organisierte Hochwasserwarnung mit Einzugsgebiet, so kann ein singuläres, diese umfangreichen Schutzmaßnahmen „nur dann Fläche treffendes Starkniederschlagsereignis für sinnvoll, wenn Vorwarnzeiten von >12 h erreicht jene Behausungsagglomeration und ihre Bewoh- werden können“. Befindet sich eine Siedlung ner eine enorme Katastrophe bedeuten, da in jedoch direkt am Laufe eines Fließgewässers mit diesem Fall extreme Abflüsse zu erwarten sind.

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Durch etwaige derart risikobehaftete Siedlung der fehlgeleiteten Raumordnungspolitik immer trägt der Mensch selbst Schuld an seiner direkten häufiger gegenübergestellt. Allein aufgrund Hochwassergefährdung (vgl. auch Aulitzky 1984: dieser mangelhaften staatlichen Regulierung und 13, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft des wohl weit verbreiteten Vertrauens auf die 2002b: 39, Güntschl 1970: 44, Stiny 1910: 96ff). helfende öffentliche Hand im Schadensfall (oder Gerade in Gebirgsräumen wählte dieser spätes- auf die Beherrschbarkeit der Natur?) wurde bspw. tens seit Beginn des 19. Jahrhunderts aber häufig beim August-Hochwasser in Sölden im Ötztal im bewusst Wildbachschwemmkegel und -murkegel Jahre 1987 eine knappe Hundertschaft an zu über als Siedlungsraum (Hegg et al. 2001b: 85, Hae- zwei Dritteln zum Neubaubestand der letzten berli et al. 1991: 87, Haeberli & Naef 1988: 332, Jahre im Ort zählenden Häusern im Keller- und Rickenmann 2005: 201, Kienholz 1998: 7, Stiny Erdgeschossbereich überflutet und ein- 1910: 101), statt (weiterhin ausschließlich) die geschlammt (Kerschner 1995: 50, Muhar 1988: breiten Talebenen als Bauplatz zu nutzen und 191, Aulitzky 1988: 124). Ähnliches berichtet begab sich damit direkt an den Unterlauf eben bspw. auch Petraschek (1989: 6f). Das letzte solcher kleinen Einzugsgebiete. Er tat dies – von große Hochwasser der Ötztaler Ache aus dem der demographischen Expansion seiner Spezies Jahr 1960 schien aus dem Bewusstsein der Men- abgesehen –, weil, auch verbunden mit zuneh- schen bereits wieder verdrängt. Dort, wo auf- mender maßloser Abholzung von Gebirgswäl- grund der Gefahrenzonenpläne der Wildbach- dern, in den Talebenen unverbauter Flüsse immer und Lawinenverbauung Siedlungsaktivitäten an häufiger bedrohliche Hochwasser zu bemerken Hangbereichen oder auf Schwemm- bzw. Schutt- waren und er deshalb verstärkt Schutz auf höhe- kegeln unterbunden werden, weicht man offen- ren Geländeabschnitten suchte und auch die sichtlich der Nachfrage rücksichtslos dankend dortigen Wiesen sich als fruchtbare, mitunter im frönend auf die Talsohle aus, „für die es bei Gegensatz zu den oft schweren Auenböden gleicher Gefährdung keine konkreten Baube- leichter bewirtschaftbare Gründe herausstellten schränkungen gibt“ (Muhar 1988: 193). Auf (Lambert 1988: 207, Stiny 1910: 101), meist Ähnliches wies im Übrigen bereits Stiny (1910: wohlwissend, dass auch hier entsprechende 98) hin, der ebenfalls mahnte, dass aufgrund Gefahren drohen, die statistisch jedoch mit weit- „zunehmender Volksdichte“ der Erlös aus Grund- aus geringerer Häufigkeit auftraten und daher stücksverkäufen die Gemeinden derart lockt, dass nicht selten verharmlosend und für beherrschbar selbst jahrhundertelang gemiedene und aufgrund gehalten in Kauf genommen und entsprechend der latenten Bedrohung nicht einmal landwirt- unterschätzt wurden (Plate 1996: 521, Kron 2005: schaftlich genutzte Flächen inmitten von Wild- 127, Näf & McArdell 2004: 48, Rickenmann bachausläufen leichtsinnig unter Inkaufnahme der 2005: 201, Wichmann et al. 2002: 131, Becht & Gefahr der Bebauung und damit der potentiellen Rieger 1997b: 516, Becht 1995: 1). Diese Unter- Zerstörungsgefahr preisgegeben werden (vgl. schätzung von Gefahren trifft auf Hochwasser auch Aulitzky 1994: 129). Die empfundene gleichermaßen zu wie auch auf Muren. Besonders Zunahme der anthropogenen Betroffenheit durch dramatisch wirkt sich dabei der Umstand aus, hydrologische Naturkatastrophen scheint daher dass gerade bei auf große Rekurrenzintervalle nicht verwunderlich. folgenden Prozessen häufig die größten Material- Doch nicht nur siedlungstechnische Eingriffe umsätze erfolgen, die entsprechend verheerende der letzten Jahre in das Prozesssystem Hochge- Auswirkungen haben (Becht 1995: 1, Stiny 1910: birge, speziell Wildbacheinzugsgebiete, entfes- 105). seln (empfundene) hydrologische Katastrophen Die Zunahme von verheerenden Hochwasser- größeren Ausmaßes. Die schädlichen Grundver- und Wildbachschäden in den letzten Jahrzehnten änderungen dieses Ausschnittes der Erdoberflä- ist daher fast ausschließlich auf die unbedachte che gehen bis ins 14. und 15. Jahrhundert zurück. Siedlungs- und Erschließungstätigkeit in den Nach einigen verheerenden Bränden löste in unmittelbar gefährdeten Bereichen zurückzufüh- dieser Zeit das Stein- das Holzhaus ab, für deren ren (die selbst bei Vorhandensein von wegwei- Ziegel- und Kalkherstellung ungeheure Mengen senden Gefahrenzonenplänen unter Missachtung Holz benötigt wurden. Im Laufe des Spätmittelal- der staatlichen Regulierung erfolgte; vgl. Aulitz- ters verschwanden so rund ein Drittel der natürli- ky 1988: 124ff). Gerade Österreich, mit einem chen Bergwaldbestände in den Alpen und die Hochgebirgsanteil von 2/3 der Gesamtlandesflä- natürliche Baumgrenze sank um 200 bis 300 m che und über 4.000 tätigen Wildbachgebieten (Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft (Gschwendtner 1966: 76f), sieht sich dieser Frage 2002b: 45) – eine ungeheure Menge Wald, derer

124 die Wildbachsysteme bis heute im Hinblick auf vegetativen Ruhezeit sowie frühjährliche enge Abfluss- und Hochwasserdämpfung schmerzlich Kumulation der Schmelzereignisse durch stei- ermangeln! Ein besonders bekanntes Beispiel gende Temperaturen) gilt als sicher (Beierkuhn- einer rodungsbedingten Generierung von unheil- lein & Foken 2008: 86). Dabei wird durch die bringender Wildbachtätigkeit in den Ostalpen ist global zunehmende Temperatur auch die Frost- dabei der Schesatobel bei Bludenz in Vorarlberg. grenze in den Alpen um einige hundert Meter „Vor 200 Jahren noch ein kleines Bächlein, das ansteigen, „mit der Konsequenz, daß im Winter man leicht mit einem Schritt überqueren konnte“ der Niederschlag in den tieferen Lagen nicht (Aulitzky 1994: 109) und von dem kaum Verhee- mehr als Schnee, sondern als Regen fallen wird“ rungen bekannt waren, züchtete der Mensch (Seidel 1998: 211), womit eine Zunahme der daraus durch Kahlschlag der Waldbestände im Hochwassersituationen im Winter abzusehen ist. Einzugsgebiet im Jahre 1796 aufgrund vermö- Dazu kommen wohl noch vermehrte sommerliche gensrechtlicher Streitigkeiten zweier Gemeinden Starkniederschläge. eines der berüchtigtsten Wildwasser Österreichs, Von besonderer Bedeutung hinsichtlich des das fortan begann immer tiefer schreitend und Auftretens von Murgängen wird sich in diesem weiter in seine Flanken hineinschneidend sich Zusammenhang – neben der angenommenen seiner fluvioglazialen Feststoffe inklusive Boden- Zunahme bzw. Verstärkung sommerlicher Stark- auflagen im Einzugsgebiet im Zuge immer be- niederschläge – vor allem die von der humanen drohlicherer Fluten und Murgänge mit großer Spezies beschleunigte fortschreitende Permafrost- Regelmäßigkeit zu entledigen (seit 1802 etwa 40 und Gletscherdegradation in den Alpen erweisen. Mio. m³ Austrag, vgl. ebd.: 109f). Seit Ende der Die Möglichkeit einer damit verbundenen Zu- Eiszeit hatte der Waldbestand dies verhindert (die nahme der Murganghäufigkeit und -stärke wird Stupidität gänzlich untermauernd wurde der spätestens seit den beginnenden 1990er Jahren aktive Schwemmkegel im Laufe des 20. Jahrhun- diskutiert und versucht zu quanitfizieren (bereits derts schließlich mit 192 Einfamilienhäusern Richter 1987 bspw. erwog zuvor im Zuge der bebaut). Kausalforschung bezüglich der Katastrophener- Dazu kommen spätestens seit den letzten Jahr- eignisse des Jahres 1987 schon die Möglichkeit zehnten, um nur noch einen Aspekt anzuführen, der Beteiligung einer Klimamodifikation an den verstärkte touristische Aktivitäten, von denen hier sich empfundenermaßen immer gravierender nur ein Beispiel erlaubt sei, das mitunter direkt in gestaltenden Auswirkungen hydrologisch beding- den Wasser- und damit Feststoffhaushalt von ter Unwetterkatastrophen). Die Bedeutung einer Wildbächen eingreift: künstliche Beschneiungs- solchen o.g. Entwicklung für das Murauftreten ist anlagen. Das notwendige Wasser dazu wird dabei nach Zimmermann (1990b: 100f) mittels häufig direkt (permanent fließenden) Wildbächen verschiedener Zusammenhänge durchaus gege- entnommen. Der dann in dieser Jahreszeit ohne- ben, denn: hin schon geringe Feststoffaustrag wird dadurch Permafrost bewirkt im Hang eine deutli- erheblich beeinträchtigt: Die Lockersedimente che Stabilisierung des Kornverbandes. Ein Weg- bleiben zurück. Im folgenden Sommer sind die fallen dieser Stütze hätte automatisch eine erhöh- Feststoffherde des Gerinnes damit zumeist prall te Disposition zur Murinitiation zur Folge. gefüllt; dazu kommen die ungeheuren Mengen Dasselbe Resultat wäre durch das Ab- zusätzlichen Schmelzwassers durch die tauenden schmelzen kleinerer Gletscher bzw. Firnflächen Kunstschneefelder, was in Verbindung mit (im zu erwarten, da das unter ihnen lagernde Material Sommer nicht unüblichen) Starkniederschlägen wenig verfestigt und damit instabil gelagert ist. zumeist in – künstlich generierten – Katastro- Da der Auftauprozess von der Oberfläche phenereignissen mündet. her einsetzt und in die Tiefe gehend fortschreitet, Zu all diesen vom Menschen recht gegen- kann es in der nun leicht mobilen Auftauschicht ständlich unmittelbar gestaltfähigen Problemati- zu einem Wasserstau über dem noch gefrorenen ken wird sich in Zukunft immer mehr noch der Untergrund kommen, deren Grenzschicht zudem Aspekt des Klimawandels durch den anthropogen leicht als Gleithorizont fungieren kann. induzierten Treibhauseffekt gesellen. Eine Zu- Generell murbegünstigend wirken sich zudem, nahme winterlicher Niederschläge mit all deren wie schon teils angeklungen, Reduzierungen der potenzierenden Auswirkungen auf das Hochwas- Hochgebirgsvegetation durch Holzeinschlag, ser- und auch Murgeschehen (mehr zeitlich Überweidung und Wildverbiss sowie Mono- konzentrierter Niederschlag in Gebiete mit ohne- kulturanbau aus, deren Zunahme bis heute nicht hin mangelhaften Retentionsmöglichkeiten zur vollständig Einhalt geboten wurde (Üblagger

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1986: 22). Zudem sind weite Teile des Waldbe- Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft (2002a): standes Österreichs durch Luftverschmutzung Hochwasser – Naturereignis und Gefahr. Spektrum beschädigt und können ihre ereignisabschwä- Wasser 1, 2., aktualisierte Auflage; München. chenden Rückhaltefunktionen nur noch einge- Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft (2002b): schränkt bis gar nicht mehr umsetzen (Aulitzky Wildbäche – Faszination und Gefahr. – Spektrum Wasser, 3; München. 1989: 7). Becht, M., Copien, C. & Frank, C. (2006): Abschluss- Kurzum: Gegen Naturgewalten an sich ver- bericht zum Projekt HANG. – online-Dokument mag der Mensch nur wenig bis gar nichts zu (http://www.lfu.bayern.de/wasser/fachinformatione unternehmen. Bezüglich der hier thematisierten n/gefahren_im_alpenraum/doc/hang_kurz.pdf) Prozesse der Hochwasser und Murgänge trägt er Becht, M. (1991): Auswirkungen und Ursachen von infolge suboptimaler Siedlungstätigkeit und teils Katastrophenhochwassern in kleinen, alpinen Ein- unangepasster sowie klimaunfreundlicher Wirt- zugsgebieten. – Zeitschrift für Geomorphologie, schaftsweise zum großen Teil jedoch selbst Suppl., 89: 49-61. Schuld an seiner eigenen (vermehrten) schadhaf- Becht, M. (1995): Untersuchungen zur aktuellen ten Betroffenheit. Er scheint dabei zudem verges- Reliefentwicklung in alpinen Einzugsgebieten. – Münchener Geographische Abhandlungen, A 47. sen zu haben, dass nicht der intermediäre Zustand Becht, M. & Rieger, D. (1997a): Debris flows on der Ruhe, den er aus anthropozentrischer Sicht als alpine slopes (eastern Alps). – In: Géomorpholo- ‚normal‘ zu bezeichnen beliebt, jene Normalität gie: relief, processus, environnement, 1: 33-41; Pa- auch tatsächlich repräsentiert. Das ereignisfreie ris. Intervall wird stets nur eine Zwischenzeit der Becht, M. & Rieger, D. (1997b): Spatial and temporal Ruhe inmitten der immanenten Prozesse der das distribution of debris flow occurrence on slopes in Antlitz der Erde seit jeher formenden exogenen the Eastern Alps. – In: Chen, C. (Hrsg.): Debris- Dynamik sein. Flow Hazards Mitigation: Mechanics, Prediction, „Murgänge sind ja die rücksichtslosen Voll- and Assessment. – Proceedings of 1. International Conference. –516-529; New York. streckungsorgane des Gesetzes, daß die stolzen Beierkuhnlein, C. & Foken, T. (2008): Klimawandel in Berggipfel zertrümmert und ihre Reste weit über Bayern. – Bayreuther Forum Ökologie, 113. die Ebenen hinausgetragen werden müssen. Bunza, G. (1976): Systematik und Analyse alpiner Unleugbar weit größer als auf die Murtätigkeit Massenbewegungen. – In: Schriftenreihe der Baye- ist die schädliche Einwirkung menschlicher Miß- rischen Landesstelle für Gewässerkunde, 11: 1-84. wirtschaft auf die echten Hochwasserbäche.“ Costa, J.E. (1984): Physical geomorphology of debris flows. – In: Costa, J. E. & Fleisher, P. J. (Hrsg.): (Stiny 1910: 103) Developments and applications of geomorphology. – 269-317; Berlin. De Jong, C. (1997): Water, Bedload Dynamics and 7. Literatur Extreme Events in Alpine Catchments. – Deutsches IDNDR-Komitee für Katastrophenvorbeugung e.V. Aulitzky, H. (1984): Vorläufige, zweiteilige Wild- (Hrsg.): Deutsche IDNDR-Reihe, 8; Bonn. bachklassifikation. – In: Wildbach- und Lawinen- Dyck, S. & Peschke, G. (1995): Grundlagen der verbau, 48: 7-60; Wien. Hydrologie; Berlin. Aulitzky, H. (1985): Die naturräumliche Verteilung Engel, H. (1990): Hochwasser. Begriff, Entstehung, der Wildbachtypen und der Erosion in Österreich. Hochwasser am Rhein. – In: Beiträge zur Rhein- – In: Allgemeine Forstzeitung 96, S. 338-341; kunde, 42: 5-27. Wien. Fiebinger, G. (1999): Geomorphologische Prozesse in Aulitzky, H. (1988): Sommerhochwässer 1987 – In: Wildbach-Einzugsgebieten im Überblick. – Relief, Tirol – Naturkatastrophen oder fehlende Vorbeu- Boden, Paläoklima, 14: 67-75. gung? – In: Österreichische Wasserwirtschaft, 40: Fink, M.H. (1986): Hochwässer. – In: Österreichische 122-128. Raumordnungskonferenz (Hrsg.): Raumordnung Aulitzky, H. (1989): The debris flows of Austria. – In: und Naturgefahren, 50: 24-29 (mit Vorbetrachtung Bulletin of the International Association of Engi- S. 15-16); Wien. neering Geology, 40: 6-13. Fliri, F. (1975): Mensch und Naturkatastrophen in den Aulitzky, H. (1994): Musterbeispiele vermeidbarer Alpen. – In: Interpraevent, 1975 (2): 37-49; Kla- Erosions-, Hochwasser- und Lawinenschäden. – In: genfurt. Österreichische Akademie der Wissenschaften Fliri, F. (1998): Naturchronik von Tirol; Innsbruck. (Hrsg.): Veröffentlichungen der Kommission für Fraefel, M. & Hegg, C. (2004): Unwetterschäden in Humanökologie, 5 (Gefährdung und Schutz der der Schweiz im Jahre 2003. – In: Wasser, Energie, Alpen): 105-147; Wien, Graz. Luft – eau, énergie, air, 96: 103-109; Baden.

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 129-141, 9 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

Auswertung von Grundwasserstandsdaten auf dem Weinberg Cam- pus der Martin-Luther-Universität Halle in Heide-Süd

Wolfgang Gossel, Ronny Lähne, Julia Rienäcker, Gunnar Krauss & Peter Wycisk*

Gossel, W., Lähne, R., Rienäcker, J., Krauss, G. & Wycisk, P. (2011): Auswertung von Grundwasserstandsdaten auf dem Weinberg Campus der Martin-Luther-Universität Halle in Heide-Süd. [Analysis of groundwater level measurements at the Weinberg Campus, Martin Luther University Halle in Heide-Süd.] – Hallesches Jahrbuch für Geo- wissenschaften, 32/33: 129-141, Halle (Saale).

Kurzfassung: Die hydrodynamische Situation in der Stadt Halle ist wegen der Heterogenität der Aquiferstrukturen in Locker- und Festgesteinsgebieten sehr komplex. Im Nordwesten der Stadt wurde ein dichtes Netz von Beobach- tungsmessstellen eingerichtet, das im Rahmen der vorliegenden Arbeit für die Abgrenzung von Einzugsgebieten, zur Zeitreihenanalyse und für Kreuzkorrelationen zwischen Grundwasserstands- und Klimadaten genutzt wurde. Die Ergebnisse zeigen ein differenziertes Strömungsbild mit einem Abfluss zur Saale und indirektem unterirdischem Abfluss. Die Zeitreihenanalyse wurde anhand der stündlich gemessenen Grundwasserstände einer Messstelle durch- geführt und zeigt sowohl die Jahresperiode als auch kurzfristigere Perioden von 9 und 11 Tagen. Der Vergleich zwischen Grundwasserständen und der kumulierten Klimatischen Wasserbilanz zeigt eine signifikante Zeitverzöge- rung von 9 Tagen und 60 Tagen zwischen beiden Ganglinien, die als lokale Reaktionszeit und Reaktionszeit des Einzugsgebiets gedeutet werden können.

Abstract: The hydrodynamical situation of the town of Halle is very complex due to different aquifers both in hard rocks and unconsolidated rocks. To the northwest of the city a dense net of observation wells was established used in an investigation of groundwater levels for the outline of catchment areas, time series analysis and cross correlations between groundwater levels and climatic data to clarify their dependencies. The results show a differentiation in the catchment with a direct flow to the river Saale and an indirect subsurface discharge. The time series analysis of one well that was observed hourly shows annual periodicity as well as some subordinate short periods of 9 and 11 days. The comparison of groundwater levels and at cumulated climatic water balance outlines a time shift of 9 days and 60 days between both “hydrographs”, interpreted as the reaction of the local conditions and of the catchment.

Schlüsselwörter: Zeitreihenanalyse, Rotliegend-Grundwasserleiter, Kreuzkorrelation, Grundwasserströmungsver- hältnisse

Keywords: Time series analysis, Rotliegend aquifer, cross-correlation, groundwater flow patterns

*Anschriften der Autoren: PD Dr. Wolfgang Gossel ([email protected]), FG Hydro- und Umweltgeologie,Institut für Geowis- senschaften und Geographie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 3, D-06120 Halle (Saale); Dipl.-Geol. Ronny Lähne ([email protected]), FG Hydro- und Umweltgeologie, Institut für Geowis- senschaften und Geographie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 3, D-06120 Halle (Saale); BSc Julia Rienäcker ([email protected]), FG Hydro- und Umweltgeologie, Institut für Geowis- senschaften und Geographie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 3, D-06120 Halle (Saale); Dr. Gunnar Krauss ([email protected]), Umweltamt der Stadt Halle (Saale), Untere Bodenschutzbehörde, Hansering 15, D-06108 Halle (Saale); Prof. Dr. Peter Wycisk ([email protected]), Institut für Geowissenschaften und Geographie, FG Hydro- und Umweltgeologie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Von-Seckendorff-Platz 3, D-06120 Halle (Saale).

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1. Einleitung Verzögerungen zwischen Klimatischer Wasserbi- lanz und Grundwasserspiegelreaktion. Die hydrogeologische Situation der Stadt Halle Die genutzten Methoden (Fast-Fourier- ist sehr komplex: Einerseits sind mehrere Lo- Transformation (FFT), Kreuzkorrelationsanalyse, ckergesteins- und Festgesteinsgrundwasserleiter Periodenscanning) werden für die Analyse der zu unterscheiden, andererseits ist die heterogene vorhandenen klimatischen und hydrodynami- Struktur dieser Grundwasserleiter durch die schen Zeitreihen verwendet. Mit Hilfe der FFT ungeklärten Strömungs- und Transportverhältnis- und des Periodenscannings können Aussagen zur se zwischen diesen Grundwasserleitern gekenn- Periodizität innerhalb der Zeitreihen getroffen zeichnet. Ein erster Ansatz für die Aufarbeitung werden. Die analysierten Perioden werden ander bekannten Daten bestand in der Erstellung schließend bzgl. meteorologischer und hydrogeo- von einem “Grundwasserbeobachtungs und - logischer Eigenschaften des Untersuchungsgebie- schadstoffkataster” (G.E.O.S. 2000) im Auftrag tes interpretiert. Durch die Kreuzkorrelation der Stadt Halle. Es beinhaltete die Auswertung zwischen 2 Zeitreihen kann zudem der Zeitver- und Visualisierung von repräsentativen Bohrda- satz der analysierten Zeitreihen ermittelt werden. ten in Form von Profilschnitten und die Auswahl Bei der Analyse der Kumulierten Klimatischen von Grundwassermessstellen für ein regelmäßi- Wasserbilanz und der zugehörigen Grundwasser- ges Grundwassermonitoring. In einem zweiten standsganglinie kann zum einen die Phasenver- Schritt wurde in Zusammenarbeit zwischen dem schiebung zwischen Niederschlag und Grundwas- Umweltamt der Stadt Halle und der Martin- serneubildung und zum anderen die Reaktionszeit Luther-Universität ein erstes geologisches 3D des Einzugsgebietes auf ein Niederschlagsereig- Modell erstellt, das die Daten aus G.E.O.S. nis ermittelt werden. (2000) zur Grundlage nutzte und zusätzlich die geologische Karte (GLA Sachsen-Anhalt 1994) und ein digitales Höhenmodell im 40 m Raster 2. Geologische und hydrogeologische basierend auf den Höhenlinien der topografischen Grundlagen Karte 1 : 10000 verwendete (Pohlert 2005, Schle- sier 2006). Im Rahmen von Qualifikationsarbei- Die geologischen Untersuchungen im Raum ten der Martin-Luther-Universität Halle, die in Halle haben eine lange Tradition, denn die Grün- Zusammenarbeit mit dem Umweltamt der Stadt dung der Stadt und ihr Name sind auf die Verfüg- Halle durchgeführt wurden, wurden zusätzlich barkeit von salzhaltigen Quellen zurückzuführen. zum regelmäßigen Monitoring der Stadt Halle Diese Salzquellen lagen im Zentrum der Stadt Messungen an Grundwassermessstellen im Um- (rund um den Marktplatz) und dienten seit etwa feld des Heide-Campus der Universität durchge- 4500 Jahren zur Siedesalzgewinnung (Kaufmann führt. Ziel der Untersuchungen war eine detail- 1991). lierte Aufnahme der Grundwasserströmungsbe- In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche dingungen im Bereich des südlichen Heide- Publikationen zur Beschreibung der Geologie der Campus (s. Abb. 1). An der hier verlaufenden Stadt und des Umfeldes herausgegeben, z.B. Halle-Störung grenzen eine Vielzahl Lockerge- Heckner et al. (1997). Von besonderem Interesse steins- und Festgesteinsgrundwasserleiter anein- war dabei die heute als Halle-Störung (früher als ander, so dass eine Klärung der hydrogeologi- Hallesche Marktplatzverwerfung) bezeichnete schen Verhältnisse in diesem Bereich auch eine NW-SE verlaufende Störung, im Zuge derer auch Erweiterung der Kenntnisse in anderen Teilen der die salzhaltigen Grundwässer an die Erdoberflä- Stadt mit sich bringt. che traten. Die geologischen Einheiten von Sach- Die hydraulischen und hydrodynamischen Be- sen-Anhalt werden in vier verschiedene Stock- dingungen sollten anhand von Wasserstandsmes- werke unterteilt (Bachmann & Schwab 2008): sungen des oberflächennahen Grundwassers aus - Grundgebirgsstockwerk (Kambrium bis verschiedenen Grundwasserleitern sowie Analy- Karbon), sen von zeitlich hoch auflösenden Grundwasser- - Übergangsstockwerk (Karbon bis Perm), ganglinien untersucht werden. Im Vordergrund - Tafelgebirgsstockwerk (Perm bis Kreide) standen hierbei die Fragen nach statistisch signi- und fikanten Zusammenhängen zwischen Klimadaten - Lockergesteinsstockwerk (Tertiär und und Grundwasserdynamik, so z.B. auffällige Quartär). Periodizitäten im Grundwassergang und zeitliche

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4490000 4495000 4500000 4505000 5710000 5710000

Symbole und Zeichen: 5705000 5705000 Grundwassermessstellen des Untersuchungsgebiets

Stadtgrenze der Stadt Halle(Saale)

Topographische Kartengrundlage: Amtliche topographische Karte der Stadt Halle 1 : 25 000 (C) Landesvermessungsamt Sachsen-Anhalt

5700000 5700000 Koordinatensystem: Gauß-Krüger, Datum Rauenberg Land 3° Streifen, 4. Streifen (LS 130) Sachsen-Anhalt

4490000 4495000 4500000 4505000 0 1 250 2 500 5 000 7 500 10 000 Meter Abb. 1: Übersichtskarte des Gebiets. Fig. 1: Overview map of the area.

Im Stadtgebiet von Halle sind vor allem die drei Das oberste und jüngste Element der Gliede- jüngeren Stockwerke flächendeckend ausgebildet. rung wird als Lockergesteinsstockwerk bezeich- Die Gliederung beginnt gemäß Katzung & net (Katzung & Ehmke 1993). Es ist aus tertiären Ehmke (1993) im Idealzustand mit dem Grund- und quartären Sedimenten aufgebaut, zumeist als gebirgsstockwerk, bestehend aus unterschiedlich unverfestigtes, lockeres Deckgebirge ausgebildet stark deformierten Gesteinen des Neo- und tektonisch nicht oder nur wenig deformiert proterozoikums bis Unterkarbons, die zumeist aus (Bachmann & Schwab 2008). Den Hauptanteil Plutoniten und metamorphen Sedimenten aufge- bilden in Sachsen-Anhalt die Ablagerungen des baut sind. Tertiärs (Knoth 1992). Einen Überblick über den Das Übergangs- oder Molassestockwerk ent- Schichtaufbau im Stadtgebiet gibt Abb.2. spricht den ungefalteten Lithologien des Jung- Im Untersuchungsgebiet sind alle Stockwerke paläozoikums, welches das Grundgebirge an mit Ausnahme des Grundgebirgsstockwerks in seiner Basis überlagert. Laut Bachmann & wechselnden Anteilen vorhanden. Die geologi- Schwab (2008) ist es zwischen dem Grundge- sche Übersicht in Abb. 3 ist aus der geologischen birgs- und dem Deckgebirgsstockwerk gelegen Karte 1 : 50.000 (GLA Sachsen-Anhalt 1994) und überwiegend aus dem karbonischen und übernommen und zeigt, dass im Norden die permischen Ablagerungsschutt der Varisziden permischen Schichten dominieren, die von Lo- aufgebaut. Diese sind mit den effusiven, rhyo- ckergesteinen des Tertiär und Quartär überdeckt lithischen und andesitischen Gesteinen und sind. Intrusionen granitischer Schmelzen verbunden Für die Hydraulik und Hydrodynamik im Un- (Bachmann & Schwab 2008). tersuchungsgebiet spielen die Gesteine des Das vorletzte Stockwerk wird von Ablagerun- Grundgebirgsstockwerks und des Übergangs- gen der Perioden Perm (Zechstein), Trias, Jura stockwerks nur eine untergeordnete Rolle. Diese und Kreide gebildet (Bachmann & Schwab 2008). Festgesteine sind gering durchlässig und auch Auf Grund seiner vorherrschend flachen Lage- nicht durch Klüfte so stark zersetzt, dass sich rung wird es als Tafelgebirgsstockwerk bezeich- daraus ein nennenswerter Kluftgrundwasserleiter net. ergeben würde.

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qhL Holozäne Auenlehme su Unterer Buntsandstein qN Niederterrasse (Warthe-Stadium) z Zechstein teo Mittel- und Obereozän ro Oberrotliegend sm Mittlerer Buntsandstein ru Unterrotliegend

Abb. 2: Ausschnitt des geologischen 3D Modells der Stadt Halle (Schlesier 2006). Fig. 2: Clip of the geological 3D model of Halle town (Schlesier 2006).

4494500 4495000 4495500 4496000 Zeichenerklärung: Geologie 5707500 5707500 Quartär Anmoorige Flächen Quartär, ungegliedert Geschiebemergel Glazfluviatile Sande des Drenthe Stadiums (Saale-Eiszeit)

5707000 5707000 Te r tiä r Eozäne Sande

Trias Unterer Muschelkalk

Oberer Buntsandstein Mittlerer Buntsandstein Unterer Buntsandstein 5706500 5706500 Perm Oberrotliegend (Konglo- merate, Sandsteine, Tonsteine) Porphyr (Oberrotliegend) Porphyr (Unterrotliegend)

5706000 5706000 Vermuteter Verlauf der Halle-Störung

0250500125 4494500 4495000 4495500 4496000 Meters

Abb. 3: Geologische Karte des Untersuchungsgebiets auf Basis der geologischen Karte 1 : 50 000 (GLA Sachsen- Anhalt 1994). Fig. 3: Geological map of the investigation area based on the geological map scale 1 : 50 000 (GLA Sachsen-Anhalt 1994).

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Die Grundwasser leitenden Schichten des Rot- Es folgen die grundwasserhemmenden liegenden sind nördlich der Halle-Störung ver- Schluff- und Tonmergelsteine des Oberen Bunt- breitet und umfassen die Unter- und Oberrotlieg- sandsteins (Lauer et al. 1998). Die tonig ausge- endablagerungen. Im Verbreitungsgebiet der bildete Pelitröt-Folge trennt den Buntsandstein Rotliegendkonglomerate und -vulkanite sind vom hangenden Grundwasserleiter des Muschel- keine nutzbaren Grundwasservorkommen zu kalks ab (Kater & Koch 2007). Störungssysteme erwarten (Pretschold 1998). Ausschließlich im und Kluftzonen ermöglichen dennoch vereinzelt Rotliegendvulkanitkomplex herrscht eine geringe Verbindungen zum Muschelkalk-GWL (Lauer et Kluftwasserführung (Jordan & Weder 1995). Auf al. 1998). Grund der geringen Wasserführung sowie des Die Kalksteine des Muschelkalks zählen zu geringen Geschütztheitsgrades ist die hydro- den Kluftgrundwasserleitern und gelten nach geologische Bedeutung als gering einzuschätzen Pretschold (1998) ebenfalls als gut wasserfüh- (Kater & Koch 2007). rend. Die ca. 140 m mächtigen Kalksteine des Der Grundwasserleiter des Zechsteins tritt Unteren Muschelkalks (Wellenkalk) sind stark südlich bis südöstlich der Halle-Störung auf und geklüftet und bilden einen der Hauptgrundwasser- ist gut wasserführend (Koch 2000). Die grund- leiter im Raum Halle (Lauer et al. 1998). Die wasserleitenden Schichten (Platten- und Haupt- Wässer sind stark, vor allem durch CaSO4, mine- dolomit) gehören vorrangig dem Leine- und ralisiert und gering geschützt (Kater & Koch Staßfurtzyklus an und bilden einen großräumigen, 2007). hydrodynamischen Komplex (Koch et al. 2006). Als Resultat zahlreicher Flachbohrungen sind Durchschnittlich weisen die Dolomite in Normal- die wesentlichen hydrogeologischen Ver- lagerung 30 bis max. 65 m Mächtigkeit auf (Koch breitungsgebiete der Lockergesteinsgrundwasser- et al. 2006). Der Grundwasserdruckspiegel liegt leiter bekannt (Pretschold 1998). Als Lockerge- bei 72 bis 74 m NHN, das entspricht etwa 25 m steinsgrundwasserstockwerk werden die Grund- unter Geländeoberfläche (Koch 2000, Lauer et al. wasserleiter des Tertiärs und Quartärs verstanden. 1998) und zeigt damit deutlich gespannte Ver- Die hydrogeologischen Verhältnisse dieser hältnisse an. Die Zechsteinablagerungen sind Grundwasserleiter sind angesichts ihrer groß- vorwiegend in größeren Tiefen (> 400 m) verbrei- flächigen Verbreitung sowie der oberflächenna- tet (Lauer et al. 1998). hen Lokalisierung sehr gut untersucht. Der Grundwasserleiter des Buntsandsteins ist Die Auswertung der Schichtenverzeichnisse der wirtschaftlich bedeutendste Aquifer des aller Messstellen sowie die Einsichtnahme in Festgesteinsbereichs im Raum Halle (Koch et al. geologische und hydrogeologische Kartenwerke 2006). bestätigten die Vermutung, dass im Unter- Im Hangenden des Zechsteins folgen die suchungsgebiet der Rotliegend-GWL und der Schluffstein- bzw. Sandstein-/Schluffsteinfolgen quartäre Tal-GWL verbreitet sind. Obwohl diese des Unteren Buntsandsteins (Kater & Koch von der hydrogeologischen Charakteristik zwei 2007). Dieser Schichtkomplex ist allgemein vollkommen verschiedene GWL-Typen darstel- wenig wasserführend, da nur geringmächtige, len, wird nicht von zwei gänzlich eigenständigen klüftige Kalk- und Rogensteine eingeschaltet sind GWL ausgegangen. (Pretschold 1998). Der Mittlere Buntsandstein bildet die wichtigsten Teilaquifere innerhalb der Trias (Kater & 3. Untersuchungsmethoden Koch 2007). Die gut klüftigen Sandstein- /Schluffsteinfolgen weisen im Halleschen Raum Die hydrodynamischen Untersuchungen umfas- bei vollständiger Erhaltung bis zu 250 m Mäch- sen einerseits Messungen der Grundwasserstände tigkeit auf und können in mehrere Grundwasser- in der Fläche und andererseits Messungen mit stockwerke gegliedert werden (Pretschold 1998). einer hohen zeitlichen Auflösung. Im Untersu- Nach Lauer et al. (1998) ermöglicht die Halle- chungsgebiet standen etwa 200 Grundwasser- Störung eine hydraulische Verbindung zwischen messstellen zur Verfügung, von denen ein großer den einzelnen GWL-Stockwerken, lokal auch Teil genutzt werden konnte (65), andere waren zum Unteren Buntsandstein und zum Zechstein. zur Schadenserfassung und –beobachtung an Dies hat eine z.T. starke Versalzung von Wässern Altlasten sehr dicht gesetzt und in dieser sehr des Unteren und Mittleren Buntsandsteins sowie lokalen und großskaligen Auflösung wenig des quartären Lockergesteinsgrundwasserleiters sinnvoll für die Erfassung des Strömungsverhal- der Saaleaue zur Folge (Koch et al. 2006). tens im Gebiet.

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Die Daten wurden mit statistischen und geo- Die Grundwasserstandsganglinie wurde an ei- statistischen Methoden ausgewertet. Hierfür ner Messstelle im Rotliegenden automatisch wurden die Softwarepakete der Firmen SPSS aufgezeichnet. Beginn der stündlichen Messun- (2008), Golden Software (2002) und ESRI (2008) gen war am 29.02.04 und die Aufzeichnung eingesetzt. erfolgt seitdem kontinuierlich. Für die folgenden Die Grundwasseroberflächen wurden zunächst Betrachtungen wurde der Zeitraum 29.02.04 bis über Messungen mit Licht- oder Akkustikloten an 31.10.09 gewählt. Vom 06.01.09 bis 03.07.09 den zur Verfügung stehenden Grundwassermess- waren die Aufzeichnungen aus technischen stellen bestimmt. Die Verarbeitung der gemesse- Gründen unterbrochen. nen Daten umfasste die Zuordnung der Messun- Die meteorologischen Daten wurden vom gen zu den Grundwasserleitern und die geostatis- Deutschen Wetterdienst online und frei verfügbar tische Analyse und Interpolation. von der Station Schkeuditz (ca. 20 km entfernt) Zur Analyse und Interpretation der zeitlich zur Verfügung gestellt (DWD 2010). Die direkt hoch auflösend gemessenen Grundwassergangli- neben der Grundwassermessstelle befindliche nie wurden die statistischen Methoden der Korre- Wetterstation des Instituts für Geowissenschaften lation mit meteorologischen Daten und Zeitrei- wurde erst im Jahr 2008 in Betrieb genommen, henanalysen eingesetzt. Dabei wurden neben der hat aber den Vorteil, dass die Parameter in 10 klassischen Periodizitätsanalyse nach dem Ver- Minuten Abständen aufgezeichnet wurden. Dies fahren der Fast Fourier Transformation (FFT) ermöglichte die Verwendung dieser Daten ledig- auch das in Gossel (1999) beschriebene Perio- lich für Korrelationsanalysen in kurzen Zeiträu- denscanning eingesetzt. Hierbei werden nicht nur men aber zeitlich mit einer sehr hohen Auflösung. harmonische Bruchteile des gesamten Untersu- chungszeitraums auf ihre Signifikanz getestet sondern die Periodizitäten mit einer beliebigen, 5. Ergebnisse vorher definierten Auflösung gescannt und die Kreuzkorrelationen zwischen synthetischen und In Abb. 5 ist der resultierende Grundwasserglei- gemessenen Ganglinien berechnet. chenplan dargestellt, der die vorzugsweise Fließ- Für die Bewertung der Kreuzkorrelationen richtung von Nordwesten nach Südosten zeigt. (z.B. zwischen Grundwasserstand und kumulier- Die Gradienten sind mit 0.015 – 0.02 recht hoch, ter Klimatischer Wasserbilanz) wurde auf eine bei einer hydraulischen Durchlässigkeit von Signifikanz von 95% getestet. 2·10-6 [m/s], die durch Slug & Bail Tests und Die hydraulischen Durchlässigkeiten wurden Pumpversuche ermittelt wurde, ergeben sich durch Kurzzeit-Pumpversuche und Slug & Bail jedoch trotz der hohen Gradienten geringe Fließ- Tests ermittelt. Bei den Pumpversuchen, die im geschwindigkeiten von etwa 3·10-6 [m/s] bzw. 1 Rotliegenden angesetzt waren, betrug die Pump- [cm/d]. Im östlichen Bereich des Untersuchungs- zeit aufgrund der hohen Absenkungsraten bei gebietes werden die beiden konzentrischen Struk- sehr geringer Wasserförderung nur etwa 10 turen auf nutzungsbedingte Grundwasserentnah- Minuten. men zurückgeführt. Einzugsgebiete lassen sich aus dem Gleichen- plan nur schwer abgrenzen. Der Zustrom zur 4. Datengrundlagen Grundwassermessstelle auf dem Campus ist etwa 1 km lang. Bei Festlegung einer Grundwasser- An 65 Grundwassermessstellen wurden die scheide zwischen dem Abstrom zu den Brunnen- Wasserstände des Grundwassers gemessen. Die galerien am Nordrand des Stadtteils Neustadt und Lage der Grundwasserbeobachtungsrohre ist dem Abstrom zur Saale und 1 km Abstrombreite Abb. 4 zu entnehmen. Innerhalb des Untersu- kann die Einzugsgebietsgröße auf etwa 2 km² chungsgebiets fanden mehrere Stichtagsmessun- geschätzt werden. Leider kann insbesondere der gen statt (Rienäcker 2008, Böse 2008, Rumpf nordwestliche Teil schlecht ermittelt werden, da 2009), wobei jedoch hauptsächlich die Messwerte hier keine Grundwassermessstellen existieren. vom April 2010 zur Erstellung der Gleichenpläne Damit ist das Einzugsgebiet der Messstellen auf genutzt wurden. dem Universitäts-Campus als klein zu bezeich- Die hydraulische Durchlässigkeit des Rotlie- nen. genden wurde auf dem Campus an einer Grund- wassermessstelle ermittelt.

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Abb. 4: Übersicht der Grundwassermessstellen mit stratigraphischer Zuordnung der Filterstrecken. Die Messstelle GWM 6 wurde für die Untersuchung der hydraulischen Leitfähigkeit des Rotliegenden genutzt. Stündliche Wasser- standmessungen wurden an GWM 1 automatisch aufgezeichnet. Fig. 4: Overview of the groundwater observation wells with stratigraphy of the filters. The observation well GWM 6 was used for the investigation of the hydraulic conductivity of the Rotliegend. The hourly water level measurements were recorded automatically.

Abb. 5: Grundwassergleichenplan im Untersuchungsgebiet auf Grundlage der Stichtagsmessung im April 2010. Fig. 5: Groundwater contours of the investigation area based on the measurement of April, 2010.

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Eine Erstellung von Gleichenplänen ver- 01.05.06 – 30.04.07 auch stündliche Daten schiedener Grundwasserleiter ist in diesem ausgewertet. Die technisch bedingte Datenlücke Bereich der Stadt wenig sinnvoll, da die nördli- 06.01.09 bis 03.07.09 wurde mit Hilfe statisti- chen Messstellen alle im Rotliegenden verfiltert scher Methoden geschlossen. Die Grundwasser- sind und die Messstellen im Süden des Untersu- ganglinie zeigt einen leicht positiven Trend, der chungsgebiets ihre Filterstrecken durch mehrere aber nicht signifikant ist. Meter mächtige und relativ gut durchlässige Im Rahmen der statistischen Auswertungen quartäre Schichten im oberflächennahen Bereich der Zeitreihen wurden Kreuzkorrelationen, Fast- angesiedelt haben. Wie aus dem Grundwasser- Fourier-Transformationen (FFT) und Periodens- gleichenplan zu entnehmen, entlasten die Grund- cannings (Gossel 1999) durchgeführt. Durch die wasserleiter des Rotliegenden im Süden und FFT und das Periodenscanning können Periodi- Osten des Untersuchungsgebiets. Die hydrauli- zitäten innerhalb einer Zeitreihe analysiert sche Funktion der im südlichen Bereich des werden, so konnte z.B. mit der FFT die Jahres- Untersuchungsgebiets verlaufenden Halleschen periodizität an der Messstelle GWM 1 darge- Störung kann somit auf der vorliegenden Daten- stellt werden. Durch Kreuzkorrelationen werden grundlage nur als nicht hemmend angenommen standardmäßig zeitliche Versätze zwischen 2 werden. verschiedenen Zeitreihen analysiert. Die Periodizitätsanalyse ergab für die Me- Statistische Auswertungen thoden der FFT und des Periodenscannings leicht unterschiedliche Ergebnisse. Die FFT An einer der Grundwassermessstellen auf dem zeigte bei der Betrachtung des gesamten Beo- Universitäts-Campus (GWM 1) wurde die in bachtungszeitraums nur eine signifikante Perio- Abb. 8 dargestellte Ganglinie gemessen. Die de von etwa 365 Tagen. Auch die Auswahl eines stündlichen Aufzeichnungen wurden nur für die kürzeren Zeitraums erbrachte keine zusätzlichen Zeitreihenanalyse genutzt. Für Kreuzkorrelatio- Ergebnisse wie aus dem Periodogramm in Abb. nen mit Klimadaten wurden im Gesamtzeitraum 6 zu entnehmen ist. tagesweise gemittelte und nur im Zeitraum

Abb. 6: Periodogramm der Grundwasserganglinie an GWM 1 für den Zeitraum 01.11.04 bis 31.10.08 (4 hydrologische Jahre). Fig. 6: Periodogram of the groundwater hydrograph at GWM 1 for the time frame Nov 1, 2004 to Oct. 31, 2008 (4 hydrological years).

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Mit Hilfe des Periodenscannings konnten stellt werden. Bei einem 95 % Vertrauensintervall demgegenüber mehrere kürzere Perioden im (Signifikanzgrenze 0.008) sind nicht nur die Grundwassergang festgestellt werden. Da bei langen Perioden von 365 Tagen bzw. harmoni- dem Periodenscanning die Korrelationskoeffi- schen Bruchteilen davon sondern auch ver- zienten der jeweiligen Periode berechnet werden gleichsweise kurze Perioden von 9 und 11 Tagen (s. Abb. 7.), kann direkt die Signifikanz festge- zu verzeichnen.

Abb. 7: Ergebnis des Periodenscans. Die Korrelationskoeffizienten auf der Ordinate geben einen Hinweis auf die Signifikanz (Grenze des 95% Vertrauensintervalls: 0.008). Fig. 7: Result of the period scanning. The correlation coefficients on the y-axis indicate the significance (limit of the 95% confidence interval: 0.008).

Abb. 8: Vergleich der Ganglinien der kumulierten Klimatischen Wasserbilanz und der Grundwasserstände im Zeitraum 01.03.04 bis 31.10.09 auf Tagesbasis. A: Darstellung der Ganglinien; B: Kreuzkorrelogramm der beiden Ganglinien. Fig. 8: Comparison of the hydrographs of the cumulated climatic water balance and the groundwater levels in the time frame Mar 1, 2004 to Oct 31, 2009 based on daily measurements. A: Visualization of the measurements, B: Cross-correlogram of both hydrographs.

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Die kumulierte Klimatische Wasserbilanz Klimatischen Wasserbilanz bzw. Tagesmittelwer- (Differenz zwischen Niederschlag und potentiel- te des Grundwasserstandes) zeigen, dass bei einer ler Evapotranspiration) wurde nur in der trendbe- Verschiebung um 9 Tage die Korrelation deutlich reinigten Form dargestellt, da aufgrund der dau- signifikant ist (s. Abb. 8b). Bei einer stündlichen erhaft negativen Jahreswasserbilanzen ein deut- Auflösung (s. Abb. 9a) zeigen sich zusätzlich lich negativer Trend vorliegt, der den Vergleich hohe Korrelationen in dem betrachteten Zeitraum unnötig verzerrt hätte. 01.05.06 bis 30.04.07 bei einer Zeitverschiebung Die Korrelationen zwischen der kumulierten von etwa 60 Stunden, allerdings liegt auch hier Klimatischen Wasserbilanz und der Grundwas- das Maximum bei 235 Stunden, also 9-10 Tagen serganglinie auf Tagesbasis (Tagessummen der (s. Abb. 9b).

Abb. 9: Vergleich der Ganglinien der kumulierten Klimatischen Wasserbilanz und der Grundwasserstände im Zeitraum 01.05.06 bis 30.04.07 auf Stundenbasis. A: Darstellung der Ganglinien; B: Kreuzkorrelogramm der beiden Ganglinien. Fig. 9: Comparison of the hydrographs of the accumulated climatic water balance and the groundwater levels in the time frame May 1, 2006 to Apr 30, 2007 based on hourly measurements. A: Visualization of the measurements, B: Cross-correlogram of both hydrographs.

6. Interpretation und Diskussion flussung von Bauten im Untersuchungsgebiet (Wohnhäuser und Universitätsgebäude). Flurnahe Die Stichtagsmessung fand am Ende eines sehr Schichtenwasserstände wurden durch die Mes- langen Winters mit einem außerordentlich hohen sung wegen der Tiefenlage der Filterstrecken Schneefall statt. Dies führte zu sehr hohen Grund- allerdings nicht erfasst. wasserständen, die z.T. etwa einen Meter höher Die Ergebnisse der Kreuzkorrelationen kön- lagen als in trockenen Zeiten. Ein Vergleich mit nen so interpretiert werden, dass innerhalb von anderen hydrologischen Strömungszuständen ist etwa 9 Tagen eine Reaktion des Grundwasser- deshalb nicht möglich, weil lediglich Stichtags- standes auf die klimatischen Verhältnisse festge- messungen an einem Teil der Grundwassermess- stellt werden kann. Diese Reaktionszeit weist auf stellen durchgeführt wurden und immer am Ende die vergleichsweise träge Reaktion des Einzugs- des Frühjahrs mit ähnlichem Ergebnis wie dem gebiets hin. Obwohl das Einzugsgebiet mit etwa 2 vorliegenden oder Ende des Sommers bei mini- km² nicht groß ist und daher eine hohe Dynamik malen Wasserständen gemessen wurde. Ein bei kurzen Reaktionszeiten aufweisen müsste, mittlerer Gleichenplan kann auf diesem Wege sind die sehr geringen hydraulischen Durchläs- nicht erzeugt werden. Der Vorteil des vorliegen- sigkeiten maßgeblich für eine verzögerte Reakti- den Plans liegt in der Nutzbarkeit für die Beein- on. Zudem wirkt sich die von Wald geprägte

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Landnutzung dämpfend und verzögernd auf die algorithmus wird durch aktuelle Rechnerarchitek- Dynamik aus. turen wettgemacht, so dass der Erkenntnisgewinn Die kürzere Reaktionszeit von 60 Stunden, die die Nachteile überwiegt. sich aus der Kreuzkorrelation der stündlichen Bei den Interpolationsverfahren erwies sich Messwerte ableiten lässt, zeigt eher die Reakti- die Standardmethode des Ordinary Kriging als onszeit vor Ort an. Sie ist daher bei weitem nicht völlig ausreichend für die Aufgabenstellung. Bei so ausgeprägt wie die Reaktion des Einzugsge- der Variogrammanalyse zeigte sich die Anpas- biets und lässt sich je nach gewähltem Zeitab- sung eines linearen Variogramms als beste Annä- schnitt besser oder schlechter statistisch nachwei- herung an das experimentelle Variogramm, was sen. Auch hier können die geringen hydraulischen zu der Frage führt, ob evtl. ein Trend prägend für Durchlässigkeiten zur Erklärung der starken die Interpolation sein könnte. Ein Vergleich mit Verzögerung herangezogen werden. dem Ergebnis eines Universal Krigings erbrachte Die Ergebnisse der Zeitreihenanalyse sind be- jedoch keine bemerkenswerten Differenzen. sonders bei der Auswertung der kurzen Periodizi- täten interessant. Während die 365-Tage-Periode trivial ist, lassen die kurzen Perioden von 9 bzw. 7. Schlussfolgerungen 11 Tagen darauf schließen, dass eine Dominanz der meteorologischen Einflüsse zu verzeichnen Die Beobachtung der Grundwasserstände in ist. Diese weisen durch die Hoch- und Tief- einem kleinen Festgesteinseinzugsgebiet ergibt druckwechsel im Betrachtungszeitraum ebenfalls sehr wesentliche Erkenntnisse insbesondere über eine solche Periode auf, die auch signifikant ist. die Prozesse der Grundwasserneubildung. Wäh- Leider besteht bei der Methode des Periodens- rend die oberirdische Abflussbildung aus vielen canning immer die Notwendigkeit, unabhängige Einzugsgebieten deutschlandweit mittlerweile gut Perioden zu finden, d.h. Perioden, die sich nicht abgeschätzt und in Modellen abgebildet werden als harmonischer Bruchteil einer sehr viel deutli- kann (u.a. Dietrich et al. 2009, Luce et al. 2006), cheren Periode darstellen lassen. sind die Prozesse beim Grundwasser gerade in Die statistischen Methoden der Kreuzkorrela- wenig ergiebigen und daher für die Trinkwasser- tion und Zeitreihenanalyse sowie die geostatisti- versorgung unbedeutenden Festgesteinsgebieten schen Methoden erwiesen sich für hydraulische wenig untersucht worden. Die hohe zeitliche Untersuchungen als sehr effizient und können Auflösung ist grundsätzlich gerade in kleinen offensichtlich für eine Vielzahl von Aufgaben Einzugsgebieten notwendig. Aufgrund der hyd- genutzt werden. Prognosen über Grundwasser- raulischen Durchlässigkeiten des Gesteins erge- standsentwicklungen infolge von klimatischen ben sich jedoch offensichtlich deutliche Unter- Verhältnissen können gestellt werden. Bei beson- schiede. Während die Reaktionszeiten in Karst- deren klimatischen Verhältnissen können somit grundwasserleitern bei nur wenigen Stunden geeignete Maßnahmen in einem sinnvollen Zeit- liegen (u.a. Sauter et al. 2006), sind es im vorlie- rahmen ergriffen werden. Numerische Grundwas- genden Fall mehrere Tage. Die Messintervalle sermodellierungen sind daher für eine Reihe von müssen (oder können) also den mehrjährigen Fragestellungen nicht notwendig. Untersuchungen zufolge wesentlich verlängert Der Vergleich der Methoden zeigt die jeweili- werden, wenn sich die Einflüsse nicht wesentlich gen zu präferierenden Einsatzgebiete z.T. nur verändern. Zudem bieten die Kreuzkorrelationen undeutlich an. Für die Vorhersage von Grund- mit den klimatischen Daten einen guten Anhalts- wasserständen aufgrund klimatischer Entwick- punkt für die zu erwartenden Grundwasserstände, lungen oder Ereignisse ist das Ergebnis der wenn sie einmal für einen längeren Zeitraum Kreuzkorrelationsanalyse sehr wesentlich. Es detailliert aufgenommen wurden. kann wahrscheinlich durch aktuelle Methoden Die angewandten statistischen und geostatisti- wie z.B. genetic algorithms, adaptive oder selbst schen Methoden eignen sich für eine Reihe von lernende Algorithmen noch verbessert werden. Fragestellungen, die weit über den als besonders Die eingesetzten Verfahren zur Zeitreihenana- wichtig angesehenen höchsten gemessenen lyse sind sehr unterschiedlich zu bewerten. Die Grundwasserstand hinausgehen. Sie müssen FFT ist zwar ein weit verbreitetes, gut bekanntes jedoch der Fragestellung entsprechend eingesetzt und effizientes Verfahren zur Zeitreihenanalyse, werden. Die Nutzung neuer Entwicklungen in der aber das Periodenscanning zeigt im vorliegenden Informationstechnologie wird auch die Effizienz Fall leichte Vorteile bei der Erkennung kurzer bei der Prognose und die Anzahl der Messpara- Periodizitäten. Die Ineffizienz des Berechnungs- meter verringern können. Entsprechende weitere

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Forschungsansätze sind in Planung. Selbstver- be__tageswerte__node.html%3F__nnn%3Dtrue, ständlich müssen dabei die der statistischen zuletzt abgerufen 10.06.2010 Betrachtung immanenten Beschränkungen der ESRI (2008): Using ArcGIS Geostatistical Analyst.- Aussagefähigkeit beachtet werden, z.B. dass bei ESRI Press. – 300 S; Redlands, California. gravierenden Eingriffen in potentielle Prozesspa- G.E.O.S. (1999): Grundwasserschadstoffbelastungska- taster des Stadtgebietes Halle. – G.E.O.S. Ingeni- rameter die statistischen Charakteristika ungültig eurgesellschaft mbH; Freiberg. – (Unveröffent- werden, da sie auf einer Black-Box-Modellierung licht) ohne Abbildung des Systemzusammenhangs GLA Sachsen-Anhalt (1994): Geologische Karte Halle aufbauen. und Umgebung 1 : 50 000; Halle (Saale). Bisher konnte mit den genutzten Methoden Gossel, W. (1999): Hydrogeologie und Grundwasser- nicht geklärt werden, welche hydraulische Funk- haushalt ausgewählter anthropogen wenig beein- tion die Hallesche Störung hat. Dies wird in flußter Grundwassereinzugsgebiete in Berlin. – Zukunft durch eine Erweiterung des Untersu- Berliner geowiss. Abh. (A) 199: 170 S.; Berlin. chungsgebiets und durch häufigere Messungen im Golden Software (2002): Surfer 8 User’s Guide – südlich anschließenden Stadtteil Neustadt mit Golden Software. – 640 S; Golden, Colorado. Jordan, H. & Weder, H.-J. (1988): Hydrogeologie. – weiteren Arbeiten verfolgt. Des Weiteren sind Dt. Verl. für Grundstoffindustrie, 1. Aufl. – 444 S.; numerische Bodenwasserhaushaltsmodelle ange- Leipzig dacht, um die erhaltenen Ergebnisse anschließend Heckner, J., Herold, U. & Strobel, G. (1997): Geolo- vergleichen und auswerten zu können. gisch-ingenieurgeologische Beobachtungen im Nahbereich der Halleschen Störung / Stadt Halle (Saale). – Mitt. Geol. Sachsen-Anhalt, 3: 89-107; Halle (Saale). 8. Literatur Kater, R. & Koch, T. (2007): Sachsen-Anhalts ver- deckte Ströme – Das Grundwasser im Spannungs- Bachmann, G. H. & Schwab, M. (2008): Regionalgeo- feld von Wasserwirtschaft, Industrie und Bergbau logische Stellung. – Bachmann, G. H., Ehling, B.- in Vergangenheit und Gegenwart. – Mitt. Geol. C., Eichner, R. & Schwab, M.: Geologie von Sach- Bergwesen Sachsen-Anhalt, 13 (1): 135 S.; Halle sen-Anhalt. – 689 S.; Stuttgart (E. Schweizer- (Saale). bart’sche Verlagsbuchhandlung). Katzung, G. & Ehmke, G. (1993): Das Prätertiär Blume, A. (2010): Oberflächennahe, geothermische Ostdeutschlands. Strukturstockwerke und ihre re- Potentialkartierung für das Stadtgebiet Halle (Saa- gionale Gliederung. – 193 S.; Köln (Verlag Sven le) auf Basis des geologischen 3D-Modells. – Un- von Loga). veröffentlichte Diplomkartierung, Martin-Luther- Kaufmann, D. (1991): Ein Blick in die Geschichte. – Universität. – 61 S.; Halle (Saale). Die Dölauer Heide, Waldidyll in Großstadtnähe – Böse, N. (2008): Stichtagsmessungen ausgewählter 85-93; Halle (Saale). – (Magistrat der Stadt Halle) Grundwassermessstellen in Halle (Saale). – Unver- Knoth, W. (1992): Geologische Verhältnisse. – Geolo- öffentlichte Projektarbeit, Martin-Luther-Universi- gische Übersichtskarte von Sachsen-Anhalt tät – 12 S.; Halle (Saale). 1:400.000 mit Erläuterungen, Landesamt f. Geolo- Dietrich, J., Schumann, A., Pfützner, B., Walther, J., gie und Bergwesen Sachsen-Anhalt; Halle (Saale). Wang, Y., Denhard, M. & Büttner, U. (2009): En- Koch, T. (2000): Der Wiederaufschluss des Gutjahr- semblevorhersagen im operationellen Hochwas- brunnens am Hallmarkt in Halle (Saale). – Halle- sermanagement. – HW, 53 (3): 140-145. sches Jahrb. Geowiss., B 22: 141-150; Halle (Saa- DIN 38 402, Teil 13 (1985): Deutsche Einheitsverfah- le). ren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersu- Koch, T., Fischer, I., Kater, R. & Papke, W. (2006): chung – Allgemeine Angaben (Gruppe A) – Probe- Salzgewinnung in Halle und ihre hydrogeologi- nahme aus Grundwasserleitern (A 13). – Norme- scher Rahmen. – Mitt. Geol. Sachsen-Anhalt, 10: nausschuß Wasserwesen (NAW), Deutsches Insti- 19-29; Halle (Saale). tut für Normung, Dezember 1985. – 14 S. Lauer, D., Lauer, M. & Zimmermann, G. (1998): Die DWD (2010): Wetterdaten der Station Schkeuditz.- Grundwasserabsenkung im Stadtgebiet Halle- http://www.dwd.de/bvbw/appmanager/bvbw/dwdw Neustadt – geologische, hydrologische und techni- wwDesk- sche Bedingungen. – Hallesches Jb. Geowiss., B, top?_nfpb=true&_pageLabel=_dwdwww_kli- Beih. 4: 79-97; Halle (Saale). ma_umwelt_klimadaten_deutschland&T82002gsb Luce, A., Haag, I. & Bremicker, M. (2006): Einsatz Document- von Wasserhaushaltsmodellen zur kontinuierlichen Path=Navigation%2FOeffentlichkeit%2FKlima__ Abflussvorhersage in Baden-Württemberg. – HW Um- 50 (2): 58-66. welt%2FKlimadaten%2Fkldaten__kostenfrei%2Fa Pohlert, M. (2005): Digitale 3D-Kartierung der Stadt usga- Halle/Saale. Voraussetzungen und strukturelles

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Konzept eines GIS-basierten Rauminformations- Rumpf, D. (2009): Grundwasserdynamik im Gebiet systems. – Unveröffentlichte Diplomkartierung, Heide-Nord, Halle (Saale). – Unveröffentlichte Martin-Luther-Universität. – 73 S.; Halle (Saale). BSc-Arbeit, Martin-Luther-Universität. – 36 S.; Pretschold, H.-H. (1998): Weiterentwicklung der Halle (Saale). hydrogeologischen Modellvorstellungen im Stadt- Sauter, M., Kovács, A., Geyer, T. & Teutsch, G. gebiet Halle mittels umweltgeologischer Untersu- (2006): Modellierung der Hydraulik von Karst- chungsergebnisse der Bohrungen Hy Hal 1-4/94. – grundwasserleitern – Eine Übersicht. – Grundwas- Hallesches Jb. Geowiss., B, Beih. 4: 35-48; Halle ser, 11 (3): 143-156; Berlin, Heidelberg. (Saale). Schlesier, D. (2006): Geologische 3D-Kartierung des Preuß. Geol. Landesanstalt (Hrsg.) (1922): Geologi- Stadtgebietes Halle (Saale). Multimediale Umset- sche Karte Halle (Nord) an der Saale, Maßstab 1 : zung und wissenschaftliche Visualisierung geolo- 25.000, Messtischblatt Nr. 4437, 2. Auflage; Ber- gischer Daten. – Unveröffentlichte Diplomarbeit, lin. Diplomkartierung, Martin-Luther-Universität. – Rienäcker, J. (2009): Grundwasserdynamik im Gebiet 105 S.; Halle (Saale). Heide-Süd (Sachsen-Anhalt). – Unveröffentlichte SPSS (2010): SPSS 18.0 Statistics Base User’s Guide. BSc-Arbeit, Martin-Luther-Universität. – 66 S.; – support.spss.com/ProductsExt/SPSS/ Documen- Halle (Saale). tation/SPSSforWindows/index.html (zuletzt abgerufen 10.06.2010), 640 S; Chicago.

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 143-158, 5 Abb., 4 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Methode und Ergebnis einer Gliederung des Landes Sachsen- Anhalt in hydrologische Regionen

Tim G. Hoffmann, Dietmar Mehl & Christiana Mühlner*

Hoffmann, T. G., Mehl, D. & Mühlner, Chr. (2011): Methode und Ergebnis einer Gliederung des Landes Sachsen- Anhalt in hydrologische Regionen. [Method and result of a classification of the State of Saxony-Anhalt in hydrological regions.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 143-158, Halle (Saale).

Kurzfassung: In Fortsetzung vorangegangener, naturräumlicher Gliederungen des Landes-Sachsen-Anhalts wird mit dem objektiven Verfahren einer multivariaten Clusteranalyse eine Unterteilung des Bundeslandes in hydrologische Regionen vorgenommen. Basis der Unterteilung sind die Oberflächenwasserkörper entsprechend EU-Wasser- rahmenrichtlinie und modellierte Komponenten des Wasserhaushaltes. Neben einer kurzen Erläuterung des Prinzips der Clusteranalyse wird die Vorgehensweise und Parameterwahl zur Erzeugung der Gliederung dargestellt. Einer anschließenden Betrachtung der Güte des Verfahrens folgt eine Auswertung nach Abflussregimen, die aus gemessenen Abflusszeitreihen der Pegel in den Regionen berechnet wurden. Nicht zuletzt werden die signifikanten Hauptei- genschaften des Wasserhaushaltes für die hydrologischen Regionen übersichtlich beschrieben und verglichen.

Abstract: In continuation of former geographical classifications of the natural landscapes of Saxony-Anhalt a multivariate cluster analysis was performed as an objective method for the classification of the federal state into hydrological regions. The surface water bodies specified in the European Water Framework Directive and their modeled components of water balance were the basis of this division. The approach and parameter choice for the hydrological classification and a short explanation of the principles of the cluster analysis are given. Furthermore, the quality of the procedure was validated and runoff regimes were calculated from measured runoff time series of the gauging stations in the regions. Finally, significant main properties of the water balance are described clearly and compared to the hydrological regions.

Schlüsselwörter: Hydrologie, Abflussdynamik, Abflussregiome, hydrologische Regionen, Clusteranalyse, Sachsen- Anhalt

Keywords: hydrology, runoff dynamics, flow regime, hydrologic regions, cluster analysis, Saxony-Anhalt

*Anschriften der Autoren: Dr. rer. nat. Tim G. Hoffmann ([email protected]), biota – Institut für ökologische Forschung und Pla- nung GmbH, Nebelring 15, D-18246 Bützow; Dr. rer. nat. Dr. agr. Dietmar Mehl ([email protected]), biota – Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH, Nebelring 15, D-18246 Bützow; Dipl.-Geogr. Christiana Mühlner ([email protected]), Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt, Willi-Brundert-Straße 14, D-06132 Halle (Saale).

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1. Einleitung  Vermeidung einer weiteren Verschlechte- rung sowie Schutz und Verbesserung des Naturraum- bzw. Landschaftsgliederungen sind Zustands der aquatischen Ökosysteme dem allgemeinen Zweck bestimmt, geographische und der direkt von ihnen abhängenden Muster oder Strukturen von Landschaften ord- Landökosysteme und Feuchtgebiete im nend und Areal abgrenzend zu systematisieren. Hinblick auf deren Wasserhaushalt, Eine einzelne Landschaft bildet dabei ein einma-  Förderung einer nachhaltigen Wassernut- liges geographisches Individuum, das durch sein zung auf der Grundlage eines langfristi- Inventar, durch den Kontrast, die Funktion und gen Schutzes der vorhandenen Ressour- die Anordnung des Inventars, durch eine charak- cen, teristische Struktur und ein gleiches Wirkungsge-  Anstrebens eines stärkeren Schutzes und füge geprägt ist (Stüdemann 2008). Landschaften einer Verbesserung der aquatischen Um- stellen eine chorische Verflechtung der topischen welt, unter anderem durch spezifische Grundbausteine dar; ihre Größe ist eine Frage des Maßnahmen zur schrittweisen Reduzie- Betrachtungsmaßstabes und der charakteristi- rung von Einleitungen, Emissionen und schen Raum-Zeit-Struktur (Neef 1967), womit Verlusten von prioritären Stoffen und auch die Frage nach der Grenze einer Landschaft durch die Beendigung oder schrittweise und damit des Überganges zu einer benachbarten Einstellung von Einleitungen, Emissio- Landschaft bestimmt ist. nen und Verlusten von prioritär gefährli- Geographisch bzw. landschaftsökologisch ori- chen Stoffen; entierte Landschaftsgliederungen streben an, die  Sicherstellung einer schrittweisen Redu- landschaftliche Komplexität sachgerecht zu zierung der Verschmutzung des Grund- erfassen. Für Deutschland war es zunächst das wassers und Verhinderung seiner weite- „Handbuch der naturräumlichen Gliederung ren Verschmutzung und Deutschlands“ (Meynen et al. 1962), das für  Beitrag zur Minderung der Auswirkungen einen solchen Anspruch steht. In den letzten von Überschwemmungen und Dürren. Jahrzehnten sind in vielen Regionen und insbesondere auf der Ebene von Bundesländern neuere Im Rahmen der „Entwicklung und Bereitstel- und räumlich detailliertere Gliederungen hinzu- lung einer Bewertungsmethodik zur Beurteilung gekommen. Grundsätzlich steht bei der großmaß- des hydrologischen Regimes der Oberflächen- stäblichen, landschaftsökologischen Erkundung wasserkörper (Fließgewässer und Seen) gemäß die Analyse der Oberflächengestaltung im Vor- EU-WRRL im Land Sachsen-Anhalt“ wurde im dergrund (Haase 1967). Das Relief wird dabei Auftrag des Landesbetriebes für Hochwasser- zum Ausgangspunkt einer physiognomisch orien- schutz und Wasserwirtschaft des Landes Sachsen- tierten, räumlichen Gliederung, so dass sich vor Anhalt (Mehl et al. 2010, Hoffmann et al. 2010) allem eine Betrachtung in morphogenetischer eine Landesgliederung nach hydrologischen Hinsicht anbietet (Marcinek 1975). Regionen bzw. Abflussregionen als Teilergebnis Für praktische Fragen interessiert indes häufig erarbeitet, die nachfolgend vorgestellt werden nicht die landschaftliche Komplexität; vielmehr soll. Dabei besteht das engere Ziel des genannten stehen angewandte Fragen im Vordergrund, die Vorhabens darin, methodische Grundlagen für mit gesellschaftlichen Bedürfnissen oder Ent- eine Bewertung hydrologischer Merkmale als wicklungen zusammenhängen (Mannsfeld 1984) Teil der sogenannten „hydromorphologischen und die stärker einzeldisziplinärer Natur sind. Qualitätskomponenten“ zur Einstufung des öko- Solche und aktuelle Fragestellungen bilden logischen Zustands der Oberflächengewässer beispielsweise Aufgaben des Gewässerschutzes, nach Anhang V WRRL zu legen. Die WRRL zumal vor dem gesetzlichen Hintergrund der im schreibt in Anhang II verbindlich vor, dass Ober- Jahr 2000 in Kraft getretenen Europäischen flächenwasser- sowie Grundwasserkörper nach Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), die erhöhte einheitlichen Bezügen abgeleitet werden müssen. Anforderungen an wasserwirtschaftliches Planen Berichtspflichtig bei der Umsetzung der WRRL und Handeln stellt. hinsichtlich der Oberflächengewässer sind die Das Ziel der WRRL ist entsprechend Artikel 1 Fließgewässer mit einem Eigeneinzugsgebiet von die Schaffung eines Ordnungsrahmens für den  10 km² und die Standgewässer mit einer Flä- Schutz der Binnenoberflächengewässer, der chengröße von  0,5 km² (50 ha). Übergangsgewässer, der Küstengewässer und des Grundwassers zwecks

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Im engeren Sinne entzieht sich der Begriff der (1) Die Abflussbildung in den Einzugsgebieten hydrologischen Region einer konkreten Betrach- (Landphase) tung (Dyck et al. 1980), da grundsätzlich ver- (2) Die Abflusskonzentration im Gewässernetz schiedenste Merkmale genutzt werden könnten, der Abflussbildungsgebiete (Flussbettpha- um zu differenzieren und zu typisieren. Als ein se) spezifisches Beispiel sei hier auf die Arbeit von (3) Der Durchflussverlauf in den Wasserläufen Merz et al. (2006) zur raum-zeitlichen Variabilität (Wellenabflachungsphase) von Ereignisabflussbeiwerten in Österreich mit dem Hintergrund einer räumlichen Gliederung Der (überschüssige) landschaftliche Abfluss dieses Hochwasserfaktors in jahreszeitlicher sammelt sich unter normalen Bedingungen in den Abhängigkeit verwiesen. Dem landschaftsökolo- Oberflächengewässern eines Einzugsgebietes. gischen Gesamtansatz am nächsten kommen Die Fließgewässer als linienhafte Landschafts- hingegen hydrologische Regionalgliederungen, elemente führen das Wasser ab, wobei die hohe bei denen das Abflussregime zugrundegelegt ist landschaftsökologische Bedeutung des Abfluss- (z. B. Grimm 1968, Gamma 1992, HAD 2000, prozesses und des daran gekoppelten Stofftrans- 2001, 2003). Eine solcherart bestimmte hydrolo- portes in seiner grundsätzlich gerichteten, aber gische Region ist durch ein typisches Abflussre- stets Raumeinheiten verbindenden Wirkung liegt gime nach Größe und zeitlicher Schwankung des (Mehl 2006). Ein Wasserüberschuss ist immer Abflusses gekennzeichnet. Innerhalb einer jewei- dann gegeben, wenn der Niederschlag summa- ligen hydrologischen Region wird damit eine risch die Verdunstung und die Speicherung Ähnlichkeit wesentlicher (landschaftsbestimmter) übertrifft. Für die Einzugsgebiete der Fließgewäs- hydrologischer Prozesse unterstellt. Die unter- ser gilt bei Zeitabschnitten von wenigen Jahren schiedlichen Abflussregime werden durch die oder Einzeljahren die Bilanzgleichung: Regimefaktoren bestimmt, wozu die Gebietsei- genschaften sowie die hydrometeorologischen R = P - ET - ΔS in mm/a Faktoren zählen. Bei der Ableitung hydrologischer Gebiets- mit P – Niederschlag, ET – Evapotranspiration, R bzw. Regionalgliederungen ist grundsätzlich – Abfluss, ΔS – Speicheränderung zwischen genetischen und empirischen Methoden zu unterscheiden. Die genetische Methode zielt Abflussregime basieren letztlich auf der Paramet- auf die Bestimmung der für die hydrologischen risierung deterministischer und stochastischer Prozesse maßgebenden Gebietseigenschaften. Sie Ausgangssignale des Geosystems „Einzugsge- baut auf der „regionalen Verteilung der Einfluss- biet“ und enthalten damit „zugleich Informatio- faktoren“ (Dyck et al. 1980) auf. Im Gegensatz nen über vom Prozess durchlaufene Teilsysteme dazu gliedern empirische Methoden Regionen bzw. Raum- oder Flächeneinheiten“ (Aurada nach ermittelten hydrologischen Kenngrößen wie 1984). Aus dem Vorstehenden folgt, dass hydro- z. B. Abflussdaten der Pegel. Bei derartigen logische Gliederungen auf Grund ihrer system- Verfahren muss aus der „Gebietsreaktion“ auf die haften, einzugsgebietsbezogenen Grundlegung hydrologischen Prozesse und ihre Kennzeichen relativ scharfe Raumabgrenzungen ermöglichen geschlossen werden. Unter Nutzung von Ver- und im Regelfall sogar erfordern. gleichsdaten und Erfahrungswerten können mittelbar auch wesentliche Gebietseigenschaften erkannt oder zumindest grundlegend unterschie- 2. Bestehende Raumgliederungen in den werden (Mehl 2004). Sachsen-Anhalt Als Abflussregime wird gemäß DIN 4049 Teil 1 der charakteristische und von den Eigenschaf- Bisher publizierte Gliederungen Sachsen-Anhalts ten des zugehörigen Einzugsgebietes abhängige sind entsprechend des fachlichen Hintergrunds Gang des Abflusses eines Gewässers bezeichnet. mehr oder minder komplexer Natur. Aufbauend Dabei umfassen die Regimefaktoren alle diejeni- auf „klassische“ Parameter wie Klima, Nieder- gen Eigenschaften, die für die Transformation des schlag, Geologie, Boden aber auch Geomorpho- Niederschlages in den Gebietsabfluss und den logie entstanden so differenzierte naturräumliche resultierenden Gewässerdurchfluss verantwortlich Betrachtungen, die ihre Resonanz in thematischen zeichnen. Beim Niederschlags-Abfluss-Prozess Karten fanden. Schröder (1997) systematisiert das lassen sich drei Hauptphasen unterscheiden bis dato vorliegende Material verschiedenster (Dyck & Peschke 1983): Autoren und gibt einen umfassenden Überblick

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über die natürliche Umwelt Sachsen-Anhalts mit landschaften als separate Einheiten ausgegrenzt folgenden Schwerpunkten: (LAU 2000). Auch in den Tätigkeitsberichten des Lan-  Geologie Sachsen-Anhalt (Akademie der desamtes für Bergwesen und Geologie (ehemals Wissenschaften der DDR 1981) Geologisches Landesamt) sind geologische,  Variszikum in Sachsen-Anhalt (Schröder pedologische und regionalgeologische Gliederun- 1994; nach Möbus 1968) gen Sachsen-Anhalts enthalten (GLA 1993).  Eisrandlagen auf dem Territorium von Ziel dieser Arbeit ist eine Fortschreibung der Sachen-Anhalt (Schröder 1994; nach Tradition der geographischen Landesgliederun- Schulz 1962, Ruske & Wünsche 1964, gen für Sachsen-Anhalt. Neu ist dabei der Ge- Ruske 1964, Marcinek & Nitz 1973, genstand der Betrachtungen und die Wahl der Weisse 1974) Methodik zur Bestimmung einer solchen Gliede-  Verbreitung der Lößderivate in Sachsen- rung. Anhalt (Haase et al. 1970)  Durchschnittliche jährliche Nieder- schlagssummen in Sachsen-Anhalt 3. Methode und Datenbasis (Schröder 1994; nach Schlüter & August 1958, Veit 1987 und Meteorologischen Da die Gliederung des Landes Sachsen-Anhalts Dienst der DDR) in hydrologische Regionen anhand einer objekti-  Beginn der Apfelblüte in Sachsen-Anhalt ven und nachvollziehbaren Methode umgesetzt (Vollfrühlingseinzug) (Schlüter & Au- werden soll, wird eine agglomerative, hierarchi- gust 1958) sche Clusteranalyse mit anschließender Korrektur  Beginn der Winterroggenernte in Sach- durch eine Clusterzentrenanalyse durchgeführt. sen-Anhalt (Hochsommereinzug) (Schlü- ter & August 1958) 3.1 Prinzip einer Clusteranalyse  Mittlere Abflusshöhen in Sachsen- In der Clusteranalyse wird in einem iterativen Anhalt für die Jahresreihe 1901-1950 Verfahren eine Gruppierung von Objekten mit (Institut für Wasserwirtschaft Berlin ähnlichen Eigenschaftsausprägungen vorgenom- (1973), Atlas DDR 1981) men. Da die Anzahl der in Betracht gezogenen  Böden Sachsen-Anhalts (Akademie der Eigenschaften theoretisch unbegrenzt ist, spricht Wissenschaften der DDR 1981) man auch von einer multivariaten, statistischen  Naturräumliche Einheiten Sachsen- Analysemethode. Man betrachtet die Objekte als Anhalts (Schröder 1994) Vektoren in einem n-dimensionalen Vektorraum. Im Sinne einer chorischen Betrachtung (vgl. Die Anzahl der zur Analyse herangezogenen Neef 1967, Richter 1967, Haase 1973) grenzt Eigenschaften bestimmt die Dimension dieses Schröder (1997) naturräumliche Haupteinheiten Vektorraumes, die einzelnen Eigenschaftsausprä- wie beispielsweise den Harz, die Altmark oder gungen jedes Objektes können als Koordinaten den Drömling ab und untergliedert einige noch des entsprechenden Vektors aufgefasst werden. weitergehender. Versinnbildlicht man sich die Menge der Vekto- Weitere Landschaftsgliederungen entstanden ren als Punktwolke in einem n-dimensionalen nach 1990 in den verschiedenen Fachbehörden Koordinatensystem (Abb. 1), so kann die Sachsen-Anhalts. Hierzu zählen unter anderem Clusterbildung als Zusammenfassung nahe bei- die Erläuterungen und eine Karte der potenziell einanderliegender Punkte oder als Herausarbei- natürlichen Vegetation (LAU 2000). Darin ent- tung von Ballungen betrachtet werden. Entschei- halten sind detaillierte Informationen und stel- dend für das Endergebnis der Clusteranalyse ist lenweise Darstellungen zur Geologie, den Boden- neben der Vorgabe der Untersuchungsobjekte und landschaften, Höhengliederung und Klima sowie Objekteigenschaften, die Wahl des Abstands- zur Landschaftsgliederung Sachsen-Anhalts. Das oder Ähnlichkeitsmaßes und des Agglomerati- Land Sachsen-Anhalt gliedert sich darin in fünf onsverfahrens (Hoffmann & Rödel 2005). Wei- geographische Großlandschaften, welche von 46 terhin verlangt die Festlegung der Clusteranzahl regionalen Landschaftseinheiten untersetzt wer- und -benennungen ein hohes Maß an Experten- den. Die Abgrenzungen erfolgten nach Ähnlich- wissen. keiten des Naturraums und der Flächennutzung. Ferner wurden Bergbaulandschaften und Stadt-

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B C 4 2

3 D ABCDEFG

E 2 ABCD Eigenschaft

A 1 F BCD EFG

G BC FG 0 012345 A B C D E F G Eigenschaft 1

Abb. 1: Funktionsschema einer agglomerativen, hierarchischen Clusteranalyse mit 7 Objekten und 2 Objekteigen- schaften. Fig. 1: Functional diagram of a agglomerative, hierarchical cluster analysis with 7 objects and 2 object properties.

3.2 Untersuchungsobjekte wasserschutz und Wasserwirtschaft (LHW) Vor der Herausarbeitung der Gliederung muss ausgewiesenen 348 Oberflächenwasserkörper, eine Parzellierung des Landes in atomare Raum- für die das Land Sachsen-Anhalt verantwortlich einheiten nahezu konstanter hydrologischer ist, untersucht. Da sich die landseitigen Abgren- Eigenschaften gefunden werden. Diese Parzel- zungen der OWK an den jeweiligen oberirdi- lierung sollte zumindest in Bezug auf das hydro- schen Wasserscheiden orientieren, weichen die logische Verhalten einer Landschaftsdiagnose in Grenzen des Untersuchungsgebietes von denen topischer Dimensionsstufe entsprechen. Die des Landes Sachsen-Anhalt geringfügig ab. einzelnen hydrologischen Tope stellen die zu Das hydrologische Geschehen einer Raum- gruppierenden Objekte des Landschaftsraumes einheit ist vom gesamten oberliegenden Ein- im Rahmen der agglomerativen Clusteranalyse zugsgebiet abhängig. Um dem Rechnung zu dar. tragen, erfolgte der Aufbau einer OWK- Per Definition eignen sich hierfür am besten Hierarchie mit der Festlegung der ober- und die eingangs erwähnten, in der Europäischen unterliegenden Nachbarn und eine Ausweisung Wasserrahmenrichtlinie Artikel 2 Punkt 10 des Gesamteinzugsgebietes (Abb. 2). Oberflä- beschriebenen Oberflächenwasserkörper chenwasserkörper, deren oberliegendes Ein- (OWK). Ein Oberflächenwasserkörper wird hier zugsgebiet zum großen Teil außerhalb Sachsen- als „ein einheitlicher und bedeutender Abschnitt Anhalts liegt, wurden von der Clusteranalyse eines Oberflächengewässers“ (WRRL 2000) ausgeschlossen und bilden eine eigene Gruppe. definiert. Bezug nehmend auf die vorauszuset- Zu dieser Gruppe zählen insgesamt 15 OWK zende Einheitlichkeit eines OWK, wurden in (Elbe, Saale, Mulde, Unstrut, Schwarze und dieser Arbeit die vom Landesbetrieb für Hoch- Weiße Elster und Helme).

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Abb. 2: Abgrenzung und Hierarchie der Oberflächenwasserkörper im Harz und Harzvorland mit Hierarchiestufe ausgehend von der Landesgrenze (Ziffer im Einzugsgebiet). Fig. 2: Definition and hierarchy of the surface water bodies in the Harz Mountains and Harz foothills with hierarchical level, starting from the State border (number in the catchment area).

3.3 Gebietseigenschaften  Der Zahl von 348 OWK stehen nur circa Die für die Clusterbildung verwendeten Gebiets- 130 räumlich ungleichmäßig verteilte eigenschaften müssen in unabhängiger, vollstän- Abflusspegel gegenüber (unvollständige diger, homogener und für das Gebiet repräsenta- Repräsentanz). tiver Form für alle OWK vorliegen, denn nur  Die Abflussmessreihen sind nur für un- dann kann der Anspruch der sachgerechten Erfas- terschiedliche Zeiträume mit Unterbre- sung der landschaftlichen raumzeitlichen Kom- chungen verfügbar (zeitliche Inhomoge- plexität erfüllt werden. Der LHW betreibt ca. 130 nität). Pegel mit Abflussmessung im Untersuchungsge-  Das gemessene Abflussverhalten erfasst biet; aus folgenden Gründen kann aber nicht die zum Gesamtwasserhaushalt beitra- direkt auf die dort gewonnenen Informationen genden Komponenten wie Niederschlag, zurückgegriffen werden: Evapotranspiration, Oberflächenabfluss,  Der an Pegeln gemessene Abfluss spie- Interflow oder Grundwasserabfluss nur gelt die hydrologische Situation als eine als Bilanz an einem bestimmten Punkt im räumliche Integration über alle Oberflä- Gewässersystem. Die Anteile der einzel- chenwasserkörper im Eigeneinzugsgebiet nen Komponenten lassen sich anhand der des Pegels wider. Eine Regionalisierung Messung nicht differenziert betrachten als Differenzierung der Abflüsse einzel- (sachliche Abhängigkeiten). ner OWK ist ohne Modellansatz nicht möglich (räumliche Inhomogenität). Als hinreichende Alternative für eine Verwen- dung der unzureichend vorliegenden, gemessenen

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Parameter des Wasserhaushaltes bietet sich der daten wie Böden, Landnutzung, Oberflächenmor- Rückgriff auf modellierte Parameter an. Sachsen- phologie, Grundwasserflurabstände, Abgrenzun- Anhalt verfügt über eine Modellierung des Ge- gen von Teileinzugsgebieten und Liniendaten wie bietswasserhaushalts für alle Oberflächenwasser- Gewässerabschnitte und Punktdaten wie Klima- körper mit dem Niederschlags-Abfluss-Modell und Niederschlagsstationen und Wassernutzung ArcEGMO (Pfützner 2009) auf Basis meteorolo- in dem Modell integriert. Anschließend erfolgte gischer Eingangsgrößen und räumlich differen- eine Kalibrierung anhand gemessener Pegelab- zierter Gebietseigenschaften. Für die Beschrei- flüsse (Pfützner et al. 2008). bung der Gebietseigenschaften wurden Flächen-

Kategorie Parameter Abkürzung Geometrische Einzugsgebietsfläche EG Fläche Parameter geographischer Rechtswert Rechtswert geographischer Hochwert Hochwert

klimatische Parameter Niederschlag (Feb / Aug) Nied Feb/Aug (kumulierte Menge potentielle Evapotranspiration (Feb / Aug) PET Feb/Aug im Gesamt-EG) Wasserhaushalts- und reale Evapotranspiration (Feb / Aug) AET Feb/Aug Abflusskomponenten Oberflächenabfluss (Feb / Aug) RO Feb/Aug (kumuliert Menge anthropogen induzierter Oberflächenabfluss (Feb / Aug) ROa Feb/Aug im Gesamt-EG) Drainabfluss (Feb / Aug) RDrain Feb/Aug Interflow (Feb / Aug) RH Feb/Aug schneller Grundwasserabfluss (Feb / Aug) RG1 Feb/Aug langsamer Grundwasserabfluss (Feb / Aug) RG2 Feb/Aug

Tab. 1: In der Clusteranalyse verwendete Parameter der OWK.

Für die Clusteranalyse werden neun modellierte zu vermeiden, werden alle Parameter z-standar- Parameter, gemittelt über den Zeitraum 1997- disiert. 2003 verwendet. Um räumlich unterschiedliche, jahreszeitliche Effekte des Abflussgeschehens 3.4 Abstandsmaß, Agglomerationsver- abzubilden, werden keine Jahresmittelwerte, fahren und Clusteranzahl sondern die für diesen Raum signifikant unterschiedlichen Monatsmittelwerte vom Februar (als Als Abstandsmaß für die Festlegung des Überein- Monat hoher Winterabflüsse) und August (als stimmungsgrades der OWK fiel die Wahl stan- Monat niedriger Sommerabflüsse) hinzugezogen. dardgemäß auf die Euklidische Distanz. Dieses Die Flächengrößen der gesamten oberliegenden Maß entspricht der Länge der kürzesten Verbin- Einzugsgebiete und die Geokoordinaten der dung zweier Punkte im Koordinatensystem. Um Flächenschwerpunkte der OWK ergänzen die eine hohe Homogenität der Objekte innerhalb der Parameter des N-A-Modells (siehe Tab. 1). Es ist Cluster und eine große Variabilität zwischen den sonst davon auszugehen, dass das mit zunehmen- Clustern zu erreichen, eignet sich für die Wahl der Flächengröße wachsende ausgleichende des Agglomerationsverfahrens am besten die Moment im Wasserhaushalt und die für eine WARD-Methode (Ward 1963). Bei ihrer Anwen- Gruppierung notwendige räumlich zusammen- dung wird immer das Objekt als nächstes zu hängende Lage der OWK durch die restlichen einem Cluster hinzugefügt, dass die geringste Größen nicht in ausreichendem Maße Beachtung Zunahme der durch die Fehlerquadratsumme finden würde. ausgedrückten, inneren Varianz aller Cluster Alle flächenbezogenen Werte werden für das aufweist. Aufgrund der Veränderung der Ge- gesamte oberliegende Einzugsgebiet einschließ- samtvarianz innerhalb aller Cluster und einer lich des Eigeneinzugsgebietes eines OWK kumu- Plausibilitätsprüfung der räumlichen Verteilung liert. Um Skaleneffekte durch unterschiedliche der gebildeten hydrologischen Regionen wird die Einheiten und Dimensionen der Eingangsgrößen

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Abbruchbedingung des hierarchischen Cluster- renzierung ist also gerechtfertigt und zieht keine verfahrens auf 15 Cluster festgelegt. Überparametrisierung nach sich. Die Anwendung der WARD-Methode hat zur Folge, dass keine 3.5 Ergebnisoptimierung mit Cluster- unterbesetzten Regionen mit weniger als 5 OWK zentrenanalyse auftreten. Die Schwankungen der Clustermäch- tigkeit zwischen 5 und 83 sind mit Hilfe der Als Zentrum eines Clusters kann das theoretische Flächenverteilung großer Landschaftseinheiten in Objekt mit dem Durchschnitt der Eigenschafts- Sachsen-Anhalt (Mittelgebirge - Tiefland, städti- ausprägungen aller Objekte eines Clusters be- scher - ländlicher Raum) zu erklären. Um die zeichnet werden. Ein Zentrum repräsentiert damit Ähnlichkeit der zusammengefassten Objekte den mittleren Zustand seines Clusters. Trotz der eines Clusters bewerten zu können, wurden Festlegung der WARD-Methode als Agglomera- Homogenitätsmaße für die Cluster berechnet. Die tionsverfahren ist es möglich, dass einem Cluster Summe der Einzelstandardabweichungen aller z- zugeordnete Objekte nach Abschluss des Verfah- standardisierten Parameter und der Quotient der rens weiter vom Zentrum des eigenen Clusters Streuung innerhalb eines Clusters und der Streu- entfernt sind, als vom Zentrum anderer Cluster. ung der Clustermittelwerte stellt ein solches Um dies auszugleichen, wird eine Clusterzentre- Homogenitätskriterium dar (Hartung & Elpelt nanalyse mit den Zentren der hierarchischen 2009). Die Grundgesamtheit aller OWK des Clusteranalyse als Startparameter durchgeführt Landes Sachsen-Anhalt weist für die z- und die Clusterzuordnung von 30 OWK opti- standardisierten 21 Parameter in der Summe miert. notwendigerweise eine Standartabweichung von Die im Anschluss an die Clusteranalyse mit 21,0 auf. Die Standardabweichungssummen der der Abgrenzung von 15 Regionen ähnlicher einzelnen Cluster schwanken zwischen 3,18 und hydrologischer Zustände durchgeführte Plausibi- 1,98 (Tab. 2) und sind wesentlich kleiner als die litätsprüfung bezüglich der Lageverteilung und Summe der Standardabweichungen der Cluster- die Bewertung der Güte des Verfahrens werden zentren mit 26,58. Der Quotient innere Streuung im nächsten Kapitel dargestellt. zu äußerer Streuung liegt bei 0,12 bis 0,45. Die Homogenität innerhalb der Cluster ist somit als sehr hoch bis befriedigend hoch einzuschätzen. 4. Verfahrensgüte Signifikante Unterschiede von Clustereigenschaf-

ten bezüglich der Grundgesamtheit können mit- Betrachtet man die räumliche Anordnung der tels Einstichproben-t-Tests nachgewiesen werden. Cluster (siehe Abb. 4), so ist festzustellen, dass Die angenommene Irrtumswahrscheinlichkeit für fast alle Cluster ein hohes Maß des räumli- beträgt hierfür 5%. Es zeigt sich, dass mit Aus- chen Zusammenhangs gegeben ist. So konzent- nahme des Clusters 6, bei allen Clustern mindes- riert sich z. B. Cluster 2 nahezu flächendeckend tens 13 der 21 Parameter in ihrer Verteilung auf das Gebiet des Flämings und der Dübener signifikant von der Grundgesamtheit abweichen. Heide. Dies ist eine Voraussetzung für die Glie- Cluster 6 weist nur 3 signifikant anders verteilte derung der Landschaftsoberfläche in Regionen. Parameter auf. Die Präsenz dieses Clusters ist Lediglich die Cluster 3 (Auengebiete), 6 (Eigen- jedoch durch die extrem hohe Trennschärfe bei einzugsgebiete großer autochthoner Flüsse) und der Eigenschaft „Flächengröße des EG“ zu rechtferti- die zuvor abgetrennte Gruppe der OWK mit gen. allochthonen Einzugsgebieten weisen erwar- tungsgemäß eine höhere räumliche Streuung auf. Für eine Erfolgsbewertung werden des Weite- ren die Mittelwerte, Streuungen und Anzahl der 5. Ergebnis der Gliederung in hyd- signifikanten Parameter herangezogen. Die Mit- rologische Regionen telwerte der untersuchten Parameter deuten auf eine ausreichende Differenzierung der 15 Cluster Mit der Benennung der Cluster wird der Prozess hin (Tab. 2). Jede Region unterscheidet sich von der Abgrenzung von hydrologischen Regionen allen anderen in der Kombination der Parameter abgeschlossen. Die von 1-15 nummerierten in hohem Maße. Es sind zudem bei den meisten Gruppen (Tabelle 2) werden zu verbal benannten Parametern unterschiedliche Werteausprägungen hydrologischen Regionen (Tabelle 3). Die Na- für die Monaten August und Februar festzustel- mensgebung orientierte sich an den Maßgaben len. Die Aufnahme einer jahreszeitlichen Diffe- der „Grammatikalischen Struktur [...] einer be- grifflichen Fassung der Kategorie Landschaft“

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(Stüdemann 2008, S. 44). Hierzu wurde einem mensteil (z. B. „mit sehr hohem Niederschlag“) lagedefinierendem ersten Namensteil (z. B. nachgestellt. „Hochharz“) immer ein an signifikanten Eigen- schaftsausprägungen orientierter zweiter Na-

Clusternummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Anzahl OWK 83 37 16 52 36 6 22 5 15 16 11 14 6 7 7 Summe Standardab- weichungen 7,8 8,31 10,55 7,42 7,41 11,56 6,34 3,18 6,74 7,15 8,85 10,06 11,96 11,98 9,92 Anzahl signifikanter Parameter (α=0,05) 18 18 15 19 20 3 17 18 16 13 18 13 16 18 15 EG-Fläche (km²) 94,4 116,8 44,4 109 166,8 2160 110,3 11,5 50,5 112,5 53,6 126,2 155,1 87,7 53,6 Rechtswert (1000m) 4455 4528 4497 4494 4485 4468 4442 4475 4446 4478 4506 4433 4420 4412 4413 Hochwert (1000m) 5753 5757 5795 5707 5834 5787 5843 5784 5794 5846 5657 5725 5732 5737 5745 Nied Feb 97-03 39,5 44,4 39,6 36,4 43,1 47,3 49,3 33,3 46,5 43,5 41,2 66 90,1 113,8 79,7 Nied Aug 97-03 57,8 64 60,7 55,5 59,8 59,9 61,2 58,4 58,5 59,2 65,5 64,1 77,4 94 77,9 PET Feb 97-03 14,9 13,7 13,5 15,2 12,4 13,8 12,1 14,2 14,1 12,2 15,1 13,7 12,2 12,1 13,9 PET Aug 97-03 95,8 98 96,2 99,5 94 94 92,8 96,7 94,5 93,5 100,8 91,9 89 87,3 91,2 AET Feb 97-03 14,5 13,5 13,4 14,8 12,3 13,5 12 12,7 13,9 12,1 14,5 13,4 11,9 12 13,7 AET Aug 97-03 57,9 65,9 70 53 67,5 62,6 66,7 52,7 68,4 62,5 58,8 66,7 70,4 77,2 68,7 RO Feb 97-03 0,12 0,12 1,97 0,22 0,12 0,45 0,05 0,67 0,08 0,04 0,27 2,3 5,37 2,73 0,77 RO Aug 97-03 0,03 0,04 0,08 0,06 0 0,01 0 0 0,02 0 2,12 0,02 0,07 0,09 0,07 ROa Feb 97-03 1 0,73 0,97 1,14 0,5 1,08 0,83 5,39 0,53 0,83 1,35 0,85 2,22 1,52 1,57 ROa Aug 97-03 1,18 0,86 1,29 1,46 0,55 1,11 0,81 8,13 0,51 0,89 1,79 0,6 1,43 0,99 1,28 RDrain Feb 97-03 1,66 4,27 10,82 1,82 6,77 5,68 5,73 2 2,56 17,29 6,53 5,99 4,15 0,5 1,2 RDrain Aug 97-03 0,13 0,94 1,39 0,13 1,08 0,74 0,94 0,34 0,22 3,72 1,03 0,15 0,32 0,05 0,24 RH Aug 97-03 0,02 0,03 0,01 0,01 0,02 0,12 0,04 0,01 0,04 0,02 0,28 0,11 0,69 1,76 0,89 RH Feb 97-03 0,71 0,2 0,09 0,2 0,15 1,86 0,26 0,03 0,44 0,12 1,24 7,27 14,73 15,67 9,4 RG1 Feb 97-03 6,85 3,68 5,46 2,19 7,75 11,61 3,87 2,18 7,65 3,94 1,82 37,4 53,16 85,38 48,26 RG1 Aug 97-03 0,65 0,87 0,65 0,44 1,15 1,38 1,27 0,64 1,31 0,89 0,83 1,6 5,51 15,74 7,78 RG2 Feb 97-03 4,2 13,5 6,6 6,1 12,4 7,9 24,8 3 12,5 8,7 5,5 2,4 4,6 2,9 7,2 RG2 Aug 97-03 -2,6 -1,3 -14 -2,4 -6,9 -3,2 -0,2 -5,5 -1,9 -4 -0,1 -2,7 -1,6 -0,2 -0,7

Tab. 2: Mittelwerte der Clusterparameter; Bedeutung der Graustufen: hell - niedrige Werte; dunkel - hohe Werte (Wasserhaushaltsparameter in mm/Monat).

5.1 Eigenschaften der Regionen dung einer normierten Vergleichs- und damit Die mittleren Eigenschaftsausprägungen der Typisierungsmöglichkeit für Mecklenburg- Regionen können der Tabelle 3 entnommen wer- Vorpommern vorgestellt. Der dort verwendete, den. Leere Felder zeigen nicht signifikante oder von Pardé entwickelte Abflusskoeffizient ergibt mittlere Zustände. Der mittlere Zustand bezieht graphisch aufgetragen als Verhältnis des mittleren sich in diesem Fall auf den Landesdurchschnitt langjährigen Abflusses jedes Monats (MQ(m)) der entsprechenden Größe. Werte für Winter (Wi) zum Zwölftel des mittleren langjährigen Jahres- und Sommer (So) werden, wenn erforderlich abflusses (MQ) für alle Monate eine anschauli- getrennt ausgewiesen. Im Fettdruck dargestellte che, mittlere relative Abflusskurve über das Jahr Eigenschaftsausprägungen weichen besonders (Pardé 1964). Für 14 der 16 mit Pegelmessstatio- deutlich vom Mittelwert ab, kennzeichnen die nen ausgestatteten hydrologischen Regionen Regionen und sind für deren Namensgebung werden die mittleren Abflussregime aus Par- verwendet worden. dé‘schen Abflusskoeffizienten und dazugehörigen einfachen Standardabweichungsintervalle für die 5.2 Mittlere langjährige Abflussdyna- Zeitreihen von 1975-2005 errechnet und zur Gebietsbeschreibung herangezogen (Abb. 3). In mik Tabelle 4 wird die Einordnung der Regime be- In Hinblick auf die mittlere langjährige Dynamik züglich ihrer Dynamik und Abflussgenese darge- des innerjährlichen Abflussganges der Einzugs- stellt. gebiete unter ökologischen Gesichtspunkten haben bereits Mehl & Thiele (1998) die Anwen-

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anthrop. schnell. langs. Nieder- pot. reale oberfl. Drain- Name der hydrologischen oberfl. GW- GW- Nr schlag Evapotr. Evapotr. Abfluss abfluss Region Abfluss Abfl. Abfl. Wi/So Wi/So Wi/So Wi/So Wi/So Wi/So Wi/So Wi/So Eigeneinzugsgebiete der

0 Ströme und großen Flüsse mit allochthon geprägtem Abfluss etwas Nordöstliches Harzvorland hoch hoch etwas geringer 1 und Magdeburger Börde gering gering mit hoher Wintereva- geringer potranspiration gering etwas

Fläming und Dübener höher etwas hoch 2 Heide mit hoher Grundwas- etwas etwas geringer etwas serneubildung etwas höher höher höher höher etwas hoch etwas mit geringer geringer etwas 3 Auengebiete hoch geringer Grundwasserneubildung geringer hoch sehr gering Östliches Harzvorland mit sehr hoch etwas etwas 4 gering gering geringem Niederschlag hoch gering höher geringer etwas gering Nördliches Sachsen-Anhalt etwas höher 5 mit mittlerem gering gering hoch geringer Drainabfluss etwas etwas höher geringer Eigeneinzugsgebiete 6 großer autochthoner Flüsse mit ausgeglichenem Abflussregime gering sehr etwas mit sehr Westliche Altmark gering geringer etwas etwas 7 hoher Grundwasserneubil- gering hoch etwas geringer höher dung höher hoch etwas gering gering Magdeburger Gebiet mit geringer 8 stark anthropogen induzier- sehr gering gering etwas etwas hoch etwas tem Abfluss gering geringer höher geringer etwas etwas etwas mit geringer höher 9 Ohre-Aller-Hügelland höher gering gering hoher Evapotranspiration etwas etwas

geringer geringer hoch etwas etwas 10 Nördliches Sachsen-Anhalt gering höher sehr mit hohem Drainabfluss hoch geringer

Südliches Sachsen-Anhalt etwas etwas mit hoher potenzieller sehr 11 höher höher Evapotranspiration etwas hoch etwas sehr etwas höher höher hoch höher etwas mit mittlerem hoch hoch gering Unterharz hoch etwas höher 12 Abfluss und zeitigem etwas etwas geringer etwas Frühjahrsabflussmaximum gering höher höher geringer sehr sehr mit hohem gering sehr hoch gering Mittelharz hoch gering sehr 13 Abfluss und zeitigem hoch sehr etwas hoch Frühjahrsabflussmaximum hoch hoch gering gering sehr etwas mit sehr hohem gering hoch gering Hochharz gering höher sehr 14 Niederschlag und spätem sehr gering hoch sehr sehr hoch etwas Frühjahrsabflussmaximum gering hoch höher mit etwas Nördlicher Harzrand hohem Niederschlag und höher sehr 15 hoch gering mittlerem Frühjahrsabfluss- hoch etwas gering hoch maximum höher

Tab. 3: Namen und Eigenschaften der hydrologischen Regionen.

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Name der hydrologischen Nr Name der hydrologischen Region Abflussdynamik Nr Abflussdynamik Region

Eigeneinzugsgebiete der Ströme dynamisch mit stark dynamisch mit allochthon Ohre-Aller-Hügelland 0 und großen Flüsse pluvial-nival 9 hoher Evapotranspiration pluvial geprägtem Abfluss

Nordöstliches Harzvorland und dynamisch mit stark dynamisch 1 mit hoher 10 Nördliches Sachsen-Anhalt Magdeburger Börde pluvial hohem Drainabfluss pluvial Winterevapotranspiration mit mit dynamisch Südliches Sachsen-Anhalt ausgeglichen Fläming und Dübener Heide hoher potenzieller Evapotranspi- 2 hoher Grundwasserneubildung pluvial 11 pluvial ration mit mittlerem mit schwach dynamisch Unterharz stark dynamisch 4 Östliches Harzvorland 12 Abfluss und zeitigem Frühjahrs- geringem Niederschlag pluvial nival-pluvial abflussmaximum stark dynamisch mit mit hohem Abfluss Nördliches Sachsen-Anhalt dynamisch Mittelharz nival-pluvial mittlerem und zeitigem Frühjahrsabfluss- pluvial 5 Drainabfluss 13 maximum

mit sehr hohem Eigeneinzugsgebiete großer schwach dynamisch Hochharz stark dynamisch mit ausgegli- Niederschlag und spätem 6 autochthoner Flüsse pluvial-nival 14 nival-pluvial chenem Abflussregime Frühjahrsabflussmaximum Nördlicher Harzrand mit mit hoher dynamisch hohem Niederschlag und stark dynamisch Westliche Altmark 15 7 Grundwasserneubildung pluvial mittlerem Frühjahrsabflussma- nival-pluvial ximum

Tab. 4: Klassifikation der mittleren Regime nach dem System von Pardé.

5.3 Karte der hydrologischen Regionen Natürlich kann eine Gliederung des Landes in Als Endergebnis der Analyse kann die Kartendar- hydrologische Regionen nur in dem Maße die stellung in Abb. 4 betrachtet werden. In ihr sind realen Zustände exakt abbilden, inwieweit die neben einer genauen Wiedergabe der Grenzver- Eingangsdaten dies tun. Da jedoch bei der Ermitt- läufe der hydrologischen Regionen, die Abwei- lung von Mengenangaben einzelner Komponen- chungen der Abflussregime der Pegel von dem ten des Wasserhaushaltes, ob gemessen oder des Referenzpegels in ihrer räumlichen Vertei- modellhaft bestimmt, wegen der Komplexität des lung aufgezeigt. Als Referenzregime wird das Systems Unsicherheiten auftreten, werden diese Regime ausgewählt, dass den geringsten euklidi- auch in der darauf aufbauenden Gliederung des schen Abstand aus allen Monatswerten zum Landes Sachsen-Anhalt zu finden sein. Die als Mittelwert aller Regime einer Region aufweist. Eingangsdaten verwendeten Modellergebnisse des Abflusskomponentenmodells von Sachsen- Anhalt sind die zu diesem Zeitpunkt aktuellsten flächendeckend vorliegenden Angaben. Die lange 6. Diskussion und Ausblick Entwicklungs- und Anwendungszeit des zugrun-

de liegenden Modells ArcEGMO rechtfertigt ein Das vorgestellte Verfahren bietet die Möglichkeit, hohes Vertrauen in diese Daten. die räumlich und zeitlich differenzierten Prozess- Die Zuverlässigkeit der Clustermethode an größen des Wasserhaushaltes klassifiziert abzu- sich wurde im Kapitel 4 nachwiesen. Dabei bilden. Als Kernpunkt der Methode kann die konnte gezeigt werden, dass der Fehler in Form Objektivität der Clusteranalyse und somit eines hoher interner Variabilitäten in den meisten erprobten multivariaten, statistischen Verfahrens Regionen gering ist. Unabhängig davon birgt die betrachtet werden. Die Objektivität gewährleistet mesoskalige Dimensionsstufe mit der zwangs- zum einen die ergebnistreue Wiederholbarkeit weise vorhandenen Generalisierung ein bekanntes und die Übertragbarkeit auf andere Räume und Fehlerpotenzial. Die Ebene der Oberflächenwas- Zeiten und zum anderen die Unabhängigkeit von serkörper der WRRL beinhaltet trotz des gesetz- subjektiven Eindrücken des jeweiligen Bearbei- lich formulierten Anspruches der Einheitlichkeit, ters. eine innere Heterogenität. Damit müssen auch die

154 auf solche Raumeinheiten aufbauenden Regionen Die Aussagekraft der Gliederung für die gewählte dieselbe Heterogenität aufweisen. Dies ist jedoch Betrachtungsebene wird dadurch nicht geschmä- ein allgemeines geographisches Problem und tritt lert. in allen raum- und zeitabbildenden Verfahren auf.

Abb. 3: Mittlere Abflussregime nach Pardé (1964) und deren einfache Standardabweichungen für die hydrologischen Regionen mit Abflusspegeln. Fig. 3: Mean flow regime for Pardé (1964) and the standard deviations for the hydrological regions with runoff gauges.

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Abb. 4: Hydrologische Regionen und Abweichungen der Pegelregime vom mittleren Regime. Fig. 4: Hydrological regions and deviations of the gauged flow regimes from the mean regime.

Als ein großer Vorteil der Methode ist anzuse- werden, ist hier der Grenzverlauf durch Wasser- hen, dass sie auf einer Abgrenzung von oberirdi- scheiden markiert. Diese sind tatsächlich in der schen Einzugsgebieten basiert. Anders als in Umwelt auftretende scharfe Trennlinien, die auch anderen geographischen Gliederungsvarianten, in reale Geosysteme des oberirdischen Abflusses denen zwei Regionen im Allgemeinen durch trennen. Wie gut die gefundenen Abgrenzungen Grenzsäume mit allmählichem Übergang getrennt der hydrologischen Regionen dennoch mit den als

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Säume zu verstehenden Grenzverläufen der anthropogenen Eingriffe werden als Eingangsda- Gliederung der Landschaftseinheiten korrespon- ten für die Bildung der hydrologischen Regionen dieren, ist anhand der Abb. 5 abzulesen. zu wenig berücksichtigt. Eingriffe treten zum Die gewonnene Partitionierung in hydrologi- einen punktuell, wie zum Beispiel bei Wasserent- sche Regionen spiegelt die landschaftliche Glie- nahmen, -einleitungen, Aufstauungen oder beim derung des Landes Sachsen-Anhalt in hohem Bau künstlicher Standgewässer auf. Zum anderen Maße wider. Die großen Landschaftseinheiten greift der Mensch entlang der Gewässer mit Harz, Harzvorland, Magdeburger Börde, Alt- Gewässerausbau sowie Auenverlusten in den mark, Elbaue oder Fläming besitzen zum Teil Wasserhaushalt ein. Zum Dritten finden Eingriffe noch feiner differenzierte Entsprechungen in der in der gesamten Einzugsgebietsfläche in Form Menge der hydrologischen Regionen. Bei einem von verschiedenartigsten Landnutzungsänderun- Vergleich muss jedoch beachtet werden, dass in gen statt. Mit der Integration einer zu entwickeln- einer Landschaftseinheit Räume mit gleichen den Bewertungsgröße, die die Natürlichkeit des oder ähnlichen Ausprägungen verschiedener Wasserhaushaltes abbildet, wären Verbesserun- Geokomponenten wie Boden, Bau, Relief, Bios gen bei der Übereinstimmung der Abflussregime oder Hydrologie zusammengefasst werden. an verschiedenen Pegeln zu erzielen. Mit dieser Dadurch sind die stellenweise unterschiedlichen Bewertungsgröße wäre außerdem die Auswei- Grenzen der Raumeinheiten zu erklären. sung des natürlichsten Regimes einer hydrologischen Region möglich. Bis dahin kann aber das mittlere Regime für jede der 16 Regionen bestimmt werden und als Referenzregime der hydrologischen Region fungieren (siehe Abb. 4). Die Bewertungsgröße der Natürlichkeit eines hydrologischen Regimes wurde in einem Projekt des LHW entwickelt (Biota 2010). Im Rahmen dieses Projektes wurde auch dargestellt, inwieweit ein oder einige Pegel den natürlichen Ab- fluss und die Abflussdynamik eines Gebietes repräsentieren können. Ein Skalenwechsel bei den zugrunde liegenden Raumeinheiten von der Ebene der Oberflä- chenwasserkörpergebiete zur Ebene der feiner gegliederten Einzugsgebiete mit 10-stelligen LAWA-Gebietskennzahlen wurde beispielsweise für Brandenburg durchgeführt. Dieser Wechsel erzeugt eine noch genauere Raumgliederung der Regionen und somit ein noch besseres Abbild der hydrologischen Situation des Landes.

7. Anmerkung

Das der Veröffentlichung zugrunde liegende Abb. 5: Lagevergleich Hydrologische Regionen und Vorhaben wurde aus Mitteln des Landes Sachsen- Landschaftseinheiten von Sachsen-Anhalt (Quelle: Anhalt finanziert (Auftraggeber: Landesbetrieb LAU 2000). für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Fig. 5: Location comparison of hydrological regions Sachsen-Anhalt). and landscape units of Saxony-Anhalt (Source: LAU 2000).

Hervorzuheben ist zuletzt, dass die Homogeni- 8. Literatur tät der hydrologischen Regionen auch relativ Akademie der Wissenschaften der DDR (1981): Atlas homogene Abflussganglinien der entsprechenden Deutsche Demokratische Republik. Gotha, Haak: Pegel nach sich zieht. Die trotzdem vorhandenen 53 S. Abweichungen haben eine Hauptursache: Die

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 159-164, 1 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

A well-preserved specimen of the trilobite Macroblepharum africanum from the Wissenbach Shale (Devonian: Emsian–Eifelian transitional beds), Upper Harz Mountains (Lower Saxony, Germany)

Carsten Brauckmann & Elke Gröning*

Brauckmann, C. & Gröning, E. (2011): A well-preserved specimen of the trilobite Macroblepharum africanum from the Wissenbach Shale (Devonian: Emsian–Eifelian transitional beds), Upper Harz Mountains (Lower Saxony, Germany). [Ein gut erhaltenes Exemplar des Trilobiten Macroblepharum africanum aus dem Wissenbach-Schiefer (Devon: Übergangsbereich Emsium/Eifelium) aus dem Ober-Harz (Niedersachsen, Deutschland)]. – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 159-164, Halle (Saale).

Abstract: A nearly complete specimen of Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp., previously determined as M. africanum n. ssp. A (G. Alberti, 1969), is described. The specimen was collected from the Wissenbach Shale of the Emsian–Eifelian transitional beds at the Hut-Taler Widerwaage SE of Clausthal-Zellerfeld in the Upper Harz Mountains (Lower Saxony, Germany). Diagnostic characters are the very broad, pear-shaped glabella, the totally suppressed preglabellar field, and the smooth surface detail.

Kurzfassung: Ein nahezu vollständig erhaltenes Exemplar von Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp. [früher als M. africanum n. ssp. A (G. Alberti, 1969) bezeichnet] wird vorgestellt. Es stammt aus dem Wissenbach- Schiefer aus dem Übergangs-Bereich Emsium/Eifelium an der Hut-Taler Widerwaage SE von Clausthal-Zellerfeld im Ober-Harz (Niedersachsen, Deutschland). Die wichtigsten diagnostischen Merkmale sind die sehr breite, birnen- förmige Glabella, die völlige Unterdrückung des Präglabellar-Feldes und die glatte Panzer-Oberfläche.

Keywords: Trilobita, Proetida, Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp., Wissenbach Shale, Devonian, Emsian–Eifelian transitional beds, Upper Harz Mountains

Schlüsselwörter: Trilobita, Proetida, Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp., Wissenbach-Schiefer, Devon, Übergang Emsium/Eifelium, Ober-Harz

*Address of the authors: Prof. Dr. Carsten Brauckmann ([email protected]), Institut für Geologie und Paläontologie, Technische Universität Clausthal, Leibnizstraße 10, D-38678 Clausthal-Zellerfeld; Dr. Elke Gröning ([email protected]), Institut für Geologie und Paläontologie, Technische Universität Clausthal, Leibnizstraße 10, D-38678 Clausthal-Zellerfeld.

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1. Introduction The section which is exposed, for example in the Schalke Syncline, overlies the Calceola Shale During an examination of fossil collections and is thus distinctly younger and should be deposited in the Institut für Geologie und Paläon- characterized by a new lithostratigraphical name. tologie of the TU Clausthal, the authors discov- The biofacies of the “actual” Wissenbach ered a nearly complete, but previously over- Shale as exposed at the Hut-Taler Widerwaage looked, specimen of a new trilobite taxon. This and at the Ziegenberger Teich in the Upper Harz specimen has previously been determined as Mountains has recently been discussed in detail Macroblepharum africanum n. ssp. A (G. Alberti, by Schubert (1996). 1969). As noted on the accompanying label, it was collected by “Kortmann” (without collecting date) in the Wissenbach Shale at the Hut-Taler 3. Systematics Widerwaage SE of Clausthal-Zellerfeld. The Proetidae in the Wissenbach Shale of the Order Proetida Fortey & Owens, 1975 Upper Harz Mountains are dominated by Cyrto- Family Proetidae Hawle & Corda, 1847 symboloides barrandei (F. A. Roemer, 1850) Subfamily Cornuproetinae Richter & Richter which frequently had been confused with “Mac- & Struve, 1959 roblepharum africanum n. ssp. A” and thus with (non Richter & Richter, 1956, as usually cited; M. africanum clausthalense n. ssp. The latter is a see Lütke 1980) rather rare component within this trilobite fauna. As pointed out by G. Alberti (1969: 167) this Macroblepharum G. Alberti, 1964 taxon was indeed originally distinguished under open nomenclature by an almost complete cara- Type species: Cornuproetus (Macroblepharum) pace from the collection of F. A. Roemer. How- africanus G. Alberti, 1964. ever, the specimen does not display better diag- Diagnosis: see G. Alberti (1970a: 45-46). nostic characters, and the additional specimens Discussion: Jell & Adrain (2003: 481) placed are only represented by more or less incompletely Macroblepharum as well as Cornuproetus and preserved tagmata (mainly cephala or cranidia). Cornuproetinae in total within the Tropidocory- The newly discovered specimen permits a phidae Přibyl, 1964. As shown by Lütke (1980: more detailed description and a definition of a 103-104 and fig. 26), the Cornuproetinae and the separate new subspecies presented below. Tropidocoryphinae have different origins: The Cornuproetinae have their root within the stem- group of the Proetinae + Dechenellinae + Cypho- 2. Biostratigraphy and biofacies proetinae, whereas the Tropidocoryphinae are phylogenetically more closely related to the In the Upper Harz Mountains, the sequence of Eremiproetinae + Proetidellinae. Thus, the analy- Wissenbach Shale is evidently distributed within sis by Lütke (1980) clearly implies a polyphyletic two different biostratigraphic units. Though origin for the Tropidocoryphidae sensu Jell & previously dated as later Eifelian [based on Adrain (2003). Like most current European specimens of Nowakia sp. A. aff. holynensis trilobite specialists, we prefer to separate the Bouček, 1964; see G. Alberti 1970b], the main Tropidocoryphidae from the Proetidae and Cor- part (mined for a historically long time to produce nuproetinae. roof slates in the Upper Harz Mountains) can now largely be correlated with the Late Dalejan in Macroblepharum africanum (G. Alberti, 1964) Bohemia by several index fossils (Ammonoidea, Trilobita, Tentaculita, etc.). It is now regarded as Diagnosis: see G. Alberti (1969: 162). an equivalent of the Late Emsian–Early Eifelian Subspecies (following G. Alberti 1981: 25): transition (Bouček 1964; Lütke 1979; Chlupáč Macroblepharum africanum africanum (G. 1982: 368; Schubert 1995, 1996), and includes Alberti, 1964); Macroblepharum africanum typical trilobite species such as Macroblepharum iunius (G. Alberti, 1981); Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp. and Cyrtosym- africanum ribatelfatanum G. Alberti, 1970; boloides barrandei. It is undoubtedly contempo- Macroblepharum africanum tumidum (Šnajdr, raneous with the Wissenbach Shale of the type 1976) (as ranked by G. Alberti 1981: 25); Mac- region in northern Hesse. roblepharum africanum clausthalense n. ssp.

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„Cornuproetus (Macroblepharum) africanus 276) described a separate subspecies, Macroble- termieri G. Alberti, 1969” was mentioned as a pharum africanum cap Šnajdr, 1980, from the subspecies of “Cornuproetus (Macroblepharum) Třebotov Limestone (Dalejan = Late Emsian, late africanus” in G. Alberti (1981: 25). However, in Early Devonian) of Hostim in Bohemia, which the same publication, G. Alberti (1981: 28) sub- has not been mentioned under the subspecies of sequently transferred the taxon to Cyrtosymbol- M. africanum by G. Alberti (1981: 25). oides as a separate species. Šnajdr (1980: 275-

Fig. 1: Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp., nearly complete specimen No. TU Cl P Tr 243, Wissen- bach Shale, Emsian–Eifelian transitional beds (Early–Middle Devonian), Hut-Taler Widerwaage, SE Clausthal- Zellerfeld, Upper Harz Mountains, Lower Saxony, Germany; total length 13.4 mm. – 1A: Photograph, dorsal view. – 1B: Reconstruction of cephalon (genal spines completed according to the specimen figured by G. Alberti 1983: pl. 5, fig. 50). – 1C: Reconstruction of thoracic segment with facet (f) and fulcral point (fp). – 1D: Reconstruction of pygidium. Fig. 1: Macroblepharum africanum clausthalense n. ssp., fast vollständiger Panzer Nr. TU Cl P Tr 243, Wissen- bach-Schiefer, Übergangs-Bereich Emsium–Eifelium (Unter- bis Mittel-Devon), Hut-Taler Widerwaage, SE Clausthal-Zellerfeld, Ober-Harz, Niedersachsen, Deutschland; Gesamt-Länge 13.4 mm. – 1A: Foto, Dorsal-Ansicht. – 1B: Rekonstruktion des Cephalons (Wangenstacheln ergänzt nach dem von G. Alberti 1983: Taf. 5, Fig. 50 abgebildeten Exemplar). – 1C: Rekonstruktion eines Thorax-Segmentes mit Facette (f) und Fulcral-Punkt (fp). – 1D: Rekonstruktion des Pygidiums.

Macroblepharum africanum clausthalense Etymology: clausthalensis, clausthalense (adjec- n. ssp. tive); the material of the new subspecies was collected in the region of Clausthal-Zellerfeld. Synonymy (selected): Holotype: Specimen no. TU Cl P Tr 243, “Kort- 1850 Proëtus Barrandei (sic!) F.A. Roemer: 20 mann collection,“ in the collection of the Institut [non pl. 3, fig. 33, = Cyrtosymboloides bar- für Geologie und Paläontologie, Technische randei]. Universität Clausthal, Clausthal-Zellerfeld. 1969 Cornuproetus (Macroblepharum) afri- Locus typicus: Hut-Taler Widerwaage, SE canus n. ssp. A. – G. Alberti: 167, pl. 13, fig. 11. Clausthal-Zellerfeld, Upper Harz Mountains, 1970a Cornuproetus (Macroblepharum) afri- Lower Saxony, Germany. canus n. ssp. A. – G. Alberti: 47, 48. Stratum typicum: Wissenbach Shale, Emsian– 1981 Cornuproetus (Macroblepharum) afri- Eifelian transitional beds (Early–Middle Devo- canus n. ssp. A. – G. Alberti: 25. nian), Nowakia maureri zone (Zagora, 1962) to 1983 Macroblepharum africanum n. ssp. A. – G. N. holyocera subzone (G. Alberti, 1980) in the Alberti: 27, pl. 5, fig. 50. tentaculitid zonation according to G. Alberti (1983). Distribution: Restricted to the Wissenbach Shale of the Clausthal region of the Upper Harz

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Mountains: Hut-Taler Widerwaage, Ziegenber- broadly rounded; section β–γ slightly sigmoidal, ger Teich; both SE of Clausthal-Zellerfeld. strongly convergent; palpebral lobe very long Diagnosis: A subspecies of Macroblepharum (exsag.), but rather narrow (tr.), with the maxi- africanum with the following combination of mum width at δ; δ extremely broadly rounded, characters: Glabella very broad, pear-shaped; situated distinctly distant of the longitudinal preglabellar field totally suppressed; dorsal side projection of β; ε distinctly marked by a very of anterior cranidial border without visible narrow curvature, situated even slightly distant terrace lines; surface smooth. to the longitudinal projection of β; ζ absent, no straight section ε-ζ; ω situated nearly at two- Morphology thirds of the posterior margin. Due to the course Preservation: The specimen is preserved as a of facial suture, fixigenae quite narrow. Libri- somewhat flattened external mould of a nearly genae: Broad, eye very long, quite narrow, complete carapace; only the genal spines are ocellae small, numerous; genal field broad, lacking. It is a little bit shortened in the sagittal without eye furrow; border furrow and posterior line and therefore appears too broad. During the border furrow narrow, distinctly incised; genal collecting process, the specimen was evidently border broad, convex; no terrace lines visible. broken into two pieces along a line from the Genal spines (not preserved in this specimen, anterior margin in front of the glabella across the but known from additional material) moderately cranidium and the six anterior thoracic segments long, narrow, sharply pointed. Surface without to the right side of the thorax. Both pieces have visible ornament. been glued together without major damage. Due Thorax: Conspicuously serial, composed of 9 to the preservation and flattening, only a de- segments; distinctly broader than long; width of scription of the dorsal view is possible. axis 0.45 of total width; dorsal furrows distinctly Measurements (mm): marked; maximum width of pleurae 0.6 of width Total length 13.4 mm. of axis; pleurae distally pointed; pleural furrows Cephalon: Total length (except genal spines) narrow, deeply incised; important characters of 5.21; glabellar length (except occipital ring) functional morphology, in particular of possible 3.57; length of occipital ring 0.97; length α–β enrollment, visible: facets at anterior parts of the 0.82; length β–γ 0.89; length of palpebral lobe pleural tips flattened, beginning at short, pointed (γ–ε) 2.31; total length of eye 2.35; total width fulcral point close to middle of anterior pleural of cephalon 9.46; width of glabella between γ–γ margin (Fig. 1C). 2.35; maximum width of glabella 3.46; width β– Pygidium: Short, length less than half total β 3.20; width γ–γ 2.60; width δ–δ 4.24; width ε– width; shape slightly triangular, with broadly ε 3.54; width ω–ω 7.15. rounded margin; axis relatively long, broadly Thorax: Total length 5.21; maximum width conical in dorsal view, with 6 visible rings, 8.04; width of axis 3.72. posterior part with space for one additional ring; Pygidium: Total length 2.98; total width 6.33; ring furrows narrow, distinctly incised in the length of axis 2.61; maximum width of axis anterior part, but continuously shallower to the 2.46. posterior part; dorsal furrow distinctly marked; pleural fields with four pairs of ribs; posterior Cephalon: Shape broadly rounded, as long as part with place for at least one additional rib; the thorax, distinctly larger than pygidium. pleural furrows well developed, rib furrows less Glabella broadly pear-shaped in dorsal view clearly developed; border furrow very faint; (”cornuproetid”), with rather short and truncated border moderately broad. Surface without visi- anterior lobe, moderate constriction between γ–γ ble ornament. and broad posterior lobe with the maximum width between δ–δ. Glabellar furrows (1p-3p) Discussion: As clearly pointed out by G. Alberti very faint, obsolescent. Occipital ring transver- (1969), the Macroblepharum specimens from sally extended, moderately long (sag.), with the Wissenbach Shale in the Upper Harz Moun- small occipital node shortly posterior to its tains are close to M. africanum (G. Alberti, centre, occipital furrow without lateral branches. 1964). This can be confirmed emphatically by Dorsal furrow weakly incised. Preglabellar field the virtually complete specimen described completely suppressed; anterior border broad herein. Details displayed in this specimen further (sag.), slightly convex in sagittal section. Facial allow to introduce and define a separate new suture: section α–β short, strongly divergent; β

163 subspecies named Macroblepharum africanum specimen was collected from limestone strata of clausthalense n. ssp. early Eifelian age in the Mittleres Sau-Tal, The fact that only the cranidium is known western slope of a hill called Kleiner Knollen, E from several subspecies, a detailed comparison of Herzberg and NNW of Bad Lauterberg in the has to be restricted to this part of the carapace. Lower Harz Mountains. This specimen differs The main common characters are: (1) the very markedly from M. africanus ssp. A by the dis- broad, typically pear-shaped glabella; (2) the tinctly broader (tr.) frontal lobe of the glabella, broad anterior border of the cranidium; and (3) which is only slightly narrower than the poste- the very narrow or even completely suppressed rior lobe at δ. preglabellar field. The previously established species of Mac- Macroblepharum africanum africanum (G. roblepharum merit the following comparisons Alberti, 1964) differs by: (1) the less truncated with species from the Rhenish Massif: frontal lobe of the glabella; (2) markedly broader Macroblepharum germanicum (G. Alberti, palpebral lobes; and (3) the presence of 4 to 5 1967) is known from the Ballersbach Limestone terrace lines in the distalmost part (2/5) of the (Eifelian) of the Marburg area (Rhenish Massif). anterior border. It differs mainly by (1) the less truncated frontal Macroblepharum africanum ribatelfatanum lobe of the glabella (with less marked constric- (G. Alberti, 1970) can be distinguished by (1) tion between γ–γ); (2) the presence of a pregla- the much more convex anterior border which is bellar field; and (3) the relatively narrow ante- covered by terrace lines in the distal half; (2) the rior border. Additionally, G. Alberti (1967, markedly incised border furrow; and (3) the 1969) emphasized the larger dimensions of M. distinct ornamentation of the glabellar surface germanicum, which appears to reach nearly which consists of delicate ridges. twice of the length of M. africanum (tota spe- Macroblepharum africanum iunius (G. Al- cies). berti, 1981) is clearly characterized by the Macroblepharum pmuelleri Basse in Basse conspicuous ornamentation which – similar to & Heidelberger, 2002 from the late Emsian in Sculptoproetus – consists of a combination of the Lahn Syncline (Rhenish Massif) differs by densely arranged and moderately coarse tuber- (1) the longer and much narrower glabella with cles and ridges. anteriorly clearly rounded frontal lobe and Macroblepharum africanum tumidum poorly marked constriction between γ–γ; (2) the (Šnajdr, 1976) differs by (1) its even larger presence of a narrow preglabellar field; and (3) palpebral lobes; (2) the more conical glabella the narrower and more convex anterior border. with long and narrow frontal lobe; and (3) the The same differences can be noted for M. sp. n. presence of a recognizable ornamentation. aff. M. pmuelleri Basse in Basse & Heidelber- Macroblepharum africanum cap Šnajdr, ger, 2002. 1976 is distinguished by (1) the more violin- Other species of Macroblepharum differ in shaped outline of the glabella; (2) the presence more distinct morphological characters so that a of coarse terrace lines across the entire anterior detailed comparison is not provided herein. border; and (3) the presence of undulated and Within the Wissenbach Shale of the Upper concentrically arranged striae as well as sparsely Harz Mountains, Macroblepharum africanum distributed large granules of circular to oval clausthalense n. ssp. is associated with Cyrto- shape on the glabellar surface. symboloides barrandei (F. A. Roemer, 1850). Although removed from Macroblepharum Both taxa have often been confused, but the africanum by G. Alberti (1970: 28) and trans- latter is clearly distinguished by (1) its much ferred to Cyrtosymboloides as a separate species, shorter and narrower palpebral lobes; and (2) the we include “M. africanum” termieri (G. Alberti, presence of only 8 thoracic segments. For fur- 1969) in this comparison. This taxon differs by ther differences between these two species see (1) the presence of terrace lines across the entire G. Alberti (1969: 302-303). anterior border; (2) the more conical shape of the glabella; and (3) the distinct tuberculation of the glabellar surface. 4. Acknowledgements H. Alberti (1968: pl. 11, fig. 10) published a photograph of an isolated and partially preserved We thank Dipl.-Geol. Jan-Michael Ilger (Tech- cranidium which he determined as “Cornuproe- nische Universität Clausthal) for preparing the tus (Macroblepharum?) cf. africanum”. The photograph, John W. Tilsley (Sheffield, United

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 165-170, 2 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

„Zahntürkis“ an einem Mandibelfragment von Propalaeotherium isselanum aus dem eozänen Geiseltal bei Halle (Saale), Deutschland

Meinolf Hellmund*

Hellmund, M. (2011): „Zahntürkis“ an einem Mandibelfragment von Propalaeotherium isselanum aus dem eozänen Geiseltal bei Halle (Saale), Deutschland. ["Zahntürkis" covering a fragmentary mandibel of Propalaeotherium isselanum from the Eocene Geiseltal near Halle (Saale), Germany.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 165-170, Halle (Saale).

Kurzfassung: Es wird der erste Beleg für die Bildung von „Zahntürkis“ (Vivianit) an einem Mandibelfragment von Propalaeotherium isselanum aus der oberen Mittelkohle des Geiseltales (höheres Mitteleozän) vorgestellt und mit Funden anderer Provenienzen aus unterschiedlich alten stratigraphischen Ablagerungen verglichen. Der vermutliche Ablauf der Bildung von Vivianit wird für den Fund aus dem Geiseltal beschrieben.

Abstract: A first record of "Zahntürkis" (Vivianit) is proofed from a fragment of a mandible of Propalaeotherium isselanum found in the Upper middle coal (Upper middle Eocene) of the Geiseltal. The fragment is compared to other similar finds coming from very different stratigraphic sites. The putative genesis of Vivianit in the Geiseltal specimen is explained.

Schlüsselwörter: „Zahntürkis“, Vivianit, Geiseltal, Propalaeotherium, Mitteleozän

Key words: "Zahntürkis", Vivianit, Geiseltal, Propalaeotherium, Middle Eocene

*Anschrift des Autors: Dr. Meinolf Hellmund ([email protected]), Zentralmagazin Naturwissenschaftlicher Sammlun- gen, Geiseltalmuseum, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Domstr. 5, D-06108 Halle (Saale).

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1. Einleitung chenhaft entblößt und teilweise ausgeschürft ist (Abb. 1). Es sind also nur noch die „Wände“ Im Zusammenhang mit der Datenerfassung von erhalten, die die Zahnkronen rund herum begren- odontologischem Material (Oberschädel, Unter- zen. Ein effektives Zerscheren von Pflanzenkost kiefer und Mandibeln von Propalaeotherien) aus (Laubblätter) war damit nur noch eingeschränkt dem Geiseltal fiel unter etwa 500 diesbezüglich möglich. bearbeiteten Objekten ein Mandibelfragment auf, das sich durch einen teilweise hellbläulich bis Gesamtlänge des Objektes ca. 7,00 cm. gräulichen Mineralüberzug auszeichnet. Länge des M 1 = 11,00 mm; max. Breite = 8,00 mm Länge des M 2 = 12,00 mm; max. Breite = 9,50 mm Es handelt sich hierbei offenbar um „Zahntür- kis“. In der Mineralogie wird dieses Mineral in Auf der lingualen Seite des Fragmentes (= der Regel als Vivianit bezeichnet. Es handelt sich Ramus horizontalis) ist etwa auf 2/3 der erhalte- um ein wasserhaltiges Eisenphosphatmineral [Fe3 nen Länge ein hellblau bis gräulich glänzender (PO4)2 x 8 H2O], das in seinem Farbspektrum von Mineralüberzug erkennbar (Abb. 2), der sich hellblau bis tiefdunkelblau oder auch türkis durch eine sehr geringe Ritzhärte auszeichnet. In reicht. der Mohs’schen Ritzhärte-Skala entspricht dies etwa der „Härte 2“ (= mit dem Fingernagel

ritzbar). Auf der labialen Seite ist im vorderen 2. Beschreibung des Objektes und Drittel des Ramus horizontalis ebenfalls ein des Befundes hellblauer „Überzug“ feststellbar. Offenbar ist dieser im hinteren Teil, d. h. im Bereich hinter Das in Rede stehende Objekt ist ein Mandi- einer geklebten Bruchstelle, mechanisch entfernt belfragment dext. eines adulten Individuums von worden und jetzt nur noch rudimentär vorhanden. Propalaeotherium isselanum, mit den beiden Das hellbläuliche Mineral überzieht auch das Alveolenresten des P4, dem M1 und M2 sowie Dentin der beiden Molaren und erfasst ebenso die den Wurzelstümpfen des M3. Der disto-linguale jeweils aus dem Kieferknochen herausragenden Kronenanteil des M1 ist abgebrochen und fehlt. oberen Wurzelpartien der M1 und M2, sowie die Der Usurgrad ist bei beiden Molaren derart inten- Wurzelstümpfe (Abbruchreste) des M3. siv, so dass das Kronenrelief völlig verschlissen wurde und das darunter befindliche Dentin flä-

Abb. 1: Mandibelfragment dext. eines adulten Individuums von Propalaeotherium isselanum, mit den beiden Alveolenresten des P4, dem M1 und M2 sowie den Wurzelstümpfen des M3. Der disto-linguale Kronenanteil des M1 ist abgebrochen und fehlt (okklusale Ansicht). Die usierten Zähne und zum Teil auch deren Wurzeln weisen einen Überzug aus Zahntürkis (Vivianit) auf (Maßstab = 2 cm, Foto: M. Hellmund). Fig. 1: Fragment dext. of a mandibula from an adult individual of Propalaeotherium isselanum, with both alveolar rests of P4, M1 and M2, respectively the root-stumps of M3. The disto-lingual part of the crown in M1 is broken and lost (occlusal view). Both the worn teeth and the roots display a coating of “Zahntürkis” (Vivianit) (scale bar = 2 cm, Photo: M. Hellmund).

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Abb. 2: Dasselbe Objekt wie in Abb. 1, hier in lingualer Ansicht. Der Ramus horizontalis mit den beiden Molaren ist auf etwa 2/3 der erhaltenen Länge von einem hellblauen bis gräulich glänzenden Mineralüberzug („Zahntür- kis“/Vivianit) bedeckt (Maßstab = 2 cm, Foto: M. Hellmund). Fig. 2: Same specimen as in Fig. 1, here in lingual view. The Ramus horizontalis with the two molars is coated for two thirds of its length by a light blue, greyish and bright mineral, the so called "Zahntürkis" (Vivianit) (scale bar = 2 cm, Photo: M. Hellmund).

3. Fundort innerhalb der Fossilla- Meistens handelt es sich um dünne, z. T. aber auch etwas blättrig erscheinende rauhe Überzüge, gerstätte Geiseltal die hellblau bis tief dunkelblau gefärbt sein

können (Hellmund & Hellmund 1985: Abb. 1, 3) Das Objekt stammt aus der Wirbeltierfundstelle und eine geringe Ritzhärte („Mohshärte 2“) NS XXXVII (Ausgrabungszeitraum 1963-1966) aufweisen. und wurde in der Oberen Mittelkohle im Jahre An dem zuletzt genannten Objekt, einem (?) 1964 geborgen, die Fundstelle gehört in das subfossilen / rezenten Oberarmknochen eines höhere Mitteleozän (MP 13), Oberes Geiseltali- Pferdes aus einem Kanalaushub in Troisdorf bei um. Bonn, ist es innerhalb der aufgebrochenen Sub- Inventarnummer GMH: XXXVII – 110 – 1964. stantia spongiosa sogar zur Bildung von idio- NS = Tagebau Neumark – Süd morphen, prismatischen, monoklinen Kristallen bzw. Kristallaggregaten gekommen (Hellmund & Hellmund 1985: Abb. 2, 4, 5-8). Ein Phänomen, 4. Weitere Beispiele von oder in das in jedem Falle für das Auskristallisieren des Minerals sowohl Platz als auch Zeit erfordert hat. „Zahntürkis“ erhaltenen Objekten Selten sind auch ganze Skelette, Knochen- unterschiedlicher Provenienzen hohlräume und Knochen sowie Panzerplatten (s. u.) in Vivianit umgewandelt worden. Ein Beispiel „Zahntürkis“ bzw. Vivianit ist als sekundär hierfür ist eine Gruppe von 22 Adlerkopfechsen gebildetes „Fossilisationsmittel“ in der Paläonto- der Gattung Aetosaurus aus dem mittleren Keu- logie bekannt und kommt sowohl bei Wirbeltie- per (Stubensandstein) von Stuttgart-Kaltental ren (Knochen, Zähne) als auch bei wirbellosen (Ziegler 1986: Abb. 152), die von Fraas (1877) Organismen (Schalen von Mollusken) vor und beschrieben wurde. Ein einzelnes Individuum das völlig unabhängig vom stratigraphischen dieser Echsen misst ca. 80 cm Körperlänge. Alter des einbettenden Sedimentes. Die Genese Im Zusammenhang mit odontologischen Un- ist lediglich abhängig von den jeweils notwendi- tersuchungen an Gebissen des Paarhufers Elome- gen geochemischen Parametern. ryx borbonicus fand sich in der Sammlung der

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„Faculté des Sciences de la Terre, Université de len von einer Länge bis zu 3 mm gefüllt Lyon, in Villeurbanne“ eine linke Mandibel eines (http://de.wikipedia.org/wiki/Vivianit). juvenilen Individuums mit den Milchzähnen D2 Mann et al. (1998) berichten über eine blaue bis D4 (Inv. Nr. FSL 8740). An diesem Objekt ist Inkrustation auf menschlichen Skelettresten von nahezu der gesamte Ramus horizontalis bzw. ein seinerzeit in Vietnam vermissten U.S. Soldaten, Teil des Ramus ascendens von einer tief dunkel- die im Rahmen der Rückführung in die USA, blauen, blättrig rauhen Vivianitkruste überzogen nach 28 Jahren dort festgestellt wurde. Die blaue (Hellmund, eigene Beobachtung, August 1987). Inkrustation erwies sich aufgrund verschiedener Das Objekt ist in Hellmund (1991: 41, 75, Tab. 8) Untersuchungsmethoden wie Rasterelektronen- erwähnt, wird aber hier wegen seiner odontologi- mikroskopie und Röntgendiffraktometrie als schen Bedeutung herausgestellt. Das Fundstück Vivianit. Dieses Beispiel ist insofern ungewöhn- stammt aus St. Henri / St. André bei Marseille lich, als es aus dem Bereich der „Forensischen (Frankreich), stratigraphisch gehört es in das Wissenschaft“ kommt. Es belegt, dass die Bil- höhere Mitteloligozän (MP 26). dung von Vivianit z. B. auf menschlichen Kno- Bei einem weiteren Objekt handelt es sich um chen in einer Zeitspanne von etwa 30 Jahren ein nicht näher bestimmbares, ca. 3 cm x 2cm geschehen kann. Dem Mineral Vivianit kommt messendes Knochenfragment (Inv. Nr. MGB hier also eine Bedeutung für die Beurteilung und 9222), das im „Museo Municipal de Geologia“ in das Verständnis von taphonomischen Prozessen Barcelona (Spanien) aufbewahrt wird. zu, die die jüngste Vergangenheit betreffen. Das Knochenstück ist hell- bis mittelblau von Gelegentlich findet sich Vivianit auch in vor- seiner Farbe und offenbar weitgehend in Vivianit geschichtlichen, tonigen Brunnensedimentfüllun- umgewandelt (Hellmund, eigene Beobachtung, gen, z. B. im mehr als 7000 Jahre alten jungstein- August 1987). Der Fundort ist Tarrega (Ebrobe- zeitlichen Brunnen mit Verfüllung von Erkelenz- cken, Spanien). Tarrega wird der Mammal- Kückhoven, Nordrhein-Westfalen (Hellmund, Paleogene Zone (MP 23) zugeordnet, was etwa eigene Beobachtung, 1991). dem Mitteloligozän entspricht (Schmidt-Kittler Die dargestellten Beispiele stammen aus den 1987) [ed.], (Aguilar et al. 1997) [eds.]. unterschiedlichsten stratigraphischen Niveaus wie Im Zusammenhang mit Vivianitvorkommen dem oberen Keuper, dem höheren Mitteleozän, erwähnen Brauns & Chudoba (1979: 108) bzw. dem Mitteloligozän bzw. dem höheren Mitteloli- Ramdohr & Strunz (1980: 643) fossile Mu- gozän und aus dem Holozän. scheln aus Kertsch auf der Krim sowie fossile Hieran wird deutlich, dass die Bildung von Knochen aus Torfmooren, die einen derben Vivianit völlig unabhängig vom geologischen Überzug haben, der auch als „Blaueisenerde“ Alter ist. bezeichnet wird. Steinbach (1982) referiert den Fund eines Pferdes aus einem Altbergbau (1933) aus der 5. Zur Entstehung des Vivianit- Gegend von Příbram (Tschechische Republik), in Überzuges am Objekt aus der obe- dessen Unterkiefer sich „schön ausgebildete“ Vivianitkristalle fanden. Ein klassisches Beispiel ren Mittelkohle eines in Zahntürkis erhalten Großsäugermolaren Nach Ramdohr & Strunz (1980: 642 – 643) bildet ist in Steinbach (1982: 183, Fig. oben rechts) sich Vivianit zunächst unter Abschluß von Luft- abgebildet. sauerstoff und ist zuerst farblos. Er färbt sich erst Ein weiteres Beispiel stammt aus dem Harz, an der Luft blau unter Höheroxidierung des wo bei Erneuerungsarbeiten an der Kleinbahn- Eisens von Fe2+ zu Fe3+. strecke zwischen den Stationen Stiege und Vivianit ist ein Sekundärmineral, dass im Zu- Albrechtshaus im Jahre 1984 Bahnarbeiter in 1,3 sammenhang mit sulfidischen Erzlagerstätten, m Tiefe auf Knochenfragmente von Rind und nahe der Erdoberfläche, aber auch aus der Um- Pferd stießen. Die Knochenteile waren vollstän- wandlung von Phosphaten entsteht. Letzterer Fall dig hellblau verfärbt und sechs in der Nähe lie- trifft für das Geiseltal zu. gende Pferdezähne hatten das gleiche Aussehen. Vivianit als unregelmäßiger hellblauer Über- Im Zusammenhang damit fand sich auch Kera- zug auf erdigem Material (Abraum der Grube mik, die eine Datierung in das 10. bis 12. Jahr- Neumark-Süd) bzw. in Form von hellblauen, hundert zuließ. Die Markhöhlen der Extremitä- kugeligen Konkretionen (mit Durchmessern von tenknochen sowie die Pulpahöhlen der Zähne etwa 0,40 - 1,00 cm) kam im Geiseltal auch an waren mit langgestreckten dunkelblauen Kristal-

169 der Grenze zwischen dem obersten klastisch chensubstanz des Kieferfragmentes) ist dies ausgebildeten Tertiär und den Pleistozänablage- naturgemäß anders, er ist reichlich vorhanden und rungen vor (Krumbiegel 1971 und mündliche demzufolge auch nachweisbar. Mitteilung 2010 über eine Beobachtung aus dem Jahre 1955). Entsprechendes Belegmaterial dazu ist in der Geiseltalsammlung vorhanden. 8. Dank Die Phosphatkomponente, die durch aufstei- gende Wässer transportiert wurde, stammte Meinem Kustoskollegen Herrn Dr. N. Hauschke offenbar aus Wirbeltierknochen. Trafen diese (Institut für Geowissenschaften und Geographie, Wässer mit eisenhaltigen Lösungen aus dem MLU Halle-Wittenberg) danke ich für die redak- Pleistozänmaterial zusammen, dann konnte es zur tionelle Betreuung der Arbeit, Herrn Dr. G. Vivianitbildung kommen. Krumbiegel, Halle (Saale) für seine Gutachtertä- Die Vivianitbildung am Kieferfragment und tigkeit. Herr Dr. Th. Witzke (Institut für Geowis- den Zähnen des Propalaeotherium dürfte sich senschaften und Geographie, MLU Halle- innerhalb des Sedimentes (hier: Torf und akku- Wittenberg) führte die röntgendiffraktometrische mulierte, mehr oder weniger zersetzte Biomasse) Untersuchung durch, wofür ich ihm meinen frühdiagenetisch bei niedrigem, d. h. niedrigem verbindlichen Dank ausspreche. pH–Wert an den organisch gebildeten Hartsub- stanzen wie Knochen und Zähnen, die aus Hydroxylapatit [Ca5(PO4)3(OH)] bestehen, voll- 9. Literatur zogen haben. Die hierfür notwendige Phosphat- komponente stammte also aus dem Knochen bzw. Aguilar, J.-P., Legendre, S. & Michaux, J. [eds.] den Zähnen selbst, während die Eisenkomponente (1997): Actes du Congrès BiochroM’97, Mém. in Form einer im Einbettmedium zirkulierenden Trav. E. P. H. E., Inst. Montpellier, 21: 1-818. wässerigen Lösung hinzugeführt wurde. Ca2+- Brauns, R. & Chudoba, K. F. (1979): Spezielle Mine- Ionen und Fe2+-Ionen wurden dabei gegeneinan- ralogie. – 193 S.; Berlin, New York (W. de Gruy- ter). der ausgetauscht. Fraas, O. (1877): Aetosaurus ferratus Fr. – Die gepan- zerte Vogel-Echse aus dem Stubensandstein bei Stuttgart. – Jh. Ver. vaterl. Naturkde. Württ., 33: 21 6. Synonymie S. Hellmund, M. (1991): Revision der europäischen Das Mineral Vivianit erhielt seinen Namen 1817 Species der Gattung Elomeryx MARSH 1894 durch A. G. Werner, der es zu Ehren des Entde- (Anthracotheriidae, Artiodactyla, Mammalia) – ckers und Erstbeschreibers John Henry Vivian Odontologische Untersuchungen. – Palaeontogra- (1785-1855), einem englischen Mineralogen, so phica, Abt. A, 220: Lfg. 1-3: 101 S.; Stuttgart. benannte. Hellmund, M. & Hellmund, W. (1985): Ein „blauer“ Knochen – Vivianitfund in Altenrath. – Troisdorfer Es existieren außerdem zahlreiche synonyme Jahreshefte, 15: 117-120; Troisdorf (Merkur Drucke- Bezeichnungen wie Zahntürkis, Eisenblau, Blau- rei). eisenerde, Eisen-Phyllit, Glaukosiderit, Mullinit, http://de.wikipedia.org/wiki/Vivianit Natürliches Berlinblau und Phosphorsaures Eisen Krumbiegel, G. (1971): Mineralbildungen in der Braun- für dieses Mineral. kohle des Geiseltales bei Halle. – 308-309. – In: Vollstädt, H.: Einheimische Minerale, 2. Aufl. – 342 S.; Dresden (Verlag Th. Steinkopf). 7. Röntgendiffraktometrische Ana- Mann, R. W., Feather, M. E., Tumosa, Ch. S., Holland, Th. D. & Schneider, K. M. (1998): A blue en- lyse crustation found on skeletal remains of Americans missing in action in Vietnam. – Forensic Science Der Versuch, die auf makroskopischen Merkma- International, 97 (2): 79-86. len beruhende Bestimmung des Zähntürkis (Vivi- Ramdohr, P. & Strunz, H. (1980): Klockmann’s anit) auch analytisch zu untermauern, gelang Lehrbuch der Mineralogie, 16. Aufl. – 876 S.; leider nicht. Dies lässt sich aber insofern erklären, Stuttgart (F. Enke Verlag). als der in Rede stehende Mineralüberzug offenbar Schmidt-Kittler, N. [ed.] (1987): International Sympo- derart geringfügig in seiner Stärke ist, dass die sium on Mammalian Biostratigraphy and Pa- entsprechenden Substanzen bei der angewendeten leoecology of the European Paleogene – Mainz, February 18th - 21st 1987. – Münchner Geowiss. Untersuchungsmethode unterhalb der Nachweis- Abh. (A), 10: 312 S. grenze liegen. Für den Hydroxylapatit (= Kno-

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Steinbach, G. (1982) [Hrsg.]: Mineralien. – 287 S.; Ziegler, B. (1986): Der Schwäbische Lindwurm – München (Mosaik Verlag GmbH). Funde aus der Urzeit im Museum am Löwentor. – 172 S.; Stuttgart (K. Theiss Verlag).

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 171-190, 10 Abb., 2 Tab. Halle (Saale), Mai 2011

Vergleichende osteologische Untersuchungen am postcranialen Ske- lett von Propalaeochoerus pusillus (Suoidea) aus der untermiozänen Karstspaltenfüllung Tomerdingen (SW-Deutschland)

Meinolf Hellmund & Elmar P. J. Heizmann*

Hellmund, M. & Heizmann, E. P. J. (2011): Vergleichende osteologische Untersuchungen am postcranialen Skelett von Propalaeochoerus pusillus (Suoidea) aus der untermiozänen Karstspaltenfüllung Tomerdingen (SW- Deutschland). [Comparing osteological studies on the postcranial skeleton of Propalaeochoerus pusillus (Suoidea) from a fissure filling of Lower Miocene age.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 171-190, Halle (Saale).

Kurzfassung: Das postcraniale Skelettmaterial von Propalaeochoerus pusillus aus der untermiozänen (MN1) Spaltenfüllung Tomerdingen (Deutschland, Baden-Württemberg) wird untersucht und mit demjenigen des rezenten Sus scrofa (Suidae) und des Tayassu tajacu/pecari (Tayassuidae) verglichen. Propalaeochoerus pusillus war bereits odontologisch beschrieben und charakterisiert worden (Hellmund 1992). Überraschender Weise zeigt das Extremitätenskelett von P. pusillus im Unterschied zur Bezahnung kaum tayassuide Anpassungen, sondern erweist sich als weitgehend plesiomorph. Dies äußert sich in einer fehlenden Verwachsung von Radius/Ulna und der Metacarpalia bzw. Metatarsalia III und IV. Offenbar zeichnet sich hier ein diachroner, „mosaikartiger“ Entwicklungsmodus ab. Die Gebisse, insbesondere die Canini und die Molaren aus Tomerdingen sind unzweifelhaft „tayassuid“ und der „modernen“, rezenten Konfiguration weitgehend entsprechend ausgebildet, während das Skelett primitiv, generalisiert und undifferenziert „suid“ ist. Inwieweit diese Gebissmorphologie einen phylogenetischen Zusammenhang mit den Tayassuidae begründet oder ob es sich dabei um eine frühe Parallelent- wicklung handelt, kann an Hand der vorgenommenen Vergleiche nicht entschieden werden. Es erscheint in diesem Zusammenhang sinnvoll, Propalaeochoerus vorerst in die Überfamilie Suoidea einzuordnen und die Zuweisung in eine der Familien Suidae, Palaeochoeridae oder Tayassuidae noch bzw. wieder offen zu lassen. Einer der wenigen sonst noch bekannten Extremitätenfunde aus dem Unter-/Mittel-Miozän Mitteleuropas stammt von Steinheim am Albuch (MN7). Es handelt sich um ein Autopodium von Conohyus simorrensis, dessen Seitenme- tapodien noch weniger reduziert sind als bei Propalaeochoerus und damit die Zuordnung dieses Genus zu den Suidae bestätigen. Inwieweit sich die tayassuide Morphologie von Zygo- und Autopodium in der Alten Welt oder in der Neuen Welt (z. B. in den südlichen USA, in Mittelamerika oder im nördlichen Südamerika) herausgebildet hat, muss beim gegenwärtigen Kenntnisstand ebenso dahingestellt bleiben.

Abstract: The postcranial skeleton of Propalaeochoerus pusillus of the Lower Miocene (MN1) fissure filling Tomerdingen (Schwäbische Alb, Südwestdeutschland) is investigated thoroughly and compared with the recent Sus scrofa (Suidae) and Tayassu tajacu / pecari (Tayassuidae). An odontological description and characterization of Propalaeochoerus pusillus had already be done by Hellmund (1992). Remarkably, the limb bones of Propalaeocho- erus pusillus did not reveal any tayassuid characters in contrast to the dentitions. The manner of the bones is mostly plesiomorphic in displaying a lack of a fusion of radius and ulna, respectively, of the metacarpals and metatarsals III and IV. Such points to a diachron and mosaic-like evolutionary mode. The teeth, e. g. canines and molars, originating from Tomerdingen are clearly “tayassuid” and correspond to the recent morphology of Tayassuids, whereas the skeleton is primitive, generalized and undifferentiated “suid”. How far the mentionend dentition speaks for a phylogenetic connection with the Tayassuidae or displays an early parallel evolutionary trend cannot be judged at the present state of knowledge.

*Anschriften der Verfasser: Dr. Meinolf Hellmund ([email protected]), Zentralmagazin Naturwissenschaftlicher Sammlun- gen, Geiseltalmuseum, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Domstr. 5, D-06108 Halle (Saale); Dr. Elmar P. J. Heizmann ([email protected]), Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart, Rosenstein 1, D-70191 Stuttgart.

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Therefore it is appropriate to place Propalaeochoerus pusillus in the Superfamily Suoidea and leave an attribution to the Family Suidae, Palaeochoeridae or Tayassuidae open. There is a further and extremely rare find from the Lower Middle Miocene coming from Steinheim am Albuch (Baden-Württemberg, Deutschland) (MN7), dealing with the autopodials of Conohyus simorrensis, whose lateral metapodials are more less reduced as is the case in Propalaeochoerus pusillus. Therefore an attribution to the Family Suidae is clearly indicated. The question how far the tayassuid morphology of the zygopodium and the autopodials evolved in the Old or in the New World (e. g. in the South of the USA, in Middle America or in the northern part of South America) remains open.

Résumé: Le matériel postcranial de Propalaeochoerus pusillus provenant d’une fissure carstique à Tomerdingen (Allemagne, Bade-Wurttemberg) est étudié. Les os sont comparés à ceux des espèces récentes de Sus scrofa (Sui- dae) et de Tayassu tajacu (Tayassuidae). L’odontologie de Propalaeochoerus pusillus avait déjà été décrite et charactérisée par Hellmund (1992). C’est étonnant qu’à la difference de la dentition le squelet des extrémités de P. pusillus ne montre presque pas d’adaptations tayassuidées, mais se revèle plésiomorphe. Cela est indiqué par la séparation complète de radius et ulna ainsi que des métacarpiens et métatarsiens III et IV. Il semble que cela démontre un mode d’évolution diachro- nique ou “en mosaique”. Sans doute les dentitions de Tomerdingen, surtout les canines et les molaires, sont de type tayassuide et comparable à la configuration moderne des Tayassuidés récentes, tandis que le squelet montre des charactères primitifs généralisés du type suide non différencié. Les comparaisons faites ne permettent pas de déci- der, si la morphologie de la dentition reflète une connexion phylogénétique avec les Tayassuidés ou s’il s’agit d’une évolution parallèle précoce. Dans ce contexte il nous semble d’être plus raisonable de ranger Propalaeochoerus seulement parmi la supérfamille des Suoidea que dans une des familles de Suidae, Palaeochoeridae ou Tayassuidae. Peu de restes d’extrémités du Miocène inférieur ou moyen de l’Europe centrale appartenent à des Suoidea sont connus: Un autopode de Conohyus simorrensis provient de Steinheim am Albuch (MN7). Les métapodes latérales de cette espèce sont moins réduits que chez Propalaochoerus et confirment l’appartenance de ce genre aux Suidae. Basé sur l’état des connaissances actuelles on ne peut pas décider si la morphologie tayassuide de zygo- et autopode s’est formée dans l’Ancien Monde ou dans le Nouveau Monde (p. e. au Sud des États Unis, en Amérique centrale ou en Amérique du Sud septentrional).

Schlüsselwörter: Mammalia, Suoidea, Osteologie, Untermiozän, Karstspalte

Key words: mammals, Suoidea, osteology, Lower Miocene, fissure filling

1. Einleitung 1992). Zusätzlich wird ein teilweise artikulierter Hinterfuß von Conohyus simorrensis wegen Untermiozäne Vertreter der Suoidea haben in seiner besonders vollständigen Erhaltung in die der Vergangenheit unterschiedliche systemati- Untersuchung einbezogen. Die relevanten Un- sche Zuordnungen erfahren (z. B. Ginsburg terscheidungsmerkmale werden im Vergleich 1974, v. d. Made 1994, 1996, Heissig 2008). Am mit den rezenten Gattungen Sus und Tayassu Beispiel von Propalaeochoerus pusillus (Gins- herausgearbeitet. burg 1974) soll überprüft werden, ob die an der Bezahnung festgestellten tayassuiden Merkmale (Hellmund 1992) auch an dessen postcranialem 2. Fundstellen Skelett verifizierbar sind. Belege zu letzterem 2.1 Tomerdingen sind im Allgemeinen selten. Eine Ausnahme Bei der Fossilfundstätte Tomerdingen nordöst- bilden Karstspaltenfüllungen, da es hier oft zu lich von Ulm, handelt es sich um eine Karstspal- größeren Konzentrationen von Bezahnungen tenfüllung, die bereits im Jahre 1928 ausgebeutet und Skelettelementen kommt. Im Falle der wurde. Typisch für derartige Fundstellen sind nachfolgend behandelten Spaltenfüllung Tomer- die Anreicherung von isoliertem Zahn- bzw. dingen (Schwäbische Alb, Südwestdeutschland) disartikuliertem Knochenmaterial, wozu auch kommt hinzu, dass wegen der dort vorhandenen das Knochenmaterial und die Dentitionen von eingeschränkten Artenzahl eine problemlose Propalaeochoerus pusillus zählen. Details zur Zuordnung der Postcranialelemente möglich ist, geologischen Situation, sowie eine Liste der wie sich dies auch schon am Beispiel der Gat- bekannt gewordenen Vertebraten, finden sich tung Cainotherium gezeigt hat (Heizmann bei Seemann & Berckhemer (1930).

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2.2 Steinheim am Albuch (11), anteriore Grundphalanx III/IV (23), ante- Die auf der östlichen Schwäbischen Alb (Baden- riore Mittelphalanx III/IV (23), anteriore End- Württemberg, Deutschland) in einem mittelmio- phalanx III/IV (17), Sacrum (1), Pelvis (32), zänen Meteorkrater gelegene Fossilfundstelle Femur (18), Patella (10), Tibia (33), Fibula (3), Steinheim am Albuch hat in ihren Seeablage- Calcaneus (30), Astragalus (25), Cuboid (15), rungen eine außergewöhnlich reiche, vielfältige Naviculare (13), Cuneiforme I (4), Cuneiforme und hervorragend erhaltene Fauna und Flora III (5), Metatarsale II (18), Metatarsale III (12), überliefert, die für die Säugerzone MN7 charak- Metatarsale IV (21), Metatarsale V (5), posterio- teristisch ist. re Grundphalanx III/IV (31), posteriore Mittel- Postcraniale Skelettelemente von Vertretern phalanx III/IV (24), posteriore Endphalanx der Familie Suidae sind in stratifizierten Fund- III/IV (13); stellen vergleichsweise rar oder fehlen ganz, so teilweise artikulierter Hinterfuß eines Conohyus z. B. auch in der Fundstelle Ulm-Westtangente, simorrensis (Fam. Suidae) aus Steinheim am die sonst umfangreiches Fundmaterial erbracht Albuch, Mittelmiozän (MN 7), SMNS Inv. Nr. hat (Heizmann et al. 1989, Hellmund 1991). 44391, s. Abb. 131, S. 130, Heizmann & Reiff Insofern ist der teilweise artikulierte Hinterfuß (2002). eines Conohyus simorrensis (Fam. Suidae) aus Steinheim am Albuch ein besonders bemer- rezent: kenswertes Einzelstück (Heizmann & Reiff  Osteologische Sammlung des Staatlichen 2002). Museums für Naturkunde, Stuttgart (SMNS): Sus scrofa (weibl.), postcraniales Skelett (mit Schädel), adult, nicht montiert, Inv. Nr. SMNS 32081 3. Material und Bearbeitungsme- Sus scrofa (weibl.), postcraniales Skelett (ohne thode Schädel), nicht montiert, Inv. Nr. SMNS 38184 Sus scrofa (Geschlecht ?), postcraniales Skelett Das Vermessen der Knochen wurde mit einer (ohne Schädel), nicht montiert, Inv. Nr. SMNS mechanischen Uhrenschieblehre von Hand 32082 vorgenommen. Die Meßstrecken orientieren sich Tayassu tajacu (Halsbandpekari), (Geschlecht an der von v. d. Driesch (1976) empfohlenen ?), postcraniales Skelett (ohne Schädel), adult Methode und sind damit „standardisiert“. Die (Epiphysenfugen geschlossen), nicht montiert, jeweiligen Meßwerte sind dadurch mit den in Zoo Valparaiso, Inv. Nr. SMNS 16853 analoger Weise vermessenen Knochen unmittel- Tayassu tajacu (Halsbandpekari), (männl.), bar vergleichbar. Hinsichtlich der Terminologie postcraniales Skelett (mit Schädel), adult, nicht und der topographischen Lagebezeichnung am montiert, stark usierte Canini und M3, Brasilien, Skelett wird Bezug auf Schmid (1972) genom- Inv. Nr. SMNS 16857 men, die deutschen Bezeichnungen der Taxa sind Wandrey (1987) entlehnt.  Sammlung des Institutes für Zoologie der Folgende Objekte haben Eingang in die Un- Martin-Luther-Universität (ZNS), Halle (Saale) tersuchungen gefunden: (IZH – M): Tayassu pecari (Weißbartpekari), (männl.), fossil: montiertes Skelett mit Schädel, subadult (im  Sammlung „Tertiäre Säugetiere“ des Zahnwechsel), Inv. Nr. (IZH-M 554) Staatlichen Museums für Naturkunde, Stuttgart (SMNS): zahlreiche isolierte, postcraniale, teils fragmen- täre Skelettelemente aus der untermiozänen (MN 4. Vergleichende osteologische Un- 1) Karstspaltenfüllung Tomerdingen, SMNS tersuchungen (Nr. 47241a – 47288h) (Maße siehe: 9. Anhang): Atlas (5), Vertebrae cervicales (7), Vertebrae Die Merkmale postcranialer Knochenelemente thoracales (11), Vertebrae lumbales (8), Costae von Sus scrofa, Tayassu tayacu sowie Propa- (46), Scapula (10), Humerus (22), Ulna (11), laeochoerus pusillus werden nachfolgend in Radius (29), Scaphoideum (5), Lunatum (11), einer tabellarischen Übersicht detailliert einan- Triquetrum (3), Pisiforme (9), Capitatum (7), der gegenübergestellt und die charakteristischen Hamatum (8), Metacarpale II (4), Metacarpale Unterschiede bzw. Gemeinsamkeiten herausge- III (21), Metacarpale IV (16), Metacarpale V arbeitet (Tab. 1).

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181 of postcranial bone elements. elements. of postcranial bone

Tab. 1: Morphologischer Vergleich der postcranialen Knochenelemente. Knochenelemente. postcranialen der Vergleich Morphologischer 1: Tab. comparison Morphological 1: Tab.

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Abb. 1 a: Humerus dext., Abb. 1 b: Humerus dext., Abb. 2 a: Radius sin., Abb. 2 b: Radius sin., posteriore Ansicht (SMNS mediale Ansicht, Epiphy- posteriore Ansicht (SMNS laterale Ansicht (SMNS 47241a). senfuge noch nicht 42249). 42249). verwachsen (SMNS 47241a). Fig. 1 a: Humerus dext., Fig. 1 b: Humerus dext., Fig. 2 a: Radius sin., Fig. 2 b: Radius sin., posterior view (SMNS medial view, epiphysis posterior view (SMNS lateral view (SMNS 47241a). not yet fused (SMNS 42249). 42249). 47241a).

Abb. 3: Ulna dext., anteri- Abb. 4: Cuboid sin., Abb. 5: Mc III sin. Abb. 6: Mc III sin., ore Ansicht, distales Ende laterale Ansicht, beachte (SMNS 47266 n), Mc IV laterale Ansicht (SMNS abgebrochen (SMNS 47253 die kleine viereckige sin. (SMNS 47269 c), 47266 n). d). Gelenkfacette (SMNS anteriore Ansicht, beachte 47271 c). die Knochen liegen eng beieinander. Fig. 3: Ulna dext., anterior Fig. 4: Cuboid sin., lateral Fig. 5: Mc III sin. (SMNS Fig. 6: Mc III sin., view, distal end brocken off view, pay attention to the 47266 n), Mc IV sin. lateral view (SMNS (SMNS 47253 d). little quadrangular articu- (SMNS 47269 c), anterior 47266 n). lation facet (SMNS 47271 view, pay attention to the c). bones being close together.

Abb. 1-6: Sämtliche Knochen von P. pusillus, Maßstab jeweils 2,0 cm. Zeichnungen: W. Hellmund. Figs. 1-6: All bones from P. pusillus, scale always 2.0 cm. Illustration: W. Hellmund.

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Abb. 7: Mc IV sin., Abb. 8: Mt III sin. (SMNS Abb. 9: Mt III sin., Abb. 10: Mt IV sin., mediale Ansicht (SMNS 47277 f), Mt IV sin. laterale Ansicht (SMNS mediale Ansicht (SMNS 47269 c). (SMNS 47268 a), anterio- 47277 f). 47268 a). re Ansicht, beachte die Knochen liegen eng beieinander.

Fig. 7: Mc IV sin., medial Fig. 8: Mt III sin. (SMNS Fig. 9: Mt III sin., lateral Fig. 10: Mt IV sin., medial view (SMNS 47269 c). 47277 f), Mt IV sin. view (SMNS 47277 f). view (SMNS 47268 a). (SMNS 47268 a), anterior view, pay attention to the bones being close together.

Abb. 7-10: Sämtliche Knochen von P. pusillus, Maßstab jeweils 2,0 cm. Zeichnungen: W. Hellmund. Figs. 7-10: All bones from P. pusillus, scale always 2.0 cm. Illustration: W. Hellmund.

5. Auswertung zwischen den Langknochen von Propalaeochoe- rus und dem rezenten Tayassu tajacu bestehen. Der osteologische Vergleich zielt im Wesentli- Daraus folgt, dass Propalaeochoerus hinsicht- chen auf die Vorderextremitäten (Stylo-, Zeugo- lich seiner Skelettkonfiguration eher dem „Ty- und Autopodium) sowie analog auf die Hinterex- pus“ eines Altweltschweines (Fam. Suidae) tremitäten. Einbezogen werden die Schulter entspricht, während dessen Gebiss, insbesondere (Scapula) und das Becken (Pelvis), die aber keine im Hinblick auf die Canini, auf eine den Tayassu- diagnostisch verwertbaren Merkmale lieferten. iden entsprechende Gebissmorphologie hindeutet Dagegen ergaben sich morphologische Differen- (Hellmund 1992). zen hinsichtlich der Extremitäten. Auch die Die Humeri weisen bei allen drei untersuchten kleineren Knochenelemente weisen zahlreiche Taxa ein Foramen supratrochleale in der Olecra- unterscheidende morphologische Details auf, z. nongrube auf, lediglich bei sehr alten rezenten B. im Bereich der Basipodien und der proximalen Tayassuiden kann dieses Foramen auch geschlos- bzw. distalen Metapodialgelenke. Entwicklungs- sen sein. Auffällig ist, dass das distale Humerus- trends lassen sich am besten an den Langknochen gelenk bei Sus und Tayassu gegenüber dem erfassen. Schaft etwas nach körperwärts (mediad) verdreht Am auffälligsten sind dabei die morphologi- ist. Dementsprechend artikuliert auch das schräg schen Übereinstimmungen der Langknochen zum Schaft stehende proximale Radiusgelenk. zwischen Propalaeochoerus und dem rezenten Bei Propalaeochoerus ist diese Verdrehung noch Sus scrofa, wogegen deutliche Unterschiede stärker ausgebildet. Die funktionsmorphologische

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Bedeutung der damit verbundenen Auswärtsdre- Die Verhältnisse der Mc III – IV sind prinzi- hung des Ellbogengelenkes bleibt vorerst offen. piell mit denen der Mt III - IV vergleichbar, bei Radius und Ulna sind sowohl bei Sus als auch Sus sind die beiden Knochen vollständig getrennt bei Propalaeochoerus nicht verwachsen. Ein und bei Propalaeochoerus sind diese, wenn bemerkenswerter Unterschied besteht jedoch überhaupt, dann nur im proximalen Teil aneinan- darin, dass diese beiden Knochen bei Sus keine der anliegend. Bei letzterer Konfiguration wird vollständige Anlagerung aufweisen, während bei eine, wenn auch nur geringe Tendenz hin zu einer Propalaeochoerus die vollständige Anlagerung tayassuiden Merkmalskonfiguration sichtbar. Bei realisiert ist. Besonders gut belegt dies ein Radius Tayassu liegen die betreffenden Knochen eng (SMNS 47249) mit seiner durchgehend rauhen, aneinander. konkaven Innenseite. Dies deutet unzweifelhaft Die weiteren unterscheidenden Merkmale der die Tendenz zu einer Verwachsung der beiden postcranialen Knochenelemente finden sich in der Knochen Ulna und Radius an, wie sie für die Tabelle 1. rezenten Tayassuidae typisch ist. Mit der dadurch Bei Conohyus simorrensis aus Steinheim am bewirkten Versteifung hängt möglicherweise Albuch sind die Mt III und IV völlig getrennte, auch die Verflachung des proximalen Radiusge- separate Knochen. Die Seitenmetapodien Mt II lenkes bei Propalaeochoerus gegenüber Sus und V sind noch vorhanden, sie weisen den zusammen. gleichen geringen Reduktionsgrad auf. Es handelt An dieser Tatsache lässt sich einer der weni- sich bei dieser Konfiguration um den Primitivzu- gen formulierbaren Entwicklungstrends, die sich stand, wie er für Vertreter der Suidae typisch ist. aus den vergleichenden osteologischen Studien ergeben haben, festmachen. Er führt bei den Tayassuiden gegenüber den Suiden zu einer 6. Schlussfolgerungen deutlichen Versteifung des Zeugopodiums. Dennoch sind die Radii und Ulnae bei Propa- Die vorliegende Untersuchung zielt darauf zu laeochoerus zweifelsfrei getrennte Knochen, die klären, inwieweit die isolierten Skelettelemente den für die Suidae typischen Primitivzustand aus dem Untermiozän von Tomerdingen hinsicht- noch nicht vollständig aufgegeben haben. lich ihrer Morphologie eher der Merkmalsausprä- Auch am posterioren Stylopodium (Femur) gung von sogenannten Altweltschweinen (Fam. ließ sich bei Sus eine starke Verdrehung des Suidae) entsprechen oder ob sich bestimmte proximalen Gelenkes (Caput femoris) gegen das Entwicklungstrends bzw. Übereinstimmungen distale Gelenk (Trochlea femoris) feststellen, die hinsichtlich der Osteologie von Neuweltschwei- in schwächerer Form auch bei Tayassu zu beo- nen (Fam. Tayassuidae) verifizieren lassen. bachten ist. Das Fehlen vollständiger Femora von In einer synoptischen Zusammenschau werden Propalaeochoerus lässt in dieser Hinsicht keine dazu sämtliche Skelettelemente des Stylo-, Zeu- Aussage zu. Das distale Femurgelenk ist bei Sus go- und Autopodiums vom rezenten Sus scrofa ebenfalls schräg gestellt. Das betreffende Gelenk (Suidae), vom rezenten Tayassu tajacu (Tayassu- bei Propalaeochoerus ähnelt diesem. idae) sowie vom untermiozänen Propalaeochoe- Bei Sus findet sich distal am Cuboid lateral rus pusillus (Tayassuidae/Suidae) aus der Karst- eine kleine zusätzliche Gelenkfläche für das spaltenfüllung Tomerdingen (Deutschland) mor- Metatarsale (Mt V). Diese Gelenkfläche ist auch phologisch beschrieben und charakterisiert. bei Propalaeochoerus vorhanden. Das bedeutet, Die dabei festgestellten Unterschiede bzw. dass bei Propalaeochoerus laterale, posteriore Gemeinsamkeiten werden in knapper Form Seitenstrahlen definitiv vorhanden waren. Dem- benannt und einander tabellarisch gegenüberge- zufolge handelt es sich auch in diesem Fall beim stellt. Einige der charakterischen Langknochen Propalaeochoerus um ein plesiomorphes Merk- von Tayassu tajacu und Propalaeochoerus pusil- mal. Im Unterschied dazu fehlt diese Gelenkflä- lus wie Ulna und Radius, die anterioren und che beim rezenten Tayassu, ein Zeichen dafür, posterioren Metapodien (Kanonbeine) werden dass die lateralen Seitenmetapodien reduziert sind darüber hinaus auch bildlich dokumentiert (Abb. (apomorpher Zustand). 1-10). Die Mt III – IV sind sowohl bei Sus als auch Eine frühere Untersuchung des Erstautors, bei bei Propalaeochoerus voneinander getrennt und der die zugehörigen Dentitionen von Propalaeo- repräsentieren somit einen plesiomorphen Zu- choerus pusillus im Mittelpunkt standen, hat für stand, während sie bei Tayassu im Adultstadium sich alleine genommen, zu einer Zuweisung zu verwachsen sind und ein Kanonenbein bilden. den Tayassuidae geführt (Hellmund 1992), wäh-

185 rend die jetzt durchgeführten osteologischen definitiv herausgebildet haben, bleibt ebenfalls Untersuchungen eine überwiegend primitive dahingestellt. (plesiomorphe), den Suiden entsprechende, Insgesamt lässt sich sagen, dass sich die rezen- Merkmalsausprägung zeigen. ten Tayassuidae neben den verwachsenen Ulnae Damit ergeben sich aus ein und derselben und Radii und der Ausbildung nahezu vollständig Fundstelle und auf der Basis ein und desselben verwachsener Metapodien zu Kanonenbeinen im Taxons diametral entgegengesetzte Argumente Adultstadium sowie der Reduktion der posterio- für eine Zuweisung des in Rede stehenden Ta- ren lateralen Seitenstrahlen auszeichnen. xons zu den beiden Familien Suidae und Tayassu- Radius und Ulna sind bei Sus nicht verwach- idae. Gäbe man den osteologischen Argumenten sen und sie weisen auch keine vollständige Anla- hierbei das größere Gewicht, so müsste daraus gerung auf, bei Propalaeochoerus hingegen ist eine Zuweisung zur Familie Suidae folgen. In- die Anlagerung vollständig. Offenbar zeichnet wieweit die erwähnte Gebissmorphologie einen sich hier ein Entwicklungstrend ab, der später zu phylogenetischen Zusammenhang mit den Tayas- der Konfiguration (Verwachsung) bei Tayassu suidae begründet oder ob es sich dabei um eine führt und daher besondere Erwähnung verdient. frühe Parallelentwicklung handelt, kann an Hand Heutige Tayassuiden sind auch noch durch das der vorgenommenen Vergleiche nicht entschie- Vorhandensein einer speziellen Talgdrüse auf den werden. dem hinteren Teil des Rückens charakterisiert Offenbar zeichnet sich hier ein diachroner, je- (Nowak 1991). Dieses Merkmal hat ethologische weils zeitlich verschobener, „mosaikartiger“ Bedeutung (z. B. beim Sozialkontakt innerhalb Entwicklungsmodus einzelner Merkmale (Gebiß der Rotte), es lässt sich naturgemäß im fossilen – Skelett) ab, zumindest gilt dies für die Zeit des Fall nicht verifizieren. Die Schwanzwirbelsäule basalen Miozäns in Europa. Die Gebisse, insbe- ist bei rezenten Tayassuiden mit lediglich bis zu sondere die Canini und die Molaren aus Tomer- neun Wirbeln ausgesprochen kurz. Wegen des dingen, sind unabhängig von einer eventuellen Fehlens vollständiger Skelette ist dies bei europä- Einordnung des Genus Propalaeochoerus in eine ischen fossilen Arten nicht nachprüfbar. eigene Familie Palaeochoeridae unzweifelhaft „tayassuid“ und der „modernen“, rezenten Konfi- guration weitgehend entsprechend ausgebildet, 7. Dank während das Skelett primitiv, undifferenziert und generalisiert ( d. h. „suid“) ist. Für die Bereitstellung und Ausleihe rezenter Ob man im Fall von Propalaeochoerus den Vergleichs-Skelette von Sus scrofa, Tayassu odontologischen oder den osteologischen Krite- tajacu und Tayassu pecari sind wir Frau Dr. D. rien mehr Gewicht beimessen will, liegt damit im Möricke (Staatliches Museum für Naturkunde, subjektiven Ermessen des jeweiligen Bearbeiters. Stuttgart) und Herrn Dr. D. Heidecke (Institut für Es erscheint daher sinnvoll, vorerst den Terminus Zoologie, ZNS, der Martin-Luther-Universität Suoidea für die gemeinsame Überfamilie zu Halle-Wittenberg, Halle a. d. Saale), dankbar verwenden und die Zuweisung in die jeweiligen verbunden. Familien Suidae, Tayassuidae bzw. Palaeochoeri- Herrn Michael Rothe (†) und Frau cand. geol. K. dae noch oder wieder offen zu lassen. Bauer (Halle a. d. Saale) danken wir für die Die angeführten Beispiele zeigen, dass zu- Inventarisierung und Beschriftung des fossilen mindest vom Untermiozan (MN1) bis zum höhe- Knochenmaterials aus Tomerdingen. Die Ver- ren Mittelmiozän (MN7) im Postcranialskelett messung der Knochen hat dankenswerterweise noch keine tayassuiden Merkmale entwickelt Frau K. Bauer im Rahmen eines Praktikums am waren. Geiseltalmuseum der Martin-Luther-Universität Die Tatsache, dass es in Mitteleuropa nur we- Halle-Wittenberg durchgeführt. Herr Studiendi- nige terrestrische Fundlokalitäten im Obermiozän rektor i. R. W. Hellmund (Troisdorf b. Bonn) und Pliozän gibt und bislang auch kein entspre- fertigte die Tuschestrichzeichnungen ausgewähl- chendes Material vorliegt, erschwert bzw. macht ter Knochenelemente in gewohnt sorgfältiger die Lösung dieses Problems gegenwärtig unmög- Weise an, wofür wir unseren verbindlichsten lich. Inwieweit sich die entsprechenden Merk- Dank sagen. Schließlich bedanken wir uns auch malskonfigurationen in der Alten Welt oder in der bei Frau Dr. C. Kurz (Naturkundemuseum im Neuen Welt (z. B. in den südlichen USA, in Ottoneum, Kassel) und bei Frau PD Dr. G. Röss- Mittelamerika oder im nördlichen Südamerika) ner (Bayerische Staatssammlung für Paläontolo-

186 gie und Geologie, München) für die Gutachtertä- Stuttgarter Beitr. Naturk., Ser. B, 176: 69 S.; Stutt- tigkeit. gart. Hellmund, M. (1992): Schweineartige (Suina, Artiodac- tyla, Mammalia) aus oligo-miozänen Fundstellen Deutschlands, der Schweiz und Frankreichs II. 8. Literatur Revision von Palaeochoerus POMEL 1847 und Propalaeochoerus STEHLIN 1899 (Tayassuidae). – Driesch, A. von den (1976): Das Vermessen von Stuttgarter Beitr. Naturk., Ser. B., 189: 75 S.; Stutt- Tierknochen aus vor- und frühgeschichtlichen Sied- gart. lungen, Institut für Paläoanatomie, Domestikations- Made, J. von der (1994): Suoidea from the Lower forschung und Geschichte der Tiermedizin der Uni- Miocene of Cetina de Aragón (Spain). – Revista versität. – 113 S. – (Fotokopie, die 2. verb. Aufl. Española de Paleontologia, 9 (1): 1-23. erschien 1982). Made, J. von der (1996): Albanohyus, a small Miocene Ginsburg, L. (1974): Les Tayassuidés des Phosphorites pig. – Acta Zoologica Cracoviensis, 39 (1): 293- du Quercy. – Palaeovertebrata, 6 (1): 55-85. 303. Heissig, K. (2008): Die fossilen Carnivora, Perisso- Nickel, R., Schummer, A. & Seiferle, E. (1992): dactyla und Artiodactyla (Mammalia) aus dem Lehrbuch der Anatomie der Haustiere, 1, Bewe- Ober-Oligozän von Oberleichtersbach bei Bad gungsapparat. – 626 S.; Berlin (Parey). Brückenau (Unterfranken). – Cour. Forsch.-Inst. Nowak, R. M. (1991): Walker’s Mammals of the World, Senckenberg, 260: 253-287. Vol. II, 5. ed., 1629 pp.; London (The Johns Hopkins Heizmann, E. P. J. (1992): Das Tertiär in Südwest- University Press). deutschland. – Stuttgarter Beitr. Naturk., Ser. C, 33: Seemann, R. & Berckhemer, F. (1930): Eine Spalten- 61 S.; Stuttgart. füllung mit reicher aquitaner Wirbeltierfauna im Heizmann, E. P. J., Bloos, G., Böttcher, R., Werner, J. Massenkalk des Weißen Jura bei Tomerdingen & Ziegler, R. (1989): Zwei neue Wirbeltierfaunen (Ulmer Alb). – Paläont. Z., 12 (1-4): 14-25. aus der Unteren Süßwasser-Molasse (Untermiozän) Schmid, E. (1972): Atlas of Animal Bones – Kno- von Ulm (Baden-Württemberg). – Stuttgarter Beitr. chenatlas. – 159 S.; Amsterdam (Elsevier). Naturk., Ser. B, 153: 4 S.; Stuttgart. Wandrey, R. (1987): Die Tiere der Welt, 4, Huftiere. – Heizmann, E. P. J. & Reiff, W. (2002): Der Steinhei- 160 S.; Gütersloh (Bertelsmann, Lexokothek Ver- mer Meteorkrater. – 160 S.; München (Pfeil-Ver- lag GmbH). lag). Hellmund, M. (1991): Schweineartige (Suina, Artiodac- tyla, Mammalia) aus oligo-miozänen Fundstellen Deutschlands, der Schweiz und Frankreichs I. Hyotherium meissneri (Suidae) aus dem Untermio- zän von Ulm-Westtangente (Baden-Württemberg). – 47256 b 2,80 5,20 47256 c 2,70 ca. 5,00 9. Anhang 47256 d 2,50 ca. 4,70

Tab 2: Übersicht des überwiegend postcranialen Kno- Schultergürtel und Vorderextremität chenmaterials von Propalaeochoerus pusillus (Gins- Humerus (Stylopodium) burg 1974). Messstrecken nach von den Driesch (1976). Inv. Nr. SMNS Länge Tab. 2: Overview of mostly postcranial bones from (cm) Propalaeochoerus pusillus (Ginsburg 1974). Measured 47241 a dext. (bestes Exemplar) 12,00 distances after von den Driesch (1976). 47242 a sin. (prox. fragm.; bestes Exem- > 10,60

plar)

47242 b sin. (prox. fragm; > 10,50 „Schädel“ (oberer Teil des Kiefergelenks) bestes Exemplar) Squamosum 47248 dext. (prox. Epiphyse fehlt, dist. > 8,00 abgebrochen Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm)

47262 a 4,00 > 2,50 Ulna (Zeugopodium) 47262 b 4,00 2,80

Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Rumpf 47252 a dext. > 7,80 Atlas 47253 a dext. > 7,70 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47253 b dext. > 6,90 47256 a 2,60 4,70 47253 c dext. > 7,30

187

47253 d dext. > 7,40 47261 i 1,65 0,60 0,55 47253 e sin. > 6,60 47253 f sin. > 7,00 Capitatum (Magnum, Carpale III) 47253 g sin. > 6,80 47253 h sin. > 5,30 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47253 i sin. > 5,90 47263 a dext. > 1,24 0,84 47253 j sin. > 5,00 47263 b dext. > 1,26 0,90 47263 d dext. 1,45 0,90 Radius (Zeugopodium) 47263 e sin. 1,30 0,84 47263 f dext. 1,35 0,90 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) 47249 sin. (vollständiges Exempl.) 10,10 Hamatum (Uncinatum, Unciforme)

Autopodium anterior Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Höhe (cm) Tiefe (cm) Scaphoideum (Radiale) 47264 a 1,53 1,10 0,90 47264 c 1,53 1,20 1,00 Inv. Nr. SMNS Tiefe (cm) Höhe (cm) Breite (cm) 47264 d - 1,20 - 47258 a 1,20 0,80 0,50 47264 e 1,56 1,20 - 47258 b 1,25 0,85 0,50 47264 f 1,60 1,00 0,90 47258 c 1,25 0,80 0,55 47264 g 1,52 1,10 0,85 47258 d 1,22 0,90 0,50 47264 h - 1,10 - 47258 e > 1,00 0,90 0,50 Metacarpale II (Mc II) Lunatum (Intermedium, Centrale) Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) Inv. Nr. SMNS Tiefe (cm) Breite (cm) Höhe (cm) 47265 a 3,80 0,73 47259 a 1,40 1,10 0,85 47265 d - 0,77 47259 b 1,30 1,20 0,80 47259 c - 1,20 - Metacarpale III (Mc III) 47259 d 1,45 1,25 0,90 47259 e 1,40 1,20 1,0 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47259 f 1,40 1,20 0,80 47266 a dext. 4,55 1,10 47259 g 1,40 1,20 - 47266 b dext. 5,40 1,10 47259 h 1,40 1,10 1,00 47266 c dext. 4,65 1,00 47259 i 1,40 1,20 1,00 47266 d dext. 5,50 1,10 47259 j 1,41 1,20 1,00 47266 j sin. 5,55 1,10 47259 k 1,41 1,20 1,00 47266 k sin. 5,60 1,10 47266 l sin. 5,40 1,10 Triquetrum (Pyramidale, Ulnare) 47266 m sin. 5,30 1,00 47266 n sin. 5,30 1,00 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47266 o sin. 5,30 1,10 47260 a 1,10 0,81 47266 p sin. - 1,10 47260 b 1,10 0,81 47266 q sin. 4,30 - 47260 c 1,00 0,80 (Gelenkkopf fehlt)

Pisiforme Metacarpale IV (Mc IV)

Inv. Nr. Tiefe Höhe Breite („bo- Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) SMNS (cm) (cm) genform“ 47269 a sin. 5,00 1,25 messen) 47269 b sin. 4,90 1,00 47261 a 1,70 0,60 0,50 47269 c sin. 5,30 1,10 47261 b 1,70 0,65 0,55 47269 g dext. 5,20 1,10 47261 c 1,70 0,70 0,55 47269 h dext. 5,20 1,00 47261 d 1,60 0,70 0,55 47269 i dext. 5,20 1,10 47261 e 1,70 0,70 0,60 47269 j dext. 4,10 1,10 47261 f 1,70 0,65 0,50 (Gelenkkopf fehlt) 47261 g 1,70 0,75 0,55 47269 k dext. 5,10 1,00 47261 h 1,65 0,70 0,50 47269 l dext. 4,20 1,00

188

(Gelenkkopf fehlt) 47279 s >1,20 0,75 47269 m dext. 4,10 1,10 47279 t 1,60 0,85 (Gelenkkopf fehlt) 47279 u 1,55 0,80 47279 v 1,55 0,80 Metacarpale V (Mc V) 47279 w > 1,30 0,80 47279 y > 1,20 0,70 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47270 d 3,60 0,70 Phalanx III/3, IV/3 (anterior) 47270 f 3,62 0,60 47270 g 3,10 - Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) (Gelenkkopf fehlt) 47280 a 2,10 0,85 47280 b 2,15 0,85 Phalanx III/1, IV/1 (anterior) 47280 c 2,10 0,85 47280 d 1,90 0,80 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (m) 47280 e 2,00 0,80 47278 a 2,50 1,10 47280 f 1,80 0,75 47278 b 2,50 1,10 47280 g 2,10 0,85 47278 c 2,55 1,10 47280 h 2,15 0,85 47278 d 2,55 1,10 47280 i 1,80 0,80 47278 e 2,55 1,10 47280 j 2,10 0,80 47278 f 2,10 0,90 47280 l 1,80 0,80 47278 g 2,55 1,90 47280 n 1,85 0,75 47278 h 2,50 1,10 47278 i 2,50 1,10 Beckengürtel und Hinterextremität 47278 j 2,60 1,10 Sacrum (nur vorderer Teil erhalten) 47278 k 2,40 1,00 47278 l 2,55 1,10 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47278 m 2,20 1,00 47274 - 4,60 47278 n 2,55 1,10 47278 p 2,10 0,90 Femur 47278 r 2,70 1,10 47278 s 2,50 1,10 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) 47278 t 2,40 0,95 47239 a sin. (beide Gelenkenden > 13,00 47278 u 2,20 1,00 unvollst.) 47278 v 2,65 1,10 47239 b sin. (beide Gelenkenden > 12,00 47278 w 2,40 1,10 unvollst.)

Phalanx III/2, IV/2 (anterior) Tibia

Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) Inv. Nr. SMNS Länge (cm) 47279 a - 0,70 47237 a sin. vollständig 15,10 47279 b 1,60 0,80 47237 b sin. (prox. Gelenk unvoll- > 13,40 47279 c 1,60 0,80 ständig) 47279 d 1,55 0,80 47279 e 1,60 0,80 Patella 47279 f 1,50 0,80 47279 g 1,55 0,80 Inv. Nr. Länge Breite „Dicke“ 47279 h 1,50 0,80 SMNS (cm) (cm) (cm) 47279 i 1,55 0,85 47257 a sin. 2,10 1,60 1,20 47279 j 1,50 0,80 47257 b sin. 2,10 1,30 1,20 47279 k 1,50 0,80 47257 c sin. 2,00 1,50 1,20 47279 l 1,60 0,80 47257 d sin. 2,00 1,50 1,30 47279 m 1,55 0,80 47257 e sin. 2,00 1,60 1,30 47279 n 1,55 0,80 47257 f sin. 1,90 1,40 1,10 47279 o 1,50 0,80 47257 g dext. 2,10 1,40 1,10 47279 p >1,30 0,75 47257 h sin. 2,00 1,50 1,20 47279 q 1,45 0,80 47257 i sin. 1,80 1,30 0,80 47279 r >1,30 0,70 (abgerollt)

189

47257 j sin. 2,00 1,60 1,20 Cuboid

Autopodium posterior Inv. Nr. SMNS Tiefe Höhe Breite Calcaneus (Fibulare) (cm) (cm) (cm) 47271 a dext. 1,50 > 2,10 0,95 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47271 b dext. 1,60 > 1,90 1,00 47244 a dext. 5,20 2,00 47271 c dext. 1,70 2,30 1,00 47244 b dext. 4,90 1,90 47271 d dext 1,60 >1,90 0,95 47244 c dext. 5,00 > 1,70 47271 e dext. 1,65 >1,90 1,10 47244 d dext. 5,10 1,90 47271 f dext. 1,60 2,20 1,05 47244 e dext. 4,60 1,90 47271 g dext. 1,60 2,20 1,00 47244 f dext. 4,80 1,80 47271 h dext. 1,55 2,10 0,95 47244 g dext. >4,30 1,80 47271 i dext. 1,65 2,20 1,05 47244 h dext. 4,30 >1,80 47271 j dext. 1,50 >2,20 1,00 47244 i dext. 4,30 2,00 47271 k sin. 1,20 2,10 1,00 47244 j dext. >4,10 >1,10 47271 l sin. 1,55 2,10 0,95 47244 l dext. >4,10 - 47271 m sin. 1,60 2,15 1,00 47244 m dext. (fragm.) - 1,90 47271 n sin. 1,60 2,20 1,10 47244 o dext. (fragm.) - 1,90 47271 o sin. 1,65 2,10 1,10 47244 p dext. 5,00 1,90 47244 r dext. (fragm.) - 1,90 Naviculare (Centrale) 47245 a sin. 5,50 2,10 47245 b sin. 5,00 2,00 Inv. Nr. SMNS Höhe Tiefe Breite 47245 c sin. 4,90 > 1,80 (cm) (cm) (cm) 47245 d sin. 5,30 1,90 47272 a dext. 1,80 1,90 1,10 47245 e sin. > 4,30 1,80 47272 b dext. 1,60 1,70 1,00 47245 f sin. > 4,50 1,90 47272 c dext. 1,55 1,80 0,90 47245 g sin. > 4,20 1,80 47272 d dext. 1,60 1,85 1,10 M 20277 b sin. 5,30 2,10 47272 e dext. 1,55 1,75 1,05 47272 f dext. >1,40 1,50 1,00 Astragalus (Talus, Tibiale) 47272 g dext. 1,40 1,65 0,90 47272 h sin. - - 0,95 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47272 j sin. 1,65 1,90 1,10 47246 a dext. 2,90 1,80 47272 k sin. 1,60 1,80 1,05 47246 b dext. 2,90 1,60 47272 m sin. - - 1,00 47246 c dext. 2,90 1,70 47246 d dext. 2,90 - Cuneiforme I 47246 e dext. 2,90 1,55 47246 f dext. 2,90 1,70 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47246 g dext. 2,90 - 47273a sin. 1,10 0,70 47246 h dext. 2,80 1,60 47273b sin. 1,15 0,70 47246 i dext. 3,00 1,70 47273c dext. 1,00 0,60 47246 j dext. 2,90 - 47273d dext. 1,10 0,60 47246 k dext. 2,90 1,70 47246 l dext. 2,60 - Cuneiforme III (Ectocuniforme) 47246 m dext. 2,90 1,70 47246 n dext. 2,70 - Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47246 o dext. 2,80 - 47275 a sin. 1,00 0,70 17247 dext. 2,90 1,80 47275 b sin. 0,95 0,70 47247 a sin. 2,90 1,70 47275 c sin. 1,00 0,70 47247 b sin. 2,80 - 47275 d dext. 1,00 0,80 47247 c sin. 2,80 1,70 47275 e dext. 1,00 0,70 47247 d sin. 2,90 1,60 47247 e sin. 2,90 1,60 Metatarsale II (Mt II) 47247 g sin. 2,70 1,60 M 20277 a sin. 2,90 1,70 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47265 e dext. 5,10 0,80 47265 f dext. 5,10 0,82

190

Metatarsale III (Mt III) 47281 v 2,40 0,95 47281 w 3,00 1,10 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47281 x 2,60 1,00 47277 a sin. > 6,30 - 47281 y 2,90 1,00 47277 e sin. > 6,60 - 47281 z 2,40 2,40 47277 f sin. 7,00 1,25 47281 ß 2,95 1,10 47277 g dext. 7,30 1,30 47281 ö 2,40 - 47277 h dext. > 7,00 - 47281 ü 2,80 1,10 47277 m dext. - 1,10 47281 2,85 1,10

Metatarsale IV (Mt IV) Phalangen III/IV 2 (posterior)

Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47267 a dext. 6,60 >1,10 47282 a 1,70 0,80 47267 b dext. > 6,40 >1,15 47282 b 1,80 0,80 47267 c dext. >5,70 >1,10 47282 c 1,80 0,80 47267 d dext. >6,65 1,15 47282 d 1,80 0,90 47267 e dext. - 1,10 47282 e 1,75 0,85 47267 f dext. - 1,10 47282 f 1,70 0,90 47267 i dext. - 1,60 47282 g 1,70 0,85 47268 a sin. 7,00 1,15 47282 h 1,80 0,90 47268 b sin. 7,20 1,10 47282 i 1,70 0,90 47268 c sin. >6,70 1,10 47282 j 1,80 0,90 47282 k 1,70 0,80 Metatarsale V (Mc V) 47282 l 1,80 0,85 47282 m 1,70 0,80 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47282 n 1,82 0,90 47270 a sin. - 1,10 47282 o 1,60 0,85 47270 b sin. - 1,10 47282 p 1,70 0,80 47270 c sin. - 1,10 47282 q 1,80 0,90 47270 l dext. - 1,10 47282 r 1,80 0,90 47270 m dext. - 1,00 47282 s 1,75 0,90 47282 t 1,65 0,90 Phalangen III/IV 1 (posterior) 47282 u 1,70 0,85 47282 v 1,60 0,80 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47282 w 1,70 0,85 47281 a 3,00 1,10 47282 x 1,75 0,85 47281 b 2,80 1,10 47281 c 3,00 1,10 Phalanx III/IV 3 (posterior) 47281 d 3,00 1,10 47281 e 3,00 1,10 Inv. Nr. SMNS Länge (cm) Breite (cm) 47281 f 3,00 1,20 47283 a 2,20 1,10 47281 g 2,90 1,30 47283 b 1,70 1,20 47281 h 2,90 1,10 47283 c 2,00 0,95 47281 i 3,00 1,20 47283 d 1,80 0,90 47281 j 3,00 1,10 47283 e 2,00 1,00 47281 k 2,55 1,00 47283 f 1,85 0,90 47281 l 2,30 1,10 47283 g 2,00 0,90 47281 m 3,00 1,00 47283 h 1,70 0,85 47281 n 3,00 1,15 47283 i 1,70 0,90 47281 o 3,00 1,10 47283 j 1,10 0,90 47281 p 3,00 1,15 47283 k 1,50 0,90 47281 q 2,70 1,05 47283 m 1,30 0,80 47281 r 2,80 1,05 47281 s 3,00 1,20 47281 t 3,00 1,20 47281 u 3,00 1,10

191

Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 191-198, 9 Abb. Halle (Saale), Mai 2011

Das Vorkommen von Erzmineralen im Kupferberggreisen am Nordostrand des Ramberges im Harz.

Johannes Heider und Jürgen Siemroth*

Heider, J. & Siemroth, J. (2011): Das Vorkommen von Erzmineralen im Kupferberggreisen am Nordostrand des Ramberges im Harz. [The occurrence of ore minerals in the "Kupferberggreisen" at the northearstern margin of Ramberg pluton in the Harz Mountains.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 191-198, Halle (Saale).

Kurzfassung: Im Kupferberggreisen konnten die Erzminerale Bismut, Chalkopyrit, Löllingit, Arsenopyrit, Molyb- dänit und Ferberit mittels EDX-Spektren und Erzmikroskopie identifiziert werden. Ihre Verwachsungen werden mitgeteilt.

Abstract: The ore minerals bismuth, chalcopyrite, löllingite, arsenopyrite, molybdenite and ferberite could be identified within the Kupferberggreisen by using EDX spectra and ore microscopy.

Schlüsselwörter: Kupferberggreisen, Bismut, Chalkopyrit, Löllingit, Arsenopyrit, Molybdänit, Ferberit, EDX

Keywords: "Kupferberggreisen", bismuth, chalcopyrite, löllingite, arsenopyrite, molybdenite, ferberite, EDX

*Anschriften der Verfasser: Dr. Jürgen Siemroth ([email protected]), An der Magistrale 19, D-06124 Halle (Saale); Johannes Heider ([email protected]), Goethestraße 22, D-08060 Zwickau.

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1. Einleitung 2. Der Kupferberggreisen

Erdmannsdörfer (1914) beobachtete am Nordost- Am Nordabhang des großen Kupferberges süd- rand des Ramberggranits ein greisenähnliches westlich von Gernrode steht der Greisen als Gestein, welches er neutral als Quarzglimmerge- Felsen an (Abb. 1). Dort kann auch der Kontakt stein bezeichnete. Er teilte ohne nähere Beschrei- des Greisen zum Ramberggranit beobachtet bung mit, dass dieses Gestein Spuren von Chal- werden. Am Abhang zum Hagental in der Nähe kopyrit enthält. Kaemmel & Just (1992) bezeich- des Felsens befinden sich unterschiedlich große nen dieses Gestein auf Grund geochemischer Blöcke des Greisen, welche die vorwiegende Untersuchungen als Greisen und berichteten über Fundstelle der Erzminerale sind. Der südwestlich eine disperse, schwache Sulfidmineralisation mit davon liegende größere Teil des Greisen ist bisher Pyrit, Chalkopyrit und Arsenopyrit ohne näher nur durch Lesesteine charakterisiert. Dort waren auf diese Minerale einzugehen. Kaemmel (1992) nur vereinzelt Funde von Erzmineralen möglich. teilt mit, dass der Greisen am Kupferberg an- Der Greisen selbst besteht vorwiegend aus Quarz scheinend keinen Wolframit führt. und verschiedenen auch Lithium enthaltenden Im Jahre 2000 erhielt ein Autor dieser Publi- Glimmern, die bisher nicht genau identifiziert kation (J.S.) von dem Mineraliensammler Ger- sind. Daneben kommen darin auch geringe Antei- fried Seidel aus Gernrode, welcher sein Leben auf le von Feldspäten, Chlorit, Andalusit, Fluorit und tragische Weise ein Ende bereitete, Funde von Zirkon vor (Kaemmel & Just - 1992 ). Außerdem Erzmineralen aus dem Kupferberggreisen, wel- konnte nun auch schwarzer Turmalin in Form von cher er als Arsenopyrit und Molybdänit bezeich- cm-langen Kristallbüscheln beobachtet werden, nete. Ab dieser Zeit wurde der Kupferberggreisen die lokal bis zu 30 cm große Aggregate bilden. von Sammlern intensiv beprobt, sodass heute eine Wahrscheinlich liegt hier Schörl vor. Vielzahl von Funden vorliegen.

Abb. 1: Lage der Greisenfundstelle am Kupferberg bei Gernrode. Fig. 1: Position of the Greisen location at the Kupferberg near Gernrode.

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3. Beschreibung der Erzminerale

Die Erzminerale Arsenopyrit, Löllingit, Molybdänit und Ferberit kommen im Greisen selten als 1-2 cm große unregelmäßig ausgebildeten Aggregate vor, die noch seltener Nester bis zu 10 cm Durchmesser bilden. Alle anderen Erzminerale konnten nur als maximal millimetergroße Körnchen entweder verwachsen mit anderen Erzmineralen oder im Quarz des Greisens beobachtet werden. Sie werden im Folgenden entsprechend der Systematik von Strunz aufgelistet und beschrieben.

Bismut kommt sehr selten in bis zu 1 mm großen rundlichen Körnern im Quarz vor. Häufiger konnten Bismut- körnchen von maximal 40 μm Größe in Quarz beobachtet werden, die nur erzmikroskopisch zu erkennen waren (Abb.2). Auch in Löllingit und seltener in Arsenopyrit kommen kleine Bismutkörnchen vor. Eine oft beschriebene „Frostsprengung“ der umhüllenden Erze konnte bedingt durch die geringe Größe der Körnchen nicht beobachtet werden. Im Randbereich einiger Körnchen konnte erzmikroskopisch ein weiches graues Erz beobachtet werden. Es könnte sich dabei um Bismutinit handeln. Die geringe Größe erlaubte jedoch keine exakte erzmikroskopische Bestimmung.

Abb. 2: Bismut (Bi) in kleinen Tröpfchen im Quarz (dunkel). Bildbreite ca. 100 µm, linear polarisiertes Licht. Fig. 2: Bismuth (Bi) in small droplets of quartz (dark). Picture size ca. 100 µm, linear polarized light.

Chalkopyrit ist relativ selten. Kleine monomineralische Körnchen kommen im Quarz vor. In Arsenopyrit füllt Chal- kopyrit kataklastische Risse aus und erweist sich hier als jüngstes Mineral (Abb. 3).

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Abb. 3: Chalcopyrit (Ch) mit Arsenopyrit (A) in Quarz (dunkel). Bildbreite ca. 500 µm, linear polarisiertes Licht. Fig. 3: Chalcopyrite (Ch) with arsenopyrite (A) in quartz (dark). Picture size ca. 500 µm, linear polarized light.

Löllingit ist im Kupferberggreisen das häufigste Erzmineral. Er bildet grobkörnige xenomorphe Aggregate von mehreren Zentimeter Größe. Makroskopisch ist die Grobkörnigkeit oft schon durch die gut ausgebildete, einheitliche Spaltbarkeit erkennbar. Erzmikroskopisch sind nicht selten Körner von 1 bis 2 cm Größe an ihrer Bireflexion und Anisotropie zu erkennen. Verzilligung und Zonenbau konnten nicht beobachtet werden. Anscheinend verdrängt Löllingit den Glimmer des Greisens. Dabei werden die Quarzkörnchen und Reste der Glimmer übernommen (Abb. 4). Löllingit enthält verbreitet winzige Bismutkörnchen. Daneben konnte Löllingit auch als Einschluss in Arsenopyrit beobachtet werden. REM-EDX-Spektren zeigen, dass im Löllingit der Kobalt- und Nickelgehalt unter 0,5 % liegt (Abb. 5).

Abb. 4: Angewitterter und von vielen mit niedrig reflektierenden Oxidationsprodukten erfüllten Rissen durchzoge- ner Löllingit (L) verdrängt Glimmer (G) Glimmer und Quarz (Qu). Im Löllingit „schwimmen“ übernommene Quarz-Relikte. Bildbreite ca. 4,5 mm, linear polarisiertes Licht. Fig. 4: Partially weathered löllingite (L) replacing mica (G) and quartz (Qu), and passed through by cracks filled with alteration products of low reflectance. Picture size ca. 4.5 mm, linear polarized light.

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cps/eV

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Fe As Fe As 1.0

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0.0 2 4 6 8 10 12 keV

Abb. 5: EDX-Spektrum von Löllingit Fig. 5: EDX spectrum of löllingite.

Abb. 6: Idiomorphe Arsenopyrit-Kristalle (A) mit korrodierten Löllingit-Relikten im Kernbereich in Quarz-Matrix (dunkel). Bildbreite ca. 1 mm, linear polarisiertes Licht. Fig. 6: Arsenopyrite crystals (A) with corroded relicts of löllingite in the core, in quartz (dark). Picture size 1 mm, linear polarized light.

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Arsenopyrit ist nach Löllingit das häufigste Erzmineral. 6). Wie Löllingit enthält Arsenopyrit selten Häufig ist Arsenopyrit idiomorph ausgebildet, winzige Bismutkörnchen. REM-EDX-Spektren jedoch sind die Aggregate kleiner als bei Löllin- zeigen, dass auch im Arsenopyrit der Kobalt- git. Im Kern solcher Aggregate konnten häufig und Nickel-gehalt unter 0,5 % liegt. (Abb. 7) kleine Löllingitkörner beobachtet werden. (Abb.

cps/eV

1.8

1.6

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S Fe As S Fe As 1.0

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0.2

0.0 0 2 4 6 8 10 12 keV

Abb. 7: EDX-Spektrum von Arsenopyrit. Fig. 7: EDX spectrum of arsenopyrite.

Molybdänit kommt seltener vor und bildet im Greisen nur Molybdänit zwischen Glimmerlamellen vor wenige mm große, blättrige Pakete. Noch selte- (Abb. 8). Erzmikroskopisch zeigt Molybdänit ner sind über 1 cm große Aggregate zusammen häufig die für dieses Mineral typischen Defor- mit Arsenopyrit in grobkörnigen Greisenschlie- mationen. ren. Daneben kommen auch Einlagerungen von

Ferberit kommt relativ selten als langprismatische bis geprägte Idiomorphie (Abb. 9). Auch kann oft dünnplattige Kristallfragmente bis 3 cm Länge eine Zwillingsbildung nach (100) beobachtet bei nur wenigen Millimetern Dicke, meist iso- werden. Durch REM-EDX-Analysen wurde die liert, seltener auch in Erzmineralen eingewach- Zusammensetzung des Ferberits zu sen, vor. Die deutliche Spaltbarkeit ist oft gut zu (Fe0,79Mn0,21)WO4 ermittelt. Das Verhältnis von erkennen, was eine einfache Unterscheidung von Ferberit zu Hübnerit entspricht etwa dem der dem sehr ähnlich ausgebildeten Turmalin er- Wolframite des Neudörfer Gangzuges. möglicht. Erzmikroskopisch zeigt Ferberit aus-

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Abb. 8: Molybdänit (M) in Wechsellagerung mit Glimmer (G) in Quarz (Qu). Bildbreite ca. 500 µm, linear polarisiertes Licht. Fig. 8: Molybdenite intergrown with mica (G) in quartz (Qu). Picture size ca. 500 µm, linear polarized light.

Abb. 9: Idiomorpher Ferberit-Kristall (F) mit schwach erkennbarer lamelllarer Zwillingsbildung in stark rissigem Löllingit (L) und Arsenopyrit (A). Die Risse sind von Oxidationsprodukten erfüllt. Bildbreite ca. 2 mm, linear polarisiertes Licht. Fig. 9: A ferberite crystal (F) with weakly discernible lamellar twinning in cracked löllingite (L) and arsenopyrite (A). The cracks are filled with alteration products. Picture size ca. 2 mm, linear polarized light.

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4. Danksagung 5. Literaturverzeichnis

Herrn Dr. W. Erfurth, Max-Planck-Institut für Erdmannsdörfer, O. H. (1914): Petrographische Mit- Mikrostrukturphysik Halle sind wir für die Anfer- teilungen aus dem Harz. VI: Über ein Quarzglim- tigung der REM-EDX-Spektren und Analysen mergestein als Randfazies des Ramberggranits. – sehr zum Dank verpflichtet. Herrn Dr. Th. Witz- Jb. Preuß. G. L. A., 32 (2): 182-187. ke, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Kaemmel, T. & G. Just (1992): Die pedogeochemische Erfassung eines Greisenkörpers am Nordostrand las dankenswerterweise eine frühere Version des des Ramberggranitmassivs im Harz bei Gernrode. Manuskripts. – Geol. Bl. NO-Bayern, 42: 85-102. Kaemmel, T. (1992): Zur Kassiteritführung am Ost- kontakt des Ramberggranitmassivs (Harz) – Zbl. Geol. Paläont., Teil I: 63-69.

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 199-204, 2 Abb. Halle (Saale), Mai 2011.

Mitteilungen aus dem Institut: Veranstaltungen

75 Jahre Geiseltalmuseum an der Martin-Luther-Universität Halle- Wittenberg im Jahre 2009

Meinolf Hellmund*

Hellmund, M. (2011): 75 Jahre Geiseltalmuseum an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg im Jahre 2009. [75th Anniversary of the Geiseltalmuseum at Martin-Luther-University Halle-Wittenberg in 2009.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 199-204, Halle (Saale).

Einführung

Am 23.11.2009 jährte sich die Gründung des Geiseltalmuseums durch Prof. Dr. J. Weigelt (1890 – 1948) zum 75. Male. Die Räumlichkeiten, sowohl die Dauerausstellung als auch die Magazinräume, in denen sich das Gei- seltalmuseum seit 1934 befindet, haben im Laufe der Jahrzehnte eine deutliche Abnutzungspatina bekommen, so dass die Notwendigkeit eines Umzuges in ein angemessenes, dauerhaftes Domizil mit einem

200 zeitgemäßen Schaumuseum, einer ansprechenden Ausstellung und einem adäquaten Magazin in den letzten Jahren immer deutlicher sichtbar wurde. Diesem dringenden Bedarf wurde im November 2009 vom Senat der MLU durch einen entsprechenden Beschluß zur Einrichtung eines Zentralmagazins Naturwissenschaftlicher Sammlungen (ZNS) für die Unterbringung der Geiseltalsammlung, der Zoologischen Sammlung und der Haustierkundlichen Samm- lung Rechnung getragen. Erfreulich und eher unerwartet groß war die Zahl der Geburtstagsgäste aus Nah und Fern, die vom Leiter der Institution, Prof. Dr. H. Heinisch, sowie dem Leiter der Zentralen Kustodie, Dr. R.-T. Speler, und dem Kustos des Geiseltalmuseums, Dr. M. Hellmund, begrüßt werden konnte. Denn wegen der bereits angelaufenen Umzugsvorbereitungen war nur eine kleine Zahl von Gästen zur Präsentation „Ida und die Geiseltal – Primaten“ eingeladen worden. Es waren erfreulicherweise auch Studierende aus dem Institut für Geowissenschaften zur Festversammlung gekommen.

Abb. 1: Blick in die Vitrine zur Präsentation „Ida und die Geiseltal - Primaten“ anläßlich des 75-jährigen Bestehens des Geiseltalmuseums an der MLU Halle-Wittenberg (23.11.2009). Links im Bild Dr. D. Heidecke, Kustos für Vertebraten, Zoologische Sammlung der MLU. Foto: Dr. Monika Hellmund

Abb. 2: Angeregte Unterhaltung einiger Gäste der Festversammlung am 23.11.2009 im Geiseltalmuseum: v. l.: Prof. Dr. M. Schwab (vormals Inst. f. Geol. Wiss. u. Geiseltalmuseum), Dr. G. Krumbiegel (vormals Kustos des Geisel- talmuseums), PD Dr. A. Clausing (Deutsche Akademie der Naturforscher, Leopoldina, Halle (Saale)) und R. Clau- sing. Foto: Dr. Monika Hellmund

201

Herr Dr. Speler ging in seinem Grußwort auf die wissenschaftliche Bedeutung, die Meilensteine und Eckpunkte in der langen Entwicklung des Geiseltalmuseums ein, die z. T. mit dem Aufbau der Zentralen Kustodie an der MLU seit den 1980er Jahren einherging. Unter den 48 Gästen war auch eine „Gratulantin“ aus Oslo (Norwegen) via Frankfurt/Main angereist. Dazu gab es eine Präsentation.

Ida – das „Affenmädchen“

Manch einer der Anwesenden kannte „Ida“ das „Affenmädchen“, von dem hier die Rede ist, bereits aus der wissenschaftlichen Presse und von ihrer Vorstellung am 19. Mai 2009 in New York. Das ZDF hatte damals in den Hauptnachrichtensendungen um 19.00 Uhr und 21.45 Uhr darüber berichtet und am 31. Mai sendete das ZDF um 19.30 Uhr in der Serie „Terra X“ diesbezüglich „Die geheime Entdeckung“. Das Primaten-Fossil trägt sozusagen als Spitznamen die Bezeichnung „Ida“, nach der Tochter des norwegischen Paläontologen Dr. J. Hurum. Das Objekt lag während der Präsentation als Kopie der sogenannten „Plate A“ des Skelettes eines 47 Mio. Jahre alten Primaten in der für die Veranstaltung eingerichteten Vitrine. Die originale Gegenplatte („Plate B“) gelangte durch den internationalen Fossilhandel seinerzeit nach Wyoming (USA). Das Fossil ist ca. 60 cm groß und in vielerlei Hinsicht einzigartig und geradezu sensationell in seiner filigranen Erhaltung und Überlieferung. Es offeriert zahlreiche Details, die üblicherweise der Fossildo- kumention entgehen. Die Erstbeschreiber Franzen et al. (2009) charakterisieren es als das vollständigste Primatenskelett, das jemals weltweit gefunden wurde, also als etwas äußerst Seltenes. Auf Grund des Gebißzustandes handelt es sich um ein juveniles Individuum von neun bis zehn Monaten. Sogar der Weichkörper (Umriß vom Fell) und Reste der „letzten“ Mahlzeit, bestehend aus Früchten und Blättern, sind mit überliefert (letztere auf der „Plate B“ in Wyoming). „Ida“ stammt ursprünglich aus Deutschland aus der Grube Messel bei Darmstadt und ist dort vor mehr als 25 Jahren von Privatsammlern ausgegraben worden. Die beiden Fossilplatten (A und B) kamen damals in unterschiedlichen Besitz. Lange Zeit waren die Existenz und der Verbleib von „Plate A“ der Öffentlichkeit gar nicht bekannt. Schließlich ist das damals noch nicht wissenschaftlich beschriebene Original von „Plate A“ vor wenigen Jahren an das Naturkundemuseum der Universität Oslo gelangt. Das Museum hatte es für einen sehr hohen Kaufpreis erworben. Erst seit der Präsentation in New York im Mai 2009 trägt das „Affenmädchen“ den wissenschaftlichen Namen Darwinius masillae. Der Name bezieht sich auf Charles Darwin, dessen 200. Geburtstag im Jahr 2009 begangen wurde und auf die Fundlokalität Messel (lat. masilla). Manch einem ging und geht die Bezeichnung „Ida“ sicher leichter über die Zunge.

Rückschau in das Jahr 2008

In der Zeit vom 23.04. - 25.04.2008 traf sich eine international zusammengesetzte Gruppe von Paläonto- logen im Geiseltalmuseum, um vergleichende osteologische und odontologische Untersuchungen an den fossilen Primaten der Geiseltalsammlung und dem Fund aus Messel durchzuführen. Dieser Forschergruppe gehörten drei Deutsche, ein Norweger und ein Amerikaner an: Dr. J. L. Fran- zen, Titisee-Neustadt, Deutschland; Prof. Dr. Ph. Gingerich, University of Michigan, Ann Arbor, USA; Dr. J. Habersetzer, Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt am Main, Deutschland; Dr. J. H. Hurum, Naturkundemuseum Oslo/Universität Oslo, Norwegen und Prof. Dr. em. W. v. Koenigswald, Universität Bonn, Deutschland. Bei den Untersuchungsobjekten aus dem Geiseltal handelte es sich um isolierte Kiefer, einen Schädel und ein disloziertes Teilskelett mit Kieferfragmenten. Ein so vollständiges und nahezu perfekt artikuliertes Exemplar wie „Ida“ aus Messel wurde im Geisel- tal im Laufe der jahrzehntelangen Grabungsaktivitäten jedoch nicht gefunden. Wie kam es eigentlich zum Kontakt zwischen „Ida“ und dem Geiseltalmuseum, warum hat sich „Ida“ zur Gratulation hierher auf gemacht?

202

Es hatte sich rasch herausgestellt, dass zur wissenschaftlichen Bearbeitung dieses außergewöhnlichen Fundes aus Messel vergleichbare Primatenfunde aus dem eozänen Geiseltal in die Vergleiche mit einbezogen werden mussten. Damit war klar, wenn es um so brisante und wissenschaftlich hochrangige Fossilien wie Primaten geht, dass eine so bedeutende Sammlung, wie es die Geiseltalsammlung ist, an vorderster Stelle angefragt wird. Neben den Untersuchung vor Ort in Halle (Saale) wurden relevante Vergleichsobjekte aus der Geisel- talsammlung zusätzlich zur Herstellung hochauflösender Röntgenbilder (High Resolution Digital X-Ray- und CT-Untersuchungen) nach Frankfurt/Main an das Forschungsinstitut Senckenberg ausgeliehen und damit die angestrebten Untersuchungen entsprechend befördert und unterstützt. Die Fossilliste der einbezogenen Objekte aus dem Geiseltal liest sich beinahe wie das „Who is who“ eozäner europäischer Primaten: Europolemur klatti (Weigelt, 1933), GMH CeIV-3656, Europolemur klatti (Weigelt, 1933), GMH Le- oI-4233, Europolemur klatti (Weigelt, 1933), GMH XXXVII-120, Europolemur klatti (Weigelt, 1933), GMH XXII-1, Protoadapis ignoratus (Thalmann, 1994), GMH XXII-549, Protoadapis weigelti Ginge- rich, 1977, GMH XXII-624, Godinotia neglecta (Thalmann, Haubold & Martin, 1989), GMH L-2-1969. Das Material aus dem Geiseltalmuseum fand dann auch erwartungsgemäß seinen Niederschlag in der online erschienenen Erstpublikation im Internet: Franzen, J. L. et al. (2009): “Complete Primate Skeleton from the Middle Eocene of Messel in Germany: Morphology and Paleobiology”.

Fokus auf Godinotia aus dem Geiseltal

Bei den Untersuchungen vor Ort im Geiseltalmuseum richtete sich der Fokus der Bearbeiter mehr und mehr auf ein ganz besonderes Einzelstück. Es spielte schließlich die Rolle für die Differentialdiagnose und das Identifizieren entsprechender Merkmalsunterschiede. Eine Arbeitshypothese war es, dass „Ida“ möglicherweise zum bereits existierenden Genus Godinotia gehören könnte. Dies hat sich aber nicht bestätigt. Bei Godinotia neglecta (Inv. Nr. GMH L-2-1969) handelt es sich um ein unvollständiges disartikulier- tes Teilskelett eines Primaten aus der unteren Mittelkohle des Geiseltales, einem Flözhorizont, aus dem generell nur wenige Fossilien geborgen wurden. Das betreffende, nur aus der Fossillagerstätte Geiseltal bekannt gewordene Taxon Godinotia war e- benso im Original in der Vitrine ausgestellt. Es ist wie „Ida“ eine große Rarität, denn es existiert jeweils nur ein Exemplar. Charakteristische Merkmale von Godinotia neglecta sind: der kurze Gesichtsschädel, große Augen- höhlen (> nachtaktiv), die jeweils langgestreckte Elle und Speiche (= Zeugopodium), d. h. Godinotia besaß ein besseres Sprungvermögen als „Ida“, einen schlankeren Körperbau, ein reduziertes Vordergebiß D1/1 und P2/2 wie es analog bei „Ida“ ist. Als Hauptunterschied zwischen Godinotia und „Ida“ nennen die Bearbeiter die Proportionen der Ex- tremitäten.

Ida’s Schlüsselmerkmale

„Ida“ ist durch einige Schlüsselmerkmale charakterisiert, die zeigen, dass es sich bei ihr nicht um einen altertümlichen („einfachen“) Lemuren handelt (Franzen et al. 2009): Die typische Putzkralle der Lemuren am zweiten Zeh fehlt ihr, d. h. alle Zehen und Finger sind normal ausgebildet und haben Nägel; es ist kein Zahnkamm vorhanden (no toothcomb), d. h. also keine „fusio- nierten Zähne“; Unterarm (Zeugopodium = Elle und Speiche) und Unterschenkel (Zeugopodium = Schienbein und Wadenbein) sind kurz und robust; es ist ein vergleichsweise „modernes“ Fußgelenk ausgebildet, das demjenigen unserer Vorfahren ähnlich ist (vgl. z. B. Form des Calcaneus) und ein oppo- nierbarer Daumen und ein 1. Zeh.

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Ida’s systematische Stellung

„Ida“ ist ein früher Repräsentant einer größeren „Gruppe“ von Primaten, den sog. Adapoidea (Fam. Cercamoniinae), die zu den sog. Trockennasenaffen (Haplorhini) gehören (Franzen et al. 2009). „Ida“ ist möglicherweise der älteste bekannte Vorfahre von Mensch und Affe (die Bearbeiter haben diesbezüglich weitergehende Untersuchungen angekündigt):

Ordnung Primates Unterordnung Euprimates Überfamilie Adapoidea Familie Notharctiae Unterfamilie Cercamoniinae Gattung Darwinius Typusart Darwinius masillae

Schlußfolgerung

An dem referierten Beispiel zeigte sich einmal mehr der herausragende, internationale wissenschaftliche Stellenwert der Geiseltalsammlung und der Geiseltalfauna für die Beurteilung und Bewertung von Merkmalen und Entwicklungsprozessen, in diesem Fall an den Primaten des terrestrischen, europäischen Mitteleozäns. Die Präsentation „Ida und die Geiseltal – Primaten“ fügte sich in die z. T. kontrovers laufende Diskus- sion an der MLU ein, in der über den Wert, den Erhalt, die Erhaltungsmöglichkeiten und die grundsätzli- che Bedeutung der naturwissenschaftlichen Sammlungen für die Martin-Luther-Universität Halle- Wittenberg und für die breite Öffentlichkeit diskutiert wurde (s. Uni-Magazin, Scientia halensis, 2/(09); 3/(09). Unstreitig ist, nur derjenige, der überhaupt entsprechende Sammlungsobjekte wie z. B. in diesem Falle die Universität als Eigentümerin besitzt, diese dauerhaft pflegt, erhält, sowie diese für die Wissenschaft erschließt, sie im Sinne unseres wissenschaftlichen Gedächtnisses an nachfolgende Generationen weiter- gibt, ist in der Lage, sich in außergewöhnliche wissenschaftliche Aktivitäten entsprechend mit einzubrin- gen. Eine positive Wahrnehmung im wissenschaftlichen Umfeld resultiert dann von selbst daraus. In diesem Zusammenhang wurde noch auf ein aktuelles Forschungsergebnis hingewiesen, dass auf einer eher zufälligen, ganz unerwarteten Entdeckung in der Geiseltalsammlung beruht. Es handelte sich dabei um den Inhalt des „Magendarmtraktes“ eines Urpferdes aus dem Geiseltal, der in Form einer Braunkohlenprobe und einigen wenigen Mikropräparaten etwa 75 Jahre nach der Ausgra- bung im Gelände in der Geiseltalsammmlung aufgefunden wurde. Recherchen ergaben, dass dieses Material auf das berühmte Urpferdskelett des Propalaeotherium isselanum zu beziehen ist, das bei den Fossilgrabungen der frühen 1930er Jahre im Tagebau „Grube Cecilie IV“ im ehemaligen zentralen Braunkohlenrevier des Geiseltales in der Oberen Mittelkohle (= Oberes Mitteleozän) ausgegraben wurde (Weigelt 1934). Die Untersuchung der Probe unter dem Licht- und dem Rasterelektronenmikroskop ergab eine dichte Packung von kleinen und kleinsten Fragmenten unterschiedlicher pflanzlicher Gewebeteile (z. B. Kutiku- len, Leitgewebe, Früchte bzw. Samen) in einer nicht weiter aufzulösenden Matrix. Sowohl makroskopisch als auch unter dem Rasterelektronenmikroskop sind in der Matrix eingebettete Quarzkörner, sogenannter Beifang, deutlich erkennbar. Das einzigartige Material vom „Magendarmtrakt“ eines „Paläohippiden“, so die Etikettaufschrift, aus dem Geiseltal, wurde den mittlerweile zahlreich vorhandenen Beispielen aus der Grube Messel bei Darmstadt gegenüber gestellt. Demnach hatten die Propalaeotherien beider Fundstellen, im Geiseltal und in Messel, offenbar ein vergleichbares, aber dennoch individuell variables Nahrungsspektrum. Sie waren Pflanzenfresser, die neben Laubblättern sowohl Samen als auch Blüten (Ericaceen-Pollen) konsumierten. Dies deutet daraufhin, dass sie einen eher dem Zufall überlassenen Nahrungserwerb betrieben haben und dabei nicht selektierend vorgingen. Auch diese Untersuchungen und ihre Ergebnisse, die in einer Forschungskooperation zwischen dem Geiseltalmuseum (Dr. M. Hellmund) und dem Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt/Main (PD Dr.

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V. Wilde) erarbeitet wurden, unterstreichen die eminente Bedeutung und die Notwendigkeit nachhaltiger Pflege von wissenschaftlichen Sammlungen als Quelle für die spätere Forschung. Insbesondere dann, wenn die betreffende Fossillagerstätte, wie diejenige des Geiseltales, bereits seit Jahren nicht mehr zu- gänglich ist (Hellmund & Wilde 2009, Wilde & Hellmund 2010). Dem Geiseltalmuseum bzw. der Geiseltalsammlung ist ein gedeihlicher Fortbestand, zusammen mit der Zoologischen Sammlung und der Haustierkundlichen Sammlung in einem künftigen gemeinsamen Naturkundlichen Universitätsmuseum bzw. dem Zentralmagazin Naturkundlicher Sammlungen (ZNS) der MLU zu wünschen.

Dank an das Geiseltalmuseum

Als Dank für die wissenschaftliche Unterstützung des Projektes „Ida“ und die Bereitstellung von Ver- gleichsmaterial hat das Naturkundemuseum der Universität Oslo, vertreten durch Herrn Dr. J. Hurum, der Geiseltalsammlung eine Kopie der Positiv-Fossilplatte („Plate A“) (Inv. Nr. GMH – PMO 214.214 # 004) geschenkt, die in der oben erwähnten Vitrine ausgestellt war. Das Geiseltalmuseum ist damit eines der wenigen Museen in der Welt, das eine derartige Kopie von Darwinius masillae besitzt. Von Seiten des Forschungsinstitutes Senckenberg in Frankfurt/Main haben wir durch Herrn Dr. J. Habersetzer zum Dank für die Fossilausleihe hochauflösende Fotos bzw. Röntgen- bilder von unseren Primatenfossilien erhalten.

Literatur

Franzen, J. L., Gingerich, Ph. D., Habersetzer, J., Hurum J. H. & Koenigswald, W. v. (2009): “Complete Primate Skeleton from the Middle Eocene of Messel in Germany: Morphology and Paleobiology”. – Public Library of Sciences One (“Plos One”). Hellmund, M. & Wilde, V. (2009): Der „Mageninhalt“ von Propalaeotherium isselanum aus dem Geiseltal (Sach- sen-Anhalt, Deutschland). – Hercynia, N.F., 42: 167-175. Uni-Magazin, Scientia halensis (2009): „Eigentum verpflichtet, aber wozu“; „Beeindruckend aber nicht bezahlbar“; 2/09: 12-13. Uni-Magazin, Scientia halensis (2009): „Kontoverse Debatte setzt sich fort. Leser schreiben zum Thema Naturkun- demuseum“, 3/09: 6-7. Weigelt, J. (1934): Die Geiseltalgrabungen des Jahres 1933 und die Biostratonomie der Fundschichten. – Nova Acta Leopoldina, N. F., 1 (4/5): 552-600. Wilde, V. & Hellmund, M. (2010): First record of gut contents from a middle Eocene equid from the Geiseltal near Halle (Saale), Sachsen-Anhalt, Central Germany. – Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments, 90 (2): 153-162.

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Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33, S. 205-207, 1 Abb. Halle (Saale), Mai 2011.

Mitteilungen aus dem Institut: Nachrufe

Hans Jürgen Rösler, *14. Mai 1920 - †12. Januar 2009, in memoriam

Thomas Kaemmel*

Kaemmel, Th. (2011): Hans Jürgen Rösler, *14. Mai 1920 - †12. Januar 2009, in memoriam. [In memoriam Hans Jürgen Rösler, *14. Mai 1920 - †12. Januar 2009.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 205-206, Halle (Saale).

Einer der bedeutendsten ostdeutschen Mineralogen und Geochemiker ging für immer von uns. Hans Jürgen Rösler starb im 89. Lebensjahr an seinem langjährigen Wirkungsort Freiberg in Sachsen. Seine letzte Ruhestätte fand er auf dem Donatsfriedhof. Er wurde in Braschen (heute Brzozka, Polen) bei Crossen (heute Krosno Odrz.) nordöstlich Guben geboren. 1947 begann er ein Bergbaustudium an der Bergakademie (BA) Freiberg, wechselte jedoch zum Fach Geologie. Rösler schilderte sein wissenschaftliches Leben in den Geohistor. Blättern 2 (2): 159-164, in 3 (1): 23-28, in 4 (1): 65-74, in 4. (2): 87-89, in 6 (1): 57-62 und 6 (2): 143-158. Damals lernte er seine Frau Ursula, mit der er drei Kinder haben wird, kennen. Er gehörte der Studentengeneration an, die als Soldaten am Zweiten Weltkrieg teilgenommen und überlebt hatten. Sein wichtigster Lehrer war Friedrich Leutwein, der 1947 zum Professor mit Lehrstuhl für Mineralogie an die Bergakademie berufen worden war. Geologie hörte er bei den Professoren Rudolf Schreiter und Hermann Schwanecke. Auch das große Chemiepraktikum absolvierte er dort. Er studierte dann von Herbst 1949 bis Sommer 1950 an der Martin- Luther-Universität in Halle (Saale) Geologie-Paläontologie bei Hans Gallwitz und Mineralogie bei Ferdi- nand von Wolff. Assistent Wolffs war Günter Hoppe. Er lernte die Dünnschliffmikroskopie und von Wolff vermittelte ihm die Grundlagen der Kristallographie. Außerdem hörte er chemische, biologische und geisteswissenschaftliche Vorlesungen. Wieder in Freiberg folgten Vorlesungen wie z. B. Geophysik bei Wolfgang Buchheim, Erzlagerstättenkunde bei Oscar Oelsner und Geologie von Sachsen bei Kurt Pietzsch. Nach Abschluss des Studiums 1951, einer Assistentenzeit und der Promotion ging er 1954 an den Geologischen Dienst in Jena. 1959 habilitierte er sich und folgte im gleichen Jahr einem Ruf als Dozent an das Institut für Mineralogie und Lagerstättenlehre der BA Freiberg. Er wurde der Nachfolger von Friedrich Leutwein, der die BA 1958 verlassen hatte. Seit 1964 war er Professor mit Lehrstuhl für Mineralogie und Petrographie, ab 1967 ordentlicher Professor für Mineralogie und Geochemie. Mehr als 150 Studenten erwarben bei ihm das Diplom, über 75 doktorierten, 15 machten die Promotion B bzw. habilitierten, fast 60 Doktoranden förderte er als Zweitgutachter. Er schuf für die Ausbildung notwendige Lehrbriefe und grundlegende Lehrwerke wie das „Lehrbuch der Mineralogie“ und „Geochemische Tabel- len“ (mit H. Lange). Beide Werke erschienen in mehreren Auflagen, die „Tabellen“ wurden ins Englische übersetzt. Seine Forschungsarbeiten erstreckten sich über einen weiten Bereich der Petrologie, Geoche- mie und Rohstoffmineralogie, erwähnt seien Forschungen zu basischen Magmatiten, anorganischer Kohlengeochemie, Geochemie einzelner Elemente, Isotopengeochemie und -geochronologie und besonders zur Umweltgeochemie. Ein letztes Werk beschäftigte sich mit dem Kristallographen Victor Morde- chai Goldschmidt. H. J. Rösler entwickelte beachtliche wissenschaftsorganisatorische Aktivitäten im In- und Ausland. Er war über ein Jahrzehnt Dekan der mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der BA, zwei Jahre (1966-68) Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für Geologische Wissenschaften (DGGW, später

*Anschrift des Autors: Priv.-Doz. Dr. Thomas Kaemmel ([email protected]), Rabindranath-Tagore-Str. 21, D-12527 Berlin.

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GGW) und acht Jahre lang Vorstandsmitglied. Er war Gründungsmitglied ihres Fachverbandes Mineralo- gie und leitete ihn von 1960-64. Die moderne Geräteausstattung des Mineralogischen Instituts der BA, z. T. durch Eigenbau, wurde von ihm stark gefördert. Er regte die Schaffung von Mineralstandards als geochemisches Referenzmaterial an. Die Mineralogische Sammlung der BA wuchs durch das von ihm inaugurierte Tauschsystem auf 70 000 Belege an. Er war zeitweilig auf internationaler Ebene tätig, so in der IMA (International Mineralogical Association), der IAGC (International Association of Geoche- mistry) und der IAGOD (International Association on the Genesis of Ore Deposits) Zu seinen Auszeichnungen zählen u.a. „Verdienter Hochschullehrer der DDR“ 1978. Die Sächsische Akademie der Wissenschaften zu Leipzig berief ihn als ihr ordentliches Mitglied 1981. Die GGW verlieh ihm 1986 die Serge-von-Bubnoff-Medaille. Er war Ehrensenator der TU Bergakademie Freiberg.

Günter Zinke, *8. Mai 1940 - †27. Mai 2010, in memoriam

Karl-Heinz Schmidt*

Schmidt, K.-H. (2011): Günter Zinke, *8. Mai 1940 - † 27. Mai 2010, in memoriam. [In memoriam Günter Zinke *8. Mai 1940 - †27. Mai 2010.] – Hallesches Jahrbuch für Geowissenschaften, 32/33: 206-207, Halle (Saale).

Abb. 1: Dr. Günter Zinke (*8. Mai 1940 - † 27. Mai 2010). Foto: E. Scheiner, 2004.

Herr Dr. Günter Zinke, langjähriger wissenschaftlicher Mitarbeiter am damaligen Institut für Geographie der Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg ist am 27. Mai 2010 im Alter von 70 Jahren verstorben. Er wurde im Jahr 1940 in Hauptmannsdorf (Hejtmánkovice) bei Braunau (Broumov) in Böhmen geboren,

*Anschrift des Autors: Prof. Dr. Karl-Heinz Schmidt ([email protected]), Institut für Geowissenschaften und Geogra- phie, Von-Seckendorff-Platz 4, D-06120 Halle (Saale).

207 eine Heimat, zu der er immer eine tiefe Verbindung empfand. An einer Exkursion nach Böhmen, die im letzten Jahr vom Verein für Erdkunde in Halle organisiert wurde, konnte er leider aus gesundheitlichen Gründen nicht mehr teilnehmen, obwohl gerade das ein großer Wunsch von ihm gewesen wäre. Seine große fachliche Leidenschaft galt der Hydrologie, zu der er während seines wissenschaftlichen Lebens eine sehr starke Beziehung hatte, die er auch nach seiner Pensionierung verfolgte. Er vertrat die geographische Hydrologie als geradliniger, engagierter und aller manchmal abstrusen Modellabstraktion abgeneigter Wissenschaftler. Auch in seinen Veröffentlichungen vertrat er die klassische regionale Hyd- rologie. Dazu fand er auch in dieser Zeitschrift ein dankbares Forum. Nach der politischen Wende und der Öffnung der Grenzen veröffentlichte er auch in gesamtdeutschen Zeitschriften wie den „Berichten zur deutschen Landeskunde“. Als Lehrender hat er einer Vielzahl von Studenten Wissen in unterschiedlichen Themenbereichen der Hydrologie und Physischen Geographie vermittelt, wovon u. a. zahlreiche von ihm betreute Qualifikati- onsarbeiten zeugen. Sein besonderes Interesse galt dabei der Exkursions- und Praktikumstätigkeit im mitteldeutschen Raum und insbesondere in der Region Halle. Auf dem Felde der Hydrologie war er der Hochwasserforschung, mit der er sich bis an das Ende seines Lebens beschäftigte, im besonderen Maße verbunden. Seine letzte Publikation, die posthum im Jahre 2011 in einer Veröffentlichung der Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft erschien, hatte folgerich- tig die Überschrift: „Die historische Entwicklung der hydrographischen Bedingungen in der Stadtregion Halle unter besonderer Berücksichtigung der Hochwasserverhältnisse“. Das Institut für Geowissenschaften und Geographie in Halle hat mit ihm einen Wissenschaftler verloren, der einer der besten Kenner der regionalen Hydrologie des mitteldeutschen Raumes war, ein Insti- tutsmitglied, das sich immer für die Belange des Instituts und all seiner Mitglieder, auch über die unmittelbaren Dienstpflichten hinaus, einsetzte und einen engagierten Lehrenden und Studienberater, der bei mehreren Generationen von Studierenden bleibende, positive „Spuren“ hinterlassen hat.

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