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Sanderbildung durch subglaziäre, aufsteigende Schmelzwasserströme ? Von Paul J a s p e r s e n , K i e l Allgemein ging b i s h e r die A n s c h a u u n g ü b e r die E n t w ä s s e r u n g des n o r d deutschen Inlandeises d a h i n , daß sie subglaziär wie supraglaziär in zentrifugaler Richtung erfolgt und d a ß n u r so auch eine E r k l ä r u n g d e r vor dem ehemaligen Eisrand liegenden S a n d e r gegeben sei. Als Ursache des Aufsteigens des subglaziären Schmelzwassers aus der Mulde d e r Ostsee z u r Höhe der S a n d e r hinauf wird d e r hydrostatische Druck, u n t e r d e m das Schmelzwasser u n t e r h a l b des Eises s t a n d , a n g e n o m m e n . Gegen diese Theorie e r h e b e n sich mehrfache Beden ken. Sie liegen zunächst auf morphologischem Gebiet; aber auch die physi kalisch-hydrostatischen F r a g e n k ö n n e n noch keineswegs als geklärt gelten. Das Hinaufdrücken des Schmelzwassers auf die Höhe d e r Sanderflächen ist aber nicht n u r ein hydrostatisches P r o b l e m , sondern gleichzeitig u n d mindestens ebenso s e h r ein hydrodynamisches. V o n dieser Seite h e r ist die obige Theorie noch k a u m untersucht w o r d e n . Ein Versuch dazu soll im folgenden u n t e r n o m men werden. H i e r b e i s i n d i n e r s t e r L i n i e d i e V e r h ä l t n i s s e d e r C i m b r i s c h e n H a l b i n s e l in B e t r a c h t g e z o g e n worden. I. F r a . g e n a u f m o r p h o l o g i s c h e m
Gebiet
Zunächst sollen einige Bedenken morphologischer A r t kurze E r w ä h n u n g finden: 1.) Die S a n d e r sind i n fast u n u n t e r b r o c h e n e r Erstreckung von Norden bis Süden v o r h a n d e n und z w a r auch da, w o keine A u s m ü n d u n g e n von T u n n e l t ä l e r n v e r m u t e t w e r d e n können, weil die Oberflächenform k e i n e G r u n d l a g e dazu bie tet. Die T u n n e l t ä l e r sind also nicht Voraussetzung d e r Sander. 2.) Es fehlt vielfach, namentlich in Nord- u n d Südschleswig, a n e i n w a n d freien S p u r e n einer V e r b i n d u n g von den v e r m u t e t e n T u n n e l t ä l e r n zu den nächstgelegenen, nach W e s t e n führenden Wasseriäufen, obgleich es sich bei den abzuleitenden Schmelzwassern um s e h r große M e n g e n gehandelt h a b e n müßte, deren S t r o m b e t t e n nicht ohne deutliche S p u r e n verschwinden w ü r d e n . Die Tat sache allein, daß w e s t - u n d ostwärts f ü h r e n d e Wasserläufe v o r h a n d e n sind, de ren U r s p r u n g s p u n k t e diesseits und jenseits der Wasserscheide in geringer, aber i m m e r h i n k i l o m e t e r w e i t e r E n t f e r n u n g voneinanderliegen, stellt k e i n e n Beweis dafür dar, daß es sich u m zusammengehörende, f r ü h e r durchgehende Wasser läufe h a n d e l t . Als Beispiel sei das v o m Busdorfer Teich bei Schleswig s ü d w ä r t s streichende Tal g e n a n n t . Es endet in e i n e m Talkessel, dessen u m r a h m e n d e Hö hen keine Lücken zeigen, die auf den f r ü h e r e n Durchlaß eines Wasserstroms hindeuten. Wo a b e r ein f r ü h e r e r Auslauf nach Westen a n g e n o m m e n w e r d e n k a n n , wie mehrfach i m holsteinischen Gebiet, b e s t e h t keine Nowendigkeit, ihn als A u s m ü n d u n g eines T u n n e l t a l e s zu e r k l ä r e n . E r ist als Überlauf eines b e i m Rück zug des Eisrandes g e b i l d e t e n Stausees (.zB. E m k e n d o r f e r Senke beim Westen see bei Kiel) oder als d i r e k t e r Abfluß s u p r a - oder inglaziären Schmelzwassers zu deuten. 9
Eiszeit und Gegenwart
130
Paul
Jaspersen
3.) Fördenbecken mit Schwellen u n d innere F ö r d e n t ä l e r mit Seen, die sich stufenweise a u f w ä r t s h i n t e r e i n a n d e r reihen, w e r d e n in A n l e h n u n g a n die glei chen Erscheinungen in S k a n d i n a v i e n als Kennzeichen von T u n n e l t ä l e r n a n g e sehen (z.B. E. W E R T H 1 9 0 8 / 9 , S. 346ff.). Der wesentliche Unterschied, daß im einen Falle Eis u n d Wasser a b w ä r t s , im a n d e r e n Falle nach d e r herrschenden Theorie aufwärts, also gegen die Stufen, liefen, schließt aber die Analogie zu den subglaziären R i n n e n t ä l e r n in S k a n d i n a v i e n aus. 4.) Viele der v e r m u t e t e n T u n n e l t ä l e r v e r d a n k e n ihre E n t s t e h u n g erst spä teren, östlicher gelegenen Eisrandlagen, sie b e s t a n d e n also noch garnicht zu der Zeit, als das Eis bis zu den S a n d e r n reichte (z. B. innerstes H a d e r s l e b e n e r F ö r d e n t a l u n d das Tal K r u s a u - P a t t b u r g bei Flensburg). Ein von der hier b e h a n delten Hypothese nicht beeinflußter Beobachter w ü r d e schwerlich ein Tal wie das K r u s a u - P a t t b u r g e r als subglaziär durch aufwärtsfließende Schmelzwässer oder durch eine Eiszunge e n t s t a n d e n erklären, da das äußere Bild unzweifel haft darauf hindeutet, daß die T a l f ü h r u n g ein Ergebnis des s p ä t e r aufgeschüt teten östlicheren Rückens darstellt. Z u beachten ist auch, daß dieses Tal recht winklig zur wahrscheinlichen H a u p t b e w e g u n g s r i c h t u n g des Inlandeises von der F ö r d e abzweigt, d a n n seine Richtung u m e t w a 1 5 0 ° ä n d e r t u n d so zweimal von der H a u p t b e w e g u n g s r i c h t u n g des Eises g e k r e u z t worden sein m ü ß t e . Es m u ß a n g e n o m m e n werden, daß das Eis den T u n n e l zuschütten u n d einebnen würde. 5.) Die vermeintlichen T u n n e l t ä l e r v e r e n g e r n sich nach oben zu B e t t e n klein ster Rinnsale ohne Anzeichen, daß sie früher g r ö ß e r e W a s s e r m e n g e n aufwärts geführt h ä t t e n ; sie zeigen hier im Gegenteil alle Kennzeichen von Erosion durch abwärtsfließendes Wasser. Wenn sie Becken einer Gletscherzunge gewesen w ä ren, d a n n v ü r d e diese die aus weichem Boden bestehenden S t u f e n u n d T a l v e r e n g u n g e n beseitigt u n d ein m e h r ausgeglichenes Tal hergestellt haben. (Die b r e i t e r e n Täler m i t Rinnenseen, w e i t e r östlich gelegen, weisen auf Eiserosion hin, z. B. die L a n g s e e - O x b e k r i n n e nördlich der Schlei.) 6.) Es ist damit zu rechnen, daß schon zur Zeit des Höchststandes der Weich seleiszeit das subglaziäre Schmelzwasser einen subglaziären Abfluß durch den Großen Belt oder den Sund zum K a t t e g a t t und S k a g e r r a k gehabt hat. Die m o r phologischen Verhältnisse der Ostseemulde u n d des Belts sprechen dafür, d a ß ein Gefälle nach N o r d e n b e s t a n d e n h a t . Die A b s e n k u n g S k a n d i n a v i e n s w ä h r e n d der Weichseleiszeit infolge des Eisgewichts h a t sich auch auf die dänischen I n seln erstreckt, sodaß eine tiefere L a g e des B e l t g r u n d e s zur d a m a l i g e n Zeit a n z u n e h m e n ist; das subglaziäre W a s s e r konnte u n d m u ß t e also der Schwerkraft folgend nach u n t e n abfließen. Die Anschauung, d a ß sich an der Sohle des I n landeises ein T u n n e l s y s t e m mit Schmelzwasser befunden habe, ist allgemein. Das Schmelzwasser w u r d e zum Teil durch den aus der Erde k o m m e n d e n W ä r m e s t r o m erzeugt. Diese Menge w a r z w a r sehr gering ( B R O C K A M P 1 9 5 1 , S. 5 4 ) , a b e r m a n m u ß sie als grundlegende, allgemeine Ursache zur B i l d u n g und zur d a u e r n d e n Aufrechterhaltung einer Schmelzwasserschicht ansehen, die d a n n durch h i n z u t r e t e n d e Oberflächen-Schmelzwässer v e r m e h r t w u r d e . Man k a n n w e d e r a n n e h m e n , daß sich dieses E n t w ä s s e r u n g s s y s t e m auf einzelne Gebiete b e s c h r ä n k t habe, noch daß irgendwo Riegel bestanden, welche die durchgehende V e r b i n d u n g unterbrochen hätten. Auch die Tiefenverhältnisse im K a t t e g a t t u n d S k a g e r r a k deuten darauf hin, daß ein subglaziärer Abfluß zum A t l a n t i k bestan den hat. W e n n ein solcher aber bestand, konnte kein so hoher hydrostatischer Druck in der Ostseemulde e r h a l t e n bleiben, daß er zum Hinaufdrücken von Wasser u n d Gesteinsmaterial zu den S a n d e r n genügt hätte.
Sanderbildung durch subglaziäre, aufsteigende Schmelzwasserströme?
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7.) Nachdrückliche Zweifel rufen die 100 m hochgelegenen S a n d e r im n o r d westlichen J u t l a n d hervor. Sie liegen in nächster N ä h e der N o r d s e e und damit in g e r i n g e r E n t f e r n u n g vom tiefen, nicht m e h r vom geschlossenen Inlandeis bedeckten Meer. D a ß das subglaziäre Schmelzwasser aus der g r o ß e n Tiefe zu d e m d a m a l s vielleicht 180 m ü b e r dem Meeresspiegel liegenden Sandergebiet e m p o r steigen w ü r d e , statt westlich a b w ä r t s z u m n a h e n A t l a n t i k auszuweichen, erscheint unwahrscheinlich. II.
Fragen
auf
hydrostatischem
Gebiet
Die S t ä r k e des hydrostatischen Drucks in d e m u n t e r h a l b des Eises befind lichen Schmelzwasser richtet sich nach der H ö h e des Wasserspiegels in den s u b glaziären Wasserläufen bzw. in den bis z u r Oberfläche reichenden Spalten. Maß gebend für den die Ü b e r w i n d u n g der Schwelle bewirkenden hydrostatischen Druck ist n u r der Teil der Wasserhöhe in den Spalten, der über d e m Niveau der Abflußöffnung auf der Schwelle liegt, und f e r n e r kommt n u r in Betracht die Wassersäule in den letzten Spalten, die sich in Richtung auf die Ausflußöffnung zu befinden, weil nach dem Gesetz der k o m m u n i z i e r e n d e n R ö h r e n der h y d r o statische Druck aus h ö h e r gelegenen Spalten durch die tiefer gelegenen E n t l a s t u n g erfährt. Teilweise wird angenommen, daß das Inlandeis keine S p a l t e n gehabt habe, die v o n der Ober- bis zur Unterfläche durchgingen. Ob diese A n s c h a u u n g rich tig ist, k a n n hier dahingestellt bleiben. Jedenfalls ist sie aber nicht v e r e i n b a r mit d e r Theorie, daß u n t e r dem Eise ein hydrostatischer Druck b e s t a n d e n habe, der z u m Hinaufdrücken von Wasser u n d Gletscherschutt zu den S a n d e r n genügt habe. Ohne H i n z u n a h m e der H ö h e der Eisdecke u n d entsprechende E r h ö h u n g des Wasserspiegels in Spalten k o n n t e kein g e n ü g e n d s t a r k e r Druck erzeugt w e r d e n . Da zum a n d e r e n das subglaziär e n t s t e h e n d e Schmelzwasser, wie alle Gletscher im W i n t e r zeigen, n u r v e r h ä l t n i s m ä ß i g geringe Mengen aufweist, m u ß der Z u t r i t t supraglaziären Wassers auf dem W e g e durchgehender Spalten vor ausgesetzt werden, w e n n eine g e n ü g e n d e S c h w e m m W i r k u n g (siehe unter III) e r w a r t e t w e r d e n soll. Ein solcher Z u t r i t t ist n a t u r g e m ä ß wesentlich auf das Z e h r g e b i e t des Inlandeises beschränkt. III. Fragen
auf
hydrodynamischem
Gebiet
I n beiden oben b e r ü h r t e n F r a g e n der S p a l t e n b i l d u n g und des Abflußes zum K a t t e g a t t mögen die Meinungen geteilt sein. U m a b e r auf jeden Fall ein vor eiliges Urteil zu vermeiden, soll in der folgenden h y d r o d y n a m i s c h e n U n t e r suchung zunächst noch in beiden F r a g e n die d e r bisherigen H y p o t h e s e günsti gere A l t e r n a t i v e zu G r u n d e gelegt werden. Es soll also z u m Z w e c k e d e r U n t e r s u c h u n g z u n ä c h s t v o r a u s g e s e t z t werden, d a ß es Spalten mit W a s s e r f ü h r u n g von der Ober- bis zur Unterfläche gegeben h a b e und daß kein subglaziärer Abfluß zum K a t t e g a t t b e s t a n d e n habe. Es soll f e r n e r die Wir k u n g r a n d n ä h e r e r Spalten (siehe II Abs, 1) u n b e a c h t e t gelassen w e r d e n . P h y sikalisch gesehen würde der größte, überhaupt denkbare hydrostatische Druck dann entstehen, wenn im Über g a n g s g e b i e t zwischen dem N ä h r - und dem Z e h r g e b i e t des G l e t s c h e r s bis zum Rand mit W a s s e r gefüllte S p a l t e n die Verbindung vom supraglaziären zum subglaziären Wasser hergestellt hätten. Sichere Berechnungen der absoluten Höhe des hydrostatischen Drucks kön nen schon deswegen nicht aufgestellt werden, w e i l nach obigen Darlegungen 9
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132
Paul Jaspersen
positive A n g a b e n d a r ü b e r , in welchem H ö h e n n i v e a u die E n t s t e h u n g des höch sten Drucks tatsächlich stattgefunden h ä t t e , nicht g e m a c h t werden k ö n n e n . U n ter den obigen Voraussetzungen w ü r d e sich zwar ein hydrostatischer Druck von g e n ü g e n d e r S t ä r k e ergeben, um das Wasser bis zu den Sandern hinaufzu drücken. Die Hypothese d e r T u n n e l t ä l e r mit aufwärts gerichtetem W a s s e r s t r o m spricht a b e r nicht n u r von einem Wasseraustritt, s o n d e r n auch von einer kräf tigen S a n d - u n d Schuttförderung, die z u r Aufschüttung der Sander diente. Zu einer solchen F ö r d e r u n g ist aber eine beträchliche Geschwindigkeit des schie benden Wasserstroms erforderlich. Z u r B e a n t w o r t u n g d e r Frage nach d e r W a s sergeschwindigkeit m ü ß t e zunächst das Gefälle des Wasserlaufs b e k a n n t sein. Das Gesamtgefälle des subglaziären Wasserstroms in d e m oben geschilderten günstigsten Fall ist g e n a u gleich dem Gesamtgefälle d e r darüberliegenden Eis oberfläche, da die A n f a n g s - und E n d p u n k t e beider dieselben sind. Das Gefälle der Eisoberfläche k a n n m i t recht großer Sicherheit veranschlagt werden: A u s einer höchsten Höhe des Eises von etwa 3000 m auf der schwedischen Eisscheide u n d einer Weglänge von e t w a 1000 k m ergibt sich ein Gesamtgefälle von 3°/oo. W e n n m a n die H e r k u n f t des Eises aus dem Bottnischen B u s e n annimmt, so w ü r d e der Weg von dort ü b e r Südschweden noch länger u n d das Gefälle entsprechend kleiner sein. Dies w ä r e allerdings das Gefälle „in d e r Luftlinie". Da das Wasser aber u n t e r dem Eise nicht auf dem k ü r z e s t e n Wege nach Westen geflossen sein wird, s o n d e r n zweifellos in W i n d u n g e n u n d U m w e g e n (siehe u n t e n c), so wird das Gefälle des tatsächlichen Weges wesentlich g e r i n g e r zu veranschlagen sein. Es w i r d d e m g e g e n ü b e r aber geltend gemacht, d a ß i m Abschmelzgürtel ein sehr viel höheres Gefälle bestanden h a b e n müsse, m a n c h m a l u n t e r B e r u f u n g auf grönländische u n d isländische Verhältnisse. Ein Vergleich mit einem I n l a n d eis, das wie in den d o r t i g e n Gebieten ü b e r mehr oder weniger steilem U n t e r g r u n d a b w ä r t s fließt, ist n u n z w a r n u r beschränkt angängig. R. GRAHMANN hat indessen für die letzte Vereisung u n t e r Berücksichtigung dessen, daß das norddeutsche Inlandeis i m Randgebiet sich aufwärts bewegte, ein Oberflächen gefälle des Eises von 5°/oo zu Grunde gelegt (R. GRAHMANN 1937, S. 58), ein B e t r a g der zutreffend sein k a n n . Auch hier m ü ß t e ein gewisser Abschlag erfolgen, u m dem g e w u n d e n e n Weg des Schmelzwassers durch S p a l t e n und Tunnel R e c h n u n g zu t r a g e n . Es k a n n also für die folgende h y d r o d y n a m i s c h e Betrachtung ein G e fälle des Wassers von 4,5°/oo zu G r u n d e gelegt w e r d e n . Die aufgeworfene F r a g e nach der Geschwindigkeit des subglaziären Wasser stroms entzieht sich a b e r auch dann, w e n n das Gefälle b e k a n n t ist, der e x a k t e n hydrodynamischen Berechnung, da die hydraulischen Berechnungsformeln E r f a h r u n g s w e r t e und Koeffizienten enthalten, die für die subglaziären W a s s e r wege fehlen und nicht beschafft w e r d e n können, s o d a ß auf zahlenmäßige B e rechnung verzichtet w e r d e n muß. G r u n d g e d a n k e der U n t e r s u c h u n g : Es w i r d d e s w e g e n in der folgenden U n t e r s u c h u n g von den b e k a n n t e n Werten offener W a s s e r l ä u f e a u s g e g a n g e n . W e n n sich h i e r b e i er geben wird, daß selbst unter den günstigeren W i d e r s t a n d s v e r h ä l t n i s s e n o f f e n e r W a s s e r l ä u f e eine für die S c h u t t f ö r d e r u n g a u s r e i c h e n d e W a s s e r g e s ch w in d i g k e it bei dem ge g e b e n e n G e f ä l l e n i c h t e n t s t e h t , d a n n m u ß sie, da die W i d e r s t ä n d e im s u b g l a z i ä r e n W a s s e r s t r o m u n g l e i c h g r ö ß e r e sind, h i e r als a u s g e s c h l o s s e n b e t r a c h t e t w e r d e n . Die V e r h ä l t n i s s e offener W a s s e r l ä u f e w e r d e n also l e d i g l i c h als Grenzwert verwendet.
S a n d e r b i l d u n g durch subglaziäre, aufsteigende Schmelzwafcserströme?
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In Flüssen, also bei a b w ä r t s gerichtetem Gefälle, fängt die Geschiebeför d e r u n g , zunächst des Sandes, b e i etwa 0,6—0,7 m/sek. Wassergeschwindigkeit a n (VAN RINSUM 1950, S. 55). F ü r kiesigen B o d e n wird die Geschwindigkeit m i t 1,0 m/sek. u n d für grobsteinigen Boden m i t 1,25 m/sek. angegeben ( „ H ü t t e " I S. 479). F ü r e i n e Fließrichtung aufwärts, entgegen einem Gefälle, das b e i m Aufstieg a u s d e r Ostseemulde recht beträchtlich ist, w ü r d e die A n n a h m e e i n e r erforderlichen Geschwindigkeit von doppelter Größe gerechtfertigt sein, es soll indessen z u r Vorsicht n u r eine Geschwindigkeit von 2 m/sek. zu G r u n d e gelegt w e r d e n . Das oben veranschlagte Gefälle v o n 4,5°/oo entspricht etwa d e m v o n Wasserläufen i n Gebieten m i t etwas s t ä r k e r e r Oberflächenneigung, also z w i schen Flachland u n d Gebirge (VAN RINSUM 1950a, S. 73). Untersuchungen a n d e r Wertach, e i n e m bei A u g s b u r g in den Lech m ü n d e n d e n Nebenfluß, h a b e n bei Hochwasser u n d bei einem Gefälle von 4°/oo eine mittlere Geschwindigkeit v o n 1,83 m/sek. e r g e b e n und a n d e r Sohle infolge der Reibung n u r 0,57 m/sek. (VAN RINSUM 1950,
S.
53).
Aus d e m vorstehenden, v o n dem Verfasser VAN RINSUM beliebig g e w ä h l t e n Beispiel eines offenen Flußlaufes, der bei 4°/oo Gefälle n u r eine Sohlengeschwin digkeit von 0,57 m/sek. zeigt, geht hervor, d a ß in dem subglaziären E n t w ä s s e r u n g s s y s t e m m i t etwa 4,5°/oo Gefälle die Sohlengeschwindigkeit des W a s s e r s noch u n t e r 1 m/sek. bleiben m u ß t e und z w a r sogar dann, w e n n die g ü n s t i g e r e n Verhältnisse offener Flußläufe vorliegen w ü r d e n . Die Mindestgeschwindigkeit des Wassers, b e i der F ö r d e r u n g von S a n d u n d Geröll eintritt, w a r oben m i t 2 m/sek. festgestellt worden. N u n sind a b e r die Fließwiderstände im s u b g l a ziären T u n n e l selbstverständlich mehrfach h ö h e r als in offenen Wasserläufen: a) Zunächst ist die Reibung abhängig v o m benetzten U m f a n g des Querschnit tes des W a s s e r s t r o m s . Im offenen Wasserlauf sind n u r Sohle und W ä n d e des Flußbettes b e n e t z t , w ä h r e n d i m völlig gefüllten subglaziären T u n n e l keine freie Oberfläche, s o n d e r n allseitig benetzter U m f a n g des Wasserstroms gegeben ist. D a r a u s r e s u l t i e r t schon fast eine V e r d o p p e l u n g des ä u ß e r e n Reibungswider standes. b) Zu b e a c h t e n ist ferner, d a ß der R e i b u n g s w i d e r s t a n d e t w a mit dem Q u a d r a t der Wassergeschwindigkeit wächst (L. PRANDTL 1949, S. 103). Bei einer S t e i g e r u n g der Geschwindigkeit auf das erforderliche Maß w ü r d e also d e r Rei b u n g s w i d e r s t a n d auf einen mehrfachen B e t r a g anwachsen. c) Die subglaziären T u n n e l waren vielfach verzweigt infolge der ü b e r d e n U n t e r g r u n d v e r t e i l t e n E n t s t e h u n g des Schmelzwassers durch den Schmelzvor gang und d u r c h unterteilten Zufluß auf d e m Spaltenwege. D i e durch Richtungs ä n d e r u n g e n entstehenden P o t e n t i a l v e r l u s t e w a r e n also erheblich größer als beim offenen Flußlauf. Von noch größerer B e d e u t u n g sind Verengungen u n d namentlich E r w e i t e r u n g e n d e r Tunnelquerschnitte. J e plötzlicher die Ü b e r g ä n g e sind, u m so g r ö ß e r wird d e r P o t e n t i a l v e r l u s t . A m b e d e u t s a m s t e n sind die E r weiterungen, da hier Neigung der S t r ö m u n g z u r Ablösung v o n der W a n d b e steht (L. PRANDTL, S. 162 u n d „Hütte", S. 482). Sie w e r d e n in den T u n n e l n in i m m e r e r n e u t e r Wiederholung und mit i m m e r weiterer D r u c k m i n d e r u n g auf treten, w ä h r e n d sie in offenen Wasserläufen weniger b e d e u t s a m sind, da h i e r die freie Oberfläche das Ausweichen g e s t a t t e t . E r g e b n i s : A u s der h y d r o d y n a m i s c h e n Betrachtung ergibt sich, d a ß die z u r F ö r d e r u n g v o n Gletscherschutt durch d i e Tunnel aus d e r Ostseemulde auf w ä r t s zu d e n S a n d e r n erforderliche Wassergeschwindigkeit aus dem z u r V e r fügung s t e h e n d e n Gefälle nicht erreicht w e r d e n konnte. W e n n schon i m o f f e n e n F l u ß l a u f mit e i n e m Gefälle v o n 4%o eine Sohlengeschwindigkeit
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Paul Jaspersen
von n u r 0,57 m/sek. festgestellt wurde, so m u ß u n t e r g l e i c h e n V e r h ä l t n i s s e n die Geschwindigkeit bei 4,5 oo Gefälle offensichtlich weit u n t e r 1 m/sek. bleiben u n d k a n n d a m i t die zur Geröllförderung erforderliche M i n d e s t geschwindigkeit von 2 m/sek. noch nicht z u r Hälfte erreichen. Die im v o r s t e h e n den aufgeführten Momente verursachen f ü r d e n i m T u n n e l einge s c h l o s s e n e n W a s s e r s t r o m o h n e f r e i e O b e r f ä c h e eine V e r vielfachung des G e s a m t w i d e r s t a n d e s u n d d a m i t eine R e d u k t i o n der G e s c h w i n digkeit auf einen Bruchteil der erforderlichen. Die Gesamtdifferenz zwischen Soll u n d Ist bleibt so groß, d a ß sie auch d u r c h eine im R a h m e n des D e n k b a r e n bleibende noch günstigere Gestaltung d e r geschätzten Z a h l e n w e r t e u n d d e r v e r w e n d e t e n E r f a h r u n g s w e r t e nicht b e h o b e n w e r d e n k ö n n t e . Nach der u n t e r b) angeführten E r f a h r u n g s r e g e l w ü r d e bei S t e i g e r u n g d e r Geschwindigkeit v o n 0,57 m/sek. auf 2 m/sek. der R e i b u n g s w i d e r s t a n d auf den ü b e r 12-fachen B e t r a g ansteigen. Zu seiner Ü b e r w i n d u n g m ü ß t e das Gefälle im gleichen Maß v o n 4 auf 49°/oo gesteigert werden. W e n n m a n d a n e b e n noch die große Steilheit d e r meisten T u n n e l t ä l e r in i h r e m letzten Teil berücksichtigt, so wird in aller D e u t lichkeit ersichtlich, d a ß v o m h y d r o d y n a m i s c h e n Gesichtspunkt aus die T u n n e 1h y p o t h e s e a u f g e g e b e n w e r d e n muß. 0/
Als Widerspruch zu diesem Ergebnis k ö n n t e die Beobachtung von „ s p r i n g b r u n n e n a r t i g e n " Erscheinungen an arktischen Gletschern angesehen w e r d e n . Aber e i n m a l sind diese Beobachtungen n u r seltener; z u m a n d e r e n sind die E r scheinungen meistens recht unbedeutend. A m eindrucksvollsten ist d e r a m Malaspina-Gletscher von RÜSSEL festgestellte 12—15 F u ß hoch a u f s p r i n g e n d e Wasserstrom. Es ist der Ausfluß eines n u r a b w ä r t s f l i e ß e n d e n S t r o m s . Wenn ein F l u ß gleicher E n e r g i e im Randgebiet, etwa im Bereich der westlichen Ostsee eingetroffen wäre, so w ü r d e seine K r a f t doch bei weitem nicht a u s r e i chen, u m zu den S a n d e r n in d e r Höhe des 10—20-fachen seiner Steighöhe h i n a u f zu gelangen. Der M a l a s p i n a - „ S p r i n g b r u n n e n " spricht also bei seiner r e l a t i v g e ringen Steighöhe nicht für die Hypothese, s o n d e r n gegen sie. Schließlich m u ß nochmals d a r a n e r i n n e r t w e r d e n , daß d e r h y d r o d y n a m i s c h e n U n t e r s u c h u n g drei Voraussetzungen beigegeben waren (siehe III Abs. 1), die n u r gemacht w u r d e n , u m bei der U n t e r s u c h u n g die der bisherigen Theorie g ü n stigsten V e r h ä l t n i s s e u n t e r Ausschaltung s t r i t t i g e r Fragen zu Grunde zu l e g e n . W e n n m a n a b e r ein T u n n e l s y s t e m an der Sohle des Inlandeises a n n i m m t , w i e es auch die Hypothese selbst tut, dann k a n n aus den schon unter I 6 a n g e gebenen G r ü n d e n wohl k a u m die A n n a h m e e i n e r zum K a t t e g a t t d u r c h g e h e n d e n V e r b i n d u n g des u n t e r d e m Eis befindlichen Entwässerungssystems als u n b e gründet a b g e l e h n t werden. —• Hinsichtlich d e r Spalten, die offenbar im A b schmelzgürtel sehr zahlreich gewesen sein w e r d e n (R. GRAHMANN 1937, S. 60f.), muß nochmals (siehe u n t e r II) auf die Tatsache hingewiesen werden, d a ß n a c h dem Gesetz d e r k o m m u n i z i e r e n d e n R ö h r e n für die Größe des hydrostatischen Drucks n u r die letzten r a n d n a h e n Spalten in Betracht gezogen werden d ü r f e n , wodurch die Erreichung genügenden Druckes von v o r n h e r e i n ausgeschlossen ist. Selbst w e n n n u r allein diese l e t z t g e n a n n t e Voraussetzung fallen gelassen wird, w a s aus physikalischen Gründen u n a b w e i s b a r ist, d a n n ist das h y d r o dynamische Untersuchungs-Ergebnis für die Hypothese noch ungünstiger: E s e r s c h e i n t d a n n nicht nur die F ö r d e r u n g von Gletscher s c h u t t , s o n d e r n s o g a r die B e w e g u n g n u r eines Wasser s t r o m s zur S a n d e r h ö h e h i n a u f a u s g e s c h l o s s e n . Als E r g e b nis der U n t e r s u c h u n g darf also f e s t g e s t e l l t w e r d e n , d a ß die b i s h e r g e w ö h n l i c h v e r t r e t e n e T h e o r i e d e s in T u n n e l -
Sanderbildung durch subglaziäre, aufsteigende Schmelzwasserströme?
t ä l e r n a u f s t e i g e n d e n u n d G 1 e t s c h e r s c h u 11 subglaziären Schmelzwassers nicht haltbar
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mitführenden ist.
Die hydrodynamische U n t e r s u c h u n g b e h a n d e l t e i n e n Teil des g e s a m t e n F r a genkomplexes, der n u r n e b e n den auf morphologischem Gebiet (siehe I) ge machten Darlegungen zu betrachten ist. M a n mag gegen die eine oder a n d e r e davon B e d e n k e n erheben, a b e r das d a r g e s t e l l t e Gesamtbild zeigt z u m m i n d e sten, daß das Problem e i n e r erneuten P r ü f u n g von g e ä n d e r t e n Gesichtspunkten aus bedarf. W e n n die bisherige H y p o t h e s e aufgegeben wird, so ergibt sich die Notwendigkeit, die Erscheinungen des E i s r a n d e s u n d d e r S a n d e r b i l d u n g anders als bisher zu erklären. Die S c h u t t f ö r d e r u n g von u n t e n z u m Eisrand hinauf hat n i c h t a u c h f l u v i a t i l , s o n d e r n n u r g l a z i ä r stattgefunden. Die Z e r t e i l u n g d e r vor dem R a n d e aufgehäuften Schuttmassen sowie die Aufschüt tung der S a n d e r k o n n t e nicht durch subglaziäre, s o n d e r n n u r durch s u p r a glaziäre oder inglaziäre Schmelzwasser erfolgen. Den inglaziären Schmelzwasserläufen nach A r t d e r Skizze P . WOLDSTEDT'S (1929, A b b . 40) wird eine e r h ö h t e B e d e u t u n g zugemessen w e r d e n müssen, aber nicht als Schuttförderer, s o n d e r n als V e r t e i l e r des v o m Eis aufwärts bis zum Eisrand geschobenen S a n d e s und Gerölls. Eine gewisse Bestätigung b r i n g e n die Beobachtungen von E. TODTMANN am V a t n a - J d k u l l auf Island (E. TODTMANN 1951, S. 335). Beim Rückzug des Eises b i l d e t e n sich zunächst Stauseen, die bei E r reichung genügender Wasserspiegelhöhe nach außen h i n ü b e r die Sanderflächen e n t w ä s s e r t e n , aber ohne Schuttführung, da die S t a u s e e n als Sandfang wirkten. In dem noch späteren S t a d i u m fand e i n e subglaziäre E n t w ä s s e r u n g zu den Belten hin s t a t t (P. WOLDSTEDT 1950, S. 40 u n d 365), die indessen auch d a n n n u r vorstellbar sein dürfte, w e n n schon v o r h e r ein subglaziäres T u n n e l s y s t e m be s t a n d e n hat, sodaß n u r die letzte V e r b i n d u n g von den S t a u s e e n zu diesem her gestellt zu w e r d e n b r a u c h t e . Mit den letzten A u s f ü h r u n g e n ist d a s Ziel dieser A r b e i t schon überschritten; denn es ist m i t ihr n u r beabsichtigt, die vielen Bedenken, die der Hypothese der T u n n e l t ä l e r entgegenstehen, zusammenzufassen und durch hydrodynamische Er w ä g u n g e n zu ergänzen. Die Lösung d e r vielen neu a u f t r e t e n d e n P r o b l e m e , wenn m a n ohne die Hypothese a u s z u k o m m e n sucht, k a n n n u r durch vereinigte Arbeit vieler in l ä n g e r e r Frist gelingen.
S c h r i f t e n v e r z e i c h n i s B . BROCKAMP: D i e b a r o m e t r i s c h e H ö h e n b e r e c h n u n g a u f d e r d e u t s c h e n d i t i o n . - N . J a h r b . f. G e o l . u . P a l . 1 9 5 1 , S . 5 3 .
Grönland-Expe
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