Stufen und Flächen sind in vielen Regionen der Erde landschaftsprägende, fluvial-denudativ bedingte Oberflächenformen. Zahlreiche Beispiele liegen sozusagen vor unserer Haustür. Darunter die Südwestdeutsche Schichtstufenlandschaft, die Rumpfflächen des Rheinischen Schiefergebirges oder die Schotterflur des Alpenvorlandes. Einige, durch Stufen charakterisierte Landschaften sind durch ihre faszinierenden Formen sogar äußerst medienwirksam und touristische Ziele ersten Ranges. Man denke z. B. an die Schichttafeln des Monument Valley mit seinen bizarren, nadelförmigen Zeugenbergen oder an den Grand Canyon mit seinen unzähligen Felsterrassen.
Mit dieser physisch-geografisch ausgerichteten Unterrichtseinheit sollen die Schüler grundlegende Kenntnisse zur Entstehung dieser weltweit verbreiteten Oberflächenformen erhalten. Im Sachteil werden die unterschiedlichen Formtypen vorgestellt und ihre Entstehung erläutert. Obwohl das komplexe Thema „Stufen und Flächen“ in direktem Zusammenhang mit den Prozessen der Plattentektonik steht (Bildung von Sedimentationsräumen, Fazieswechsel, Krustenverbiegungen, Orogenese, usw.), ist die vorliegende Unterrichtseinheit so angelegt, dass ihre Inhalte auch ohne größere Vorkenntnisse zur Plattentektonik vom Schüler verstanden werden können. Dies wird mit leicht verständlichen und überschaubaren Grafiken unterstützt, die als Vorlagen für den Unterricht ausgedruckt werden können. Mit Hilfe eines Arbeitsblattes sollen die Schüler im Abschnitt über Schichtstufen die verschiedenen Formenelemente benennen. Dieses Arbeitsblatt kann auch in eine Klassenarbeit integriert oder als Kurztest verwendet werden.
Die Unterrichtseinheit, die weitgehend auf geologische und geomorphologische Fachbegriffe verzichtet, eignet sich in erster Linie für die Sekundarstufe I, aber auch für höhere Jahrgangsstufen, falls diese nicht über ein ausreichendes Grundwissen aus früheren Klassen verfügen. Den Schülern sollte im Unterricht die Möglichkeit gegeben werden, die in der Unterrichtseinheit genannten Beispiele an einer Wandkarte (Physische Karte oder Geologische Karte) zu lokalisieren. Damit erlangen die Schüler auch Kenntnisse über die räumliche Ausdehnung der Landschaften mit den entsprechenden Formen. Falls die Möglichkeit besteht, wäre es sinnvoll die im Unterricht besprochenen Landschaftsformen auch im Rahmen einer Exkursion im Gelände zu erläutern. Dies ermöglicht zudem eine Betrachtung der Landschaft, die über die rein physisch-geografischen Aspekte dieser Unterrichtseinheit hinausgeht. Denn die unterschiedlichen Formtypen (z. B. Schichtstufen) und deren Elemente (z. B. Stufenhang, Stufenfläche) bedingen eine jeweils ganz spezifische Nutzung (Wald, Landwirtschaft, Siedlungen etc.) und damit eine räumliche Differenzierung des Landschaftsbildes.
In der Unterrichtseinheit spielt der Begriff „Widerständigkeit“ für das Kapitel Stufen eine wichtige Rolle. Um diesen Begriff zu veranschaulichen, könnte man ein Experiment im Freien oder im Klassenraum durchführen. In einem Gefäß (im Freien ohne) werden Steine dicht aneinander geschichtet. Diese Steinansammlung steht für ein gut durchlässiges, zerklüftetes Gestein, wie z. B. Kalkstein, das der Erosion relativ hohen Widerstand bietet. In einem anderen Gefäß wird Lehm mit etwas abschüssiger Oberfläche eingebaut. Dieser steht für ein Gestein mit geringem Widerstand gegenüber der Abtragung, etwa Tonstein. Übergießt man nun beide Gefäße mit Wasser, wird dieses im ersten Fall rasch durch die Steinanhäufung im Gefäß versickern, ohne dass etwas Wesentliches passiert. Im zweiten Fall wird das Wasser an der Lehmoberfläche abfließen und leicht trübe werden, da es Lehmteilchen aufnimmt - es erodiert.
II. Sachteil: Stufen und Flächen
Nachfolgend die inhaltlichen, für den Unterricht relevanten Ausführungen, gegliedert nach den zwei markanten Landschaftsformen Stufen und Flächen.
1. Stufen
1.1 Vom Sediment zur Stufe in der Landschaft
Schutt, Sand und feinste Tonteilchen, wurden und werden als Verwitterungsprodukte der Gesteine am Meeresboden und an Land über Millionen von Jahren in mehr oder weniger horizontalen Schichten abgelagert. Am Meeresboden kommt noch die Ablagerung kalkiger Skelett- und Schalenreste von Muscheln, Schnecken, Seelilien, Korallen und von einer unzähligen Menge an einzelligen Lebewesen, wie beispielsweise so genannte Foraminiferen, hinzu. Insbesondere auf den Kontinenten und ihren Schelfen wechselten die Ablagerungsbedingungen im Laufe der Erdgeschichte immer wieder. Zeitweise wurden durch Wasser oder Wind transportierte Verwitterungsprodukte unterschiedlichster Größe auf dem Land abgelagert. Dann kam es infolge des Absinkens der Erdkruste zu örtlichen Überflutungen des Landes durch Meerwasser und somit zur Ablagerung von kalkhaltigen Überresten der Meeresbewohner über den zuvor an Land gebildeten Schichten.
Schließlich wurden die einzelnen Teilchen der unterschiedlichen Sedimente (von lateinisch sedimentum = Bodensatz) unter dem Gewicht der Ablagerungen zusammengedrückt, entwässert und regelrecht miteinander verbacken. Man nennt diesen Verwandlungsprozess zum Festgestein Diagenese (von griechisch dia = hindurch und génesis = Entstehung). Aus ganz feinen Ablagerungen entstand dadurch Tonstein und aus dem Kalkschlamm unzähliger Skelett- und Schalenreste bildete sich beispielsweise Kalkstein. Das Ergebnis all dieser Prozesse ist eine vertikale Abfolge von Gesteinsschichten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften.
Durch Bewegungen der Erdkruste gelangten solche Schichtpakete wieder an die Landoberfläche. Die Schichten können dort weiterhin horizontal lagern, durch seitlichen Druck verbogen, steil gestellt, zerbrochen oder gefaltet sein. Wenn Verwitterung und Abtragung die Schichtgrenzen freilegen, werden die widerständigen Gesteine langsamer abgetragen als wenig widerständige. Widerständige Gesteine sind beispielsweise gut geklüftete Sand- oder Kalksteine. In den Klüften kann Regenwasser rasch versickern und daher die Gesteinsoberfläche kaum angreifen. Ungeklüftete oder weniger stark geklüftete Tonsteine hingegen sind wasserundurchlässiger und bieten somit der Erosion erheblich mehr Angriffsfläche. Je nachdem wie die Schichten nun lagern, entstehen verschiedene Arten von schichtabhängigen Oberflächenformen. Dabei werden die widerständigen Gesteine stets als Stufen herauspräpariert. Bei horizontaler Schichtlagerung entstehen Schichttafeln oder Denudationsterrassen. Sind die Schichten weniger als 5 Grad geneigt, wie es zumeist bei großräumigen Krustenverbiegungen der Fall ist, spricht man im Allgemeinen von Schichtstufen. Bei größerer Neigung bilden sich Schichtkämme. Da all diese Landschaftsformen von der geologischen Lagerung der Gesteine, d. h. der geologischen Struktur des Untergrundes abhängig sind, bezeichnet man sie auch als Strukturformen oder strukturbedingte Landschaftsformen.
1.2 Schichttafeln
Bei horizontaler Lagerung von Sedimentschichten mit unterschiedlicher Widerständigkeit gegenüber Verwitterung und Abtragung entstehen Schichttafeln, wenn die Schichtgrenzen durch Erosion angeschnitten werden. Die Oberfläche der Schichttafel ist ein flaches Plateau mit steil abfallenden Rändern infolge der hohen Widerständigkeit des Stufenbildners. Im Grenzbereich zwischen dem vergleichsweise wasserdurchlässigen Stufenbildner und dem undurchlässigen Sockelbildner staut sich das Niederschlagswasser. Die höhere Durchfeuchtung führt zu beschleunigten Verwitterungsvorgängen an der Schichtgrenze. Zusätzlich erfolgt im Bereich des undurchlässigeren Sockelbildners ein höherer Oberflächenabfluss und damit eine stärkere linienhafte und flächenhafte Abtragung (Erosion und Denudation, von lateinisch denudare = entblößen). An der Schichtgrenze erfolgt schließlich die Unterschneidung des Stufenbildners, dessen weitere Abtragung und Zurückverlegung durch Abbröckeln oder Abrutschen einzelner Partien erfolgt. Im Querschnitt erscheinen Schichttafeln mehr oder weniger symmetrisch. Allseitig von niedrigerem Gelände umgebene Reststücke ehemals größerer Schichttafeln nennt man Tafelberge. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der Tafelberg bei Kapstadt in Südafrika. In Deutschland finden sich imposante Tafelberge im sächsischen Elbsandsteingebirge (z. B. Lilienstein).
1.3 Denudationsterrassen
Wird eine Abfolge flach lagernder Gesteinsschichten von unterschiedlicher Widerständigkeit durch Erosion angeschnitten, setzen an den freigelegten Hängen, ebenso wie bei den Schichttafeln, Verwitterung und Abtragung ein. Hierbei werden wiederum die widerstandsfähigeren Schichten gegenüber den weicheren Schichten versteilt, da letztere verstärkt von der flächenhaften Abtragung, der Denudation erfasst werden. Es entsteht allmählich ein treppenartiges Hangprofil mit Verflachungen im Bereich der leichter ausräumbaren Gesteine, die man Denudationsterrassen nennt. Das berühmteste Beispiel für Denudationsterrassen ist der Grand Canyon des Colorado River in den USA.
1.4 Schichtstufen
Im Gegensatz zu Schichttafeln besitzen Schichtstufen eine schwach geneigte Oberfläche. Man nennt sie Stufenfläche. Sie wird vom steil abfallenden Stufenhang begrenzt. Schichtstufen erscheinen folglich asymmetrisch. Die Ursache für die Neigung der Schichten ist zumeist eine großräumige Krustenverbiegung in Form einer Wölbung (Sattel) oder einer Mulde. Im ersten Fall spricht man von einer Antiklinale (von griechisch antiklíno = entgegenneigen), im zweiten Fall von einer Synklinale (von griechisch synklíno = mitneigen). Bei einer Antiklinalstruktur richten sich die Steilabfälle der Stufen immer nach innen. Bekannte Beispiele für Schichtstufenlandschaften aus Antiklinalstrukturen in Europa sind das Süddeutsche Schichtstufenland. Dazu gehören u. a. Schwäbische Alp, Fränkischen Alp und Steigerwald. Aus einer Synklinalstruktur entstand z. B. die Schichtstufenlandschaft des Pariser Beckens.
Für die Entwicklung von Schichtstufen aus einer weiträumig verbogenen Schichtenfolge ist es notwendig, dass die Grenzen zwischen widerständigen und weniger widerständigen Gesteinen an der Landoberfläche frei liegen. Dafür können verschiedene Prozesse verantwortlich sein. Ein Teil des Schichtenpaketes kann infolge von weiteren Krustenbewegungen absinken, so dass am Hang der Bruchstufe die Schichtgrenzen frei liegen. Eine andere Möglichkeit der Freilegung von Schichtgrenzen besteht darin, dass das Schichtenpaket von Flüssen durchschnitten wird. Nach Freilegung der Schichtgrenzen greifen an ihnen sofort Erosion und Denudation an. Widerständige Schichten werden dabei als Stufen herauspräpariert. Die oberste Kante des Stufenhanges heißt Stufenfirst. Stufen mit scharf ausgeprägtem First heißen Traufstufen. Stufen mit abgerundetem First nennt man Walmstufen. Im Bereich des stufenbildenden Gesteins fällt der Stufenhang steil ab. Unterhalb des Stufenbildners folgt der weniger widerständige Sockelbildner in dessen Bereich der Stufenhang abflacht. Die Abtragung von Schichtstufen schreitet vor allem im Bereich des Stufenhanges fort, da das Niederschlagswasser auf der Stufenfläche rasch versickern kann. An der Grenze zwischen dem durchlässigem Stufen- und dem undurchlässigen Sockelbildner sammelt sich das Grundwasser und Quellen treten aus, die sich immer weiter rückschreitend in die Stufe einschneiden. Der Stufenhang wird sowohl dadurch, als auch durch die bei der Schichttafelentstehung geschilderten Vorgänge, allmählich zurückgedrängt und zertalt. Je nach Gesteinsarten und dem vorherrschenden Klima variieren die Stufenrückwanderungsraten beträchtlich. Im Durchschnitt wandert eine Stufe 4 Meter pro 1000 Jahre zurück. Bei sehr steilen Stufenhängen können durch Vernässung des Sockelbildners und Unterschneidung des Stufenbildners jedoch auch große Partien vom Stufenhang abrutschen und die Stufe somit in kürzester Zeit viele Meter zurückweichen lassen. Quer zum Stufenhang verlaufende Fließgewässer trennen im Laufe der Zeit einen Teil der Schichtenfolge vom übrigen Verband ab, der sich als tafelbergartige Form vor dem eigentlichen Stufenrand erhebt. Da diese abgetrennten Teile die früher weiter reichende Ausdehnung der Schichtstufe und des gesamten Schichtenpaketes dokumentieren, bezeichnet man sie als Zeugenberge.
1.5 Schichtkämme
Stark einengende Krustenbewegungen führten im Verlauf von Gebirgsbildungen dazu, dass am Meeresboden ursprünglich weitgehend flach lagernde Schichten von Sedimentgesteinen nicht nur weiträumig verbogen, sondern in enge Falten gelegt wurden. Mit der Hebung dieser Krustenbereiche zum Gebirge gelangten die gefalteten Gesteine an die Erdoberfläche. Vor allem an stark beanspruchten Faltensätteln konnten Verwitterung und Abtragung verstärkt wirken. Dort kam es zur Einschneidung von Tälern. Die Schichtgrenzen des gefalteten Schichtpaketes wurden dabei freigelegt. Die unterschiedliche Widerständigkeit der steil stehenden Schichten führt ebenso wie bei den Schichtstufenlandschaften letztendlich dazu, dass die Bereiche mit weniger widerständigen Gesteinen stärker ausgeräumt und diejenigen Bereiche mit widerständigen Schichten als schmale Rücken oder Schichtkämme herausgearbeitet werden. Im Idealfall eines Schichtkammreliefs stehen die Schichten nahezu senkrecht. Viel häufiger aber weisen die Gesteinsschichten eine geringere Neigung auf. Der flacher einfallende Hang wird dann als Rückhang, der steil geneigte Hang auf der anderen Seite des Firstes als Stirnhang bezeichnet.
2. Flächen
2.1 Flächen und ihre unterschiedliche Entstehung
In allen Regionen Mitteleuropas finden wir Flächen in der Landschaft. Im Rheinischen Schiefergebirge ebenso wie im Schwarzwald oder im nördlichen Alpenvorland. Aber nicht nur in Mitteleuropa. Vor allem in den Tropen und Subtropen sind große Gebiete durch flache Landschaften gekennzeichnet, etwa in Brasilien oder Australien. Die Entstehung von Flächen ist prinzipiell auf zwei Prozesse zurück zu führen. Flächen können durch Ablagerung von Sedimenten, wie Schutt und Sand, oder durch Abtragung entstehen.
2.2 Aufschüttungs- oder Akkumulationsflächen
Große Flachländer, die durch Aufschüttung charakterisiert sind, werden als Schwemmlandebenen bezeichnet. Sie entstehen durch die Ablagerungen von Flüssen, die gewaltige Mengen an Schutt und Geröll transportieren. In Küstennähe bilden sich Schwemmlandebenen auch durch Meeresablagerungen. Schwemmlandebenen sind jedoch nicht auf tiefer gelegene Landschaftsbereiche beschränkt. Sie finden sich, wenngleich in geringerer Ausdehnung, ebenso in abflusslosen Hochbecken. Beispiele hierfür sind das Great Basin in den USA oder im Altiplano der südamerikanischen Anden. Zu den Schwemmlandebenen zählen schließlich auch Flachländer, die durch das Zusammenwirken von Gletschern und ihren Schmelzwässern entstanden. Man bezeichnet die Prozesse der Entstehung solcher Flächen als glazifluviale Prozesse (von lateinisch glacies = Eis und fluvius = Fluss). Ein Paradebeispiel dafür ist die Münchener Schotterebene.
2.3 Abtragungsflächen
Das wesentliche Merkmal einer Abtragungsfläche ist ihre Unabhängigkeit von der Gesteinslagerung im Untergrund. Abtragungsflächen ziehen über den geologischen Untergrund hinweg, ohne Rücksicht auf die Gesteinsarten und die Gesteinslagerung. Man bezeichnet sie daher auch als Skulpturformen, Skulpturflächen oder Rumpfflächen. Rumpfflächen, wie beispielsweise die des Rheinischen Schiefergebirges, entstehen durch die Kombination von tiefgründiger chemischer Verwitterung und intensiver Flächenspülung, bzw. Denudation. Hieraus erklärt sich auch der Umstand, dass es in Mitteleuropa Rumpfflächen und Schichtstufenlandschaften zugleich gibt, also Landschaftsformen die einerseits gesteins- bzw. strukturabhängig sind und Formen, die auf der anderen Seite davon unabhängig entstanden. Intensive chemische Verwitterung, wie die hydrolytische Verwitterung, findet gegenwärtig nur in den wechselfeuchten Tropen statt, wo Rumpfflächen auch aktuell geformt werden. Die Rumpfflächen in Mitteleuropa sind entstanden, als Europa noch in der Nähe des Äquators lag. Es handelt sich demnach um fossile Landschaftsformen. Dies belegt auch die Tatsache, dass die Flüsse die Rumpfflächen linear zerschnitten haben. Es herrscht also unter den heutigen Klimaverhältnissen in Mitteleuropa Einschneidung vor und keine flächenhafte Abtragung.
