Mikroreliefbedingte Raummuster von Böden, äolischen Substraten und Flugstäuben im Hochgebirgskarst der Nördlichen Kalkalpen (Reiteralpe, Berchtesgadener Alpen) Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades an der Fakultät für Geowissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität München vorgelegt von Lorraine Duffy im September 2011 Erster Gutachter: PD Dr. Carola Küfmann Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Otfried Baume Tag der mündlichen Prüfung: 07.12.2011 Inhaltsverzeichnis Vorwort Seite 1. Einleitung und Problemstellung 1 1.1 Stand der Forschung 1 1.2 Zielsetzung der Arbeit 4 1.3 Die geographische Lage des Untersuchungsgebiet 5 2. Methodologie 7 2.1 Gelände angewandte Untersuchungsmethoden 7 2.2 Methoden der Bodenuntersuchungen 9 2.3 Angewandte Methoden der Flugstaubuntersuchungen- nasse Deposition 14 3. Das Klima 19 3.1 Temperatur 19 3.2 Niederschlag 21 3.3 Wind 22 4. Geologie und Tektonik des Untersuchungsgebiets 24 4.1 Deckenbau und geologische Geschichte der Reiteralpe 24 4.2 Tektonischer Überblick über die Reiteralpe 27 4.3 Die Stratigraphie im Untersuchungsgebiet 29 5. Die Reliefentwicklung 35 5.1 Die Landschaftsentwicklung 35 5.2 Die Augensteine – Augensteinlandschaft 37 5.3 Der Hochkarst der Reiteralpe 39 5.4 Der glaziale Formenschatz im Untersuchungsgebiet 42 6. Vegetationskartierung der Reiteralpe: Eigene Ergebnisse 45 6.1 Das Ziel der Vegetationskartierung 45 6.2 Zur Nomenklatur der Höhenstufen 45 6.3 Die Vegetation der montanen Stufe 46 6.4 Die Vegetation der subalpinen Stufe 47 6.4.1 Die Vegetation der unteren subalpinen Stufe 47 6.4.2 Die Vegetation der mittleren subalpinen Stufe 49 6.4.3 Die Vegetation der oberen subalpinen Stufe 51 6.5 Die Vegetation der alpinen Stufe 52 6.6 Teilzusammenfassung: Ergebnisse der Vegetationskartierung 54 7. Das Bodeninventar: Das räumliche Bodenraummuster und die Ergebnisse der bodenphysikalischen und –chemischen Untersuchungen der Hauptbodentypen auf der Reiteralpe 57 7.1 OC-Böden und Rendzinen 58 7.1.1 Die räumliche Verbreitung der Rendzinen 58 7.1.2 Ergebnisse der bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen 61 7.2 Terrae fuscae 63 7.2.1 Die räumliche Verbreitung der Terrae fuscae 63 7.2.2 Ergebnisse der bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen 64 7.3 Braunerden 65 7.3.1 Die räumliche Verbreitung der Braunerden 65 7.3.2 Ergebnisse der bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen 66 7.4 Podsole 72 7.4.1 Die räumliche Verbreitung der Podsole 72 7.4.2 Ergebnisse der bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen 73 7.5 Pseudogleye 75 7.5.1 Die räumliche Verbreitung der Pseudogleye 75 7.6 Kolluvisole 77 7.6.1 Die räumliche Verbreitung der Kolluvisols 77 7.6.2 Ergebnisse der bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen 78 8. Das Boden-Raummuster und seine Mikrotopographie in Abhängigkeit von/zur 80 8.1 Geologie 80 8.2 Vegetationshöhenstufen 81 8.3 Vegetationsbedeckung 83 8.4 Hangmorphologie 85 8.5 Hangwölbung 89 8.6 Exposition 91 8.7 Karstmorphologie 93 8.8 Bodenmächtigkeit 93 8.9 Korngrößenverteilung 96 9. Die Bodenkarte der Reiteralpe 99 10. Die Substrat- und Deckschichten der Reiteralpe 101 10.0 Die Klassifikation der Substrat- und Deckschichten 101 10.1 Gosau-Decke 102 10.1.1 Räumliche Verteilung der Gosau-Decke 102 10.1.2 Typische Bodenvergesellschaften auf der Gosau-Decke 104 10.1.3 Tonmineralogie 105 10.1.4 Schwerminerale 106 10.1.5 Korngrößenverteilung 107 10.1.6 Deckschicht Mächtigkeit 108 10.1.7 Lateritisch-bauxitische Ablagerungen 109 10.1.8 Vorgosauischer Paläokarst 110 10.2 Die Lössdecke 114 10.2.1 Räumliche Verbreitung 114 10.2.2 Bodenmächtigkeit 115 10.2.3 Korngrößenverteilung 115 10.2.4 Haupt- und Spurenelemente 116 10.2.5 Schwerminerale 116 10.2.6 Tonmineralogie 117 10.2.7 Typische Bodengesellschaften auf der Lössdecke 118 10.3 Die rezent allochthone Substratdecke 118 10.3.1 Räumliche Verteilung der rezent allochthonen Substratdecke 118 10.3.2 Humusauflage, Ergebnisse des C/N-Verhältnisses 119 10.3.3 Podsolierung 119 10.3.4 Haupt- und Spurenelemente 121 10.3.5 Korngrößenverteilung 121 10.3.6 Tonmineralogie 122 10.3.7 Schwerminerale 122 10.3.8 Räumliche Verteilung von Karbonat im Oberbodenhorizont 123 10.3.9 Räumliche Verteilung von Silizium im Oberbodenhorizont 123 10.3.10 Räumliche Verteilung von Aluminium im Oberbodenhorizont 124 10.3.11 Räumliche Verteilung von Eisen im Oberbodenhorizont 124 10.3.12 Räumliche Verteilung von Schwermineralen im Oberbodenhorizont 125 10.3.12(a) Räumliche Verteilung von Chromspinell im Oberbodenhorizont 125 10.3.12(b) Räumliche Verteilung von Granat im Oberbodenhorizont 126 10.3.12(c) Räumliche Verteilung von Zirkon im Oberbodenhorizont 126 11. Die räumliche Analyse des rezent abgelagerten, äolischen Staubs in Abhängigkeit von den/der 127 11.1 Vegetationshöhenstufen 127 11.2 Exposition 128 11.3 Vegetationsdichte 130 11.4 Hangneigung 131 11.5 Luv-Lee Effekten 132 11.5.1 Untersuchung der Trajektorie Guggenbühelalm 132 11.5.2 Untersuchung der Trajektorie Edelweisslahner 132 11.5.3 Untersuchung der Trajektorie am Schrecksattel 133 11.6 Geomorphologie 135 12. Die Zusammensetzung des rezent abgelagerten, äolischen Staubs und ihre räumliche Verteilung 138 12.1 Die Gesamtsumme des äolischen Staubs und ihre räumliche Verteilung 138 12.2 Die organische und mineralogische Zusammensetzung und ihre räumliche Verteilung 142 2.2.1 Das organische Material 142 12.2.2 Das karbonatische Material 143 12.2.3 Das silikatische Material 144 12.2.3.1 Muskovit 146 12.2.3.2 Biotit 147 12.2.3.3 Chromspinell 149 12.2.3.4 Magnetit 150 12.2.3.5 Ilmenorutil 151 13. Diskussion 152 14. Zusammenfassung der Ergebnisse 174 15. Literatur 182 Anhang Abbildungsverzeichnis Seite Abb. 1: Die Gebirgsgruppen der Berchtesgadener Alpen 5 Abb. 2: Die räumliche Verteilung der Messstellen für die nassen Flugstaubmessung 16 Abb. 3: Mittlere Jahrestemperatur Nationalpark Berchtesgaden 19 Abb. 4: Gelände Höhenmodelle Nationalpark Berchtesgaden 19 Abb. 5: Temperatur- und Niederschlagverlauf für die Station Watzmannhaus 21 Abb. 6: Mittlere Monats- und Jahressummen des Niederschlags für die Reiteralpe 22 Abb. 7: Deckenbau der Reiteralpe 24 Abb. 8: Stratigraphische Tabelle der Schichtenfolgen 26 Abb. 9: Tektonische Karte der Reiteralpe 27 Abb. 10: Profil der Reiteralm 28 Abb. 11: Staffelbrüche in den Nordabstürzen der Reiteralm zwischen Alphorn und Wartsteinkopf 28 Abb. 12: Die Stratigraphie der Reiteralpe 29 Abb. 13: Obertrias-Ablagerungsraum des Dachsteinkalks 30 Abb. 14: Die Glanecker Schichten 33 Abb. 15: Paläogeographische Situation der NKA während der Augensteinablagerung 38 Abb. 16: Profile entlang Catena Rossgasse bis Weitschartenkopf 48 Abb. 17: Bodenmächtigkeit der Rendzinen am Nord- und Südhang 58 Abb. 18: Bodenmächtigkeit (cm) der Rendzina-Typen 59 Abb. 19: Prozentualer Anteil des Korngrossenspektrums (µm) und die autochthonen Böden 62 Abb. 20: Die Pseudogleyentwicklung am Reitertrett 77 Abb. 21: Flussdiagram, Entstehung der Bodentypen in Abhängigkeit der Geologie 80 Abb. 22: Prozentualer Rutil-Anteil im Oberboden in Abhängigkeit vom Grad der Vegetationsbedeckung 84 Abb. 23: Prozentualer Granat-Anteil im Oberboden in Abhängigkeit vom Grad der Vegetationsbedeckung 84 Abb. 24: Prozentualer Granatanteil auf steilen Hängen (s) sowie auf nicht geneigten Flächen 86 Abb. 25: Prozentualer Rutilanteil auf steilen Hängen (s) sowie auf nicht geneigten Flächen 86 Abb. 26: Prozentualer Turmalinanteil auf steilen Hängen (s) sowie auf nicht geneigten Flächen 86 Abb. 27: CaCo3 (%) im Oberbodenhorizont. Boden am Nord- und Südhang 91 Abb. 28: Mittelwert der Bodenmächtigkeit (cm) in Abhangkigkeit vom Raummuster und Bodentyp 94 Abb. 29: Rendzina Bodenbildung und Bodenmächtigkeit (cm) 94 Abb. 30: Braunerde-Bodenbildung und Bodenmächtigkeit (cm) 95 Abb. 31: Bodenradarmessung am Weitschartenkopfhang 200mHz /Profil1 95 Abb. 32: Ergebnisse der Korngrößenanalyse. Profile 04-RG-H4 Braunerde-Rendzina L/Oh/Ah/Bv/Cv 96 Abb. 33: Ergebnisse der Korngrößenanalyse Profil 06-EWL: Ah Bu BuCv 97 Abb. 34: Profil Weitschartenkopf-Reitertrett-Rossgasse 98 Abb. 35: Mächtigkeit (cm)und Schluffgehalt der untersuchten Bodentypen 98 Abb. 36: Prozentuale Mittelwerte der Korngrößenverteilung der Gosaudecke 101 Abb.36a: Darstellung des Korngrößenspektrums und der Decken-Klassifikation, Vereinfachung 101 Abb. 37: Podsolierte Böden der Gosau-Decke und autochthonen Boden/Al2O3 and Fe2O3 104 Abb. 38: Die prozentuale Chromspinell-Verteilung in den Böden der Gosau-Decke 107 Abb. 39: Die Korngrößenverteilung der Gosau- und autochthonen Decke 108 Abb. 40: TiO2 (%) am Beispiel des Terra fusca-Braunerde-Profils 06-EWL 111 Abb. 41: Aluminiumoxid (blau) in den untersuchten Böden der Gosau-Decke 113 Abb. 42: Eine Darstellung der Korngrößenverteilung der Lössdecke: Lössbraunerde-Rendzina 116 Abb. 43: Korngrößenverteiung (µm) der Lössdecke: Pseudogley- Lössbraunerde-Profil 116 Abb. 44: Peak-Diagramm Röntgendiffraktometrische Analyse des Bv- und C-Horizonts 117 Abb. 45: Das Verhältnis Al2O3 und Fe2O3 der podsoligen Böden,in Dolinen über Gosau-Decke 120 Abb. 46: Verschiedene Bodentypen im Untersuchungsgebiet und der SiO2 -Anteil (%) im OBH 121 Abb. 47: Mittlere Eintragsrate (mg/cm²/d) für die Dolinenform des Reitertretts im Jahr 2005. 135 Abb. 48: Mittlere Eintragsrate (mg/cm²/d) für die Dolinenform des Reitertretts im Jahr 2004 136 Abb. 49: Mittlere Eintragsrate ( mg/cm²/d ) für die Dolinenform der Schwegelalm im Jahr 2004 137 Abb. 50: Mittlere Eintragsrate (mg/cm²/d) für die Dolinenform der Schwegelalm im Jahr 2005 137 Abb. 51: Räumliche Verteilung der Gesamtsumme (mg) der rezenten äolischen FSM 2004 139