Rinnentypen
In einem einzigen Bach können wir oft drei verschiedene Rinnentypen erkennen. Diese einzigartigen Rinnentypen entwickeln sich als Reaktion auf Veränderungen der Fließgeschwindigkeit, der Sedimentbeschaffenheit und des Gefälles.
Im Oberlauf vieler Bäche sind die Rinnen in der Regel schmal und fließen mit hohen Geschwindigkeiten (Abbildung 10z-1). Die hohen Fließgeschwindigkeiten in diesen Bächen sind das Ergebnis eines steilen Gefälles und der Schwerkraft. In diesen Flusssystemen ist die Erosion ein sehr aktiver Prozess, da das Gerinne versucht, sich an die Topografie der Landschaft anzupassen. Die Ablagerung erfolgt hauptsächlich in Zeiten geringer Wasserführung. Infolgedessen sind die Ablagerungen in den Auen sehr begrenzt, und das Bachbett ist sehr vergänglich und flach.
Abbildung 10z-1: Oberlauf eines Baches in den Rocky Mountains, Kanada.
Fließgewässer mit hoher Sedimentbelastung, die eine plötzliche Verringerung der Fließgeschwindigkeit erfahren, haben in der Regel einen verzweigten Rinnentyp (Abbildung 10z-2). Dieser Gerinnungstyp tritt häufig im weiteren Verlauf des Bachprofils auf, wo das Gefälle von steil zu leicht abfallend wechselt. In einem verzweigten Bach teilt sich das Hauptgerinne in eine Reihe kleinerer, ineinandergreifender oder verzweigter Rinnen. Verzweigte Rinnen sind in der Regel breit und flach, da das Geschiebematerial oft grob (Sande und Kiese) und nicht bindig ist.
Abbildung 10z-2: Verzweigte Bachrinne.
Mäandrierende Rinnen entstehen, wenn Bäche über eine relativ flache Landschaft mit einer breiten Aue fließen (Abbildung 10z-3). Technisch gesehen wird ein Bach als mäandrierend bezeichnet, wenn das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Länge des Gerinnes und der geradlinigen Entfernung zwischen zwei Punkten des Gerinnes größer als 1,5 ist. Die Gerinne dieser Bäche sind charakteristisch U-förmig und wandern aktiv über die ausgedehnte Aue.
Abbildung 10z-3: Mäanderndes Bachgerinne.
Merkmale der Bachrinne
Innerhalb der Bachrinne gibt es eine Vielzahl von Sedimentschichten und Strukturen. Viele dieser Merkmale hängen von der komplexen Wechselwirkung zwischen Fließgeschwindigkeit und Sedimentgröße ab.
Bäche, die grobe Sedimente führen, bilden Sand- und Kiesbänke. Diese Arten von Riegeln sind häufig in verzweigten Bächen zu sehen, die in höher gelegenen Gebieten häufig vorkommen (Abbildung 10z-4). Riegel entstehen in verzweigten Bächen aufgrund einer Verringerung des Abflusses. Die Verringerung des Abflusses wird häufig durch zwei Bedingungen verursacht: Verringerung des Gefälles des Baches und/oder Verringerung des Abflusses nach einem Niederschlagsereignis oder der Frühjahrsschmelze von Schnee und Eis.
Abbildung 10z-4: Geflochtenes Bachbett mit Kiesbänken.
Punktförmige Balken entstehen dort, wo der Abfluss des Baches aufgrund von Reibung und geringerer Wassertiefe lokal verringert ist (Abbildung 10z-5). In einem mäandrierenden Bach sind Punktschienen häufig an der Innenseite einer Flussbiegung zu finden.
Abbildung 10z-5: Mäandrierender Bachlauf von oben gesehen.
In geraden Bächen können sich als Reaktion auf den Thalweg (rote Pfeile, Abbildung 10z-6) und die schraubenförmige Strömung schienenartige Ablagerungen bilden. Abbildung 10z-6 zeigt eine Draufsicht auf diese Ablagerungen und damit verbundene Merkmale.
Abbildung 10z-6: Draufsicht auf die Ablagerungsmerkmale in einem typischen geraden Bachlauf.
In diesem geraden Bachlauf bilden sich Riegel in den vom Thalweg abgewandten Bereichen des Stroms. Unterhalb des Thalweges bilden sich an Stellen, an denen die schnellere Strömung im Gerinne senkrecht nach oben fließt, Riffles, eine weitere Form der groben Ablagerung. Zwischen den Riffles befinden sich ausgewaschene Tümpel, in denen Material abgetragen wird, wenn sich die Zone maximaler Fließgeschwindigkeit dem Bachbett nähert. Die absoluten Abstände zwischen diesen Merkmalen variieren je nach Größe des Gerinnes. Der relative Abstand zwischen einer Riffel und der nächsten beträgt jedoch im Durchschnitt das Fünf- bis Siebenfache der Breite des Gerinnes (in der Abbildung übertrieben dargestellt). Beide Merkmale können auch in gewundenen Gerinnen auftreten.
Dünen und Riffel sind die wichtigsten Sedimentationsmerkmale in Bächen, deren Gerinne hauptsächlich aus Sand und Schlick bestehen. Dünen sind etwa 10 oder mehr Zentimeter hoch und haben einen Abstand von einem Meter oder mehr zueinander. Sie sind häufig in Bächen mit höheren Fließgeschwindigkeiten zu finden. Riffel sind nur wenige Zentimeter hoch und haben einen geringen Abstand zueinander. Sie kommen in langsam fließenden Bächen mit fein strukturiertem Flussbett vor. Beide Merkmale bewegen sich mit der Zeit und wandern flussabwärts. Das Material auf der sanft abfallenden Seite dieser Merkmale rollt und springt unter dem Einfluss der Wasserströmung den Hang hinauf. Die Partikel bewegen sich den Hang hinauf, bis sie den Scheitelpunkt des Merkmals erreichen und dann die steilere Leeseite hinunterrutschen, um sich am Fuß der nächsten Düne oder Riffel zu sammeln. Dieser Vorgang wiederholt sich dann immer wieder, bis das Material eine Stelle flussabwärts erreicht, wo es sich dauerhaft ablagert.
Die Aue
Neben den Flussläufen gibt es relativ flache Gebiete, die als Auen bekannt sind (Abbildung 10z-7). Überschwemmungsgebiete entstehen, wenn Bäche ihre Dämme überschreiten und bei Hochwasser Abfluss und Schwebstoffe über die Landoberfläche verteilen. Deiche sind aus Sand oder Kies bestehende Erhebungen an den Seiten des Flusslaufs. Deiche haben einen Durchmesser, der etwa der Hälfte bis zum Vierfachen der Kanalbreite entspricht. Nach dem Rückzug des Hochwassers wird die Fließgeschwindigkeit des Flusses verringert, was zur Ablagerung von Schwemmland führt. Wiederholte Überschwemmungszyklen können im Laufe der Zeit zur Ablagerung vieler aufeinander folgender Schichten von Schwemmmaterial führen. Die Ablagerungen in der Aue können das Flussbett anheben. Dieser Vorgang wird als Aggradation bezeichnet.
Abbildung 10z-7: Das folgende Landsat-5-Bild vom September 1992 zeigt einen Abschnitt des Missouri River bei Rocheport, Missouri. Die schräge Perspektive dieses Bildes ist nach Westen oder flussaufwärts gerichtet. Dieses Bild wurde farblich verbessert und verändert, um ein übertriebenes topografisches Relief zu zeigen. Nackter Boden und gepflügtes Land erscheinen rot, die Vegetation grün und das Wasser dunkelblau. In der Mitte des Bildes ist eine flache Flussaue zu sehen. Aufgrund der Jahreszeit ist das meiste Ackerland auf den reichen und fruchtbaren Böden der Flussaue gepflügt und vegetationslos. (Quelle: NASA Scientific Visualization Studio).
Überschwemmungsgebiete können auch Sedimente enthalten, die durch die seitliche Wanderung des Flusskanals abgelagert wurden. Dieser Prozess ist sowohl bei verzweigten als auch bei mäandrierenden Kanälen üblich. Bei verzweigten Kanälen kommt es in Zeiten geringerer Abflüsse zu horizontalen Ablagerungen von Sand. In mäandrierenden Flüssen führt die Migration des Gerinnes zu vertikalen Ablagerungen von Punktbarren. Sowohl die Ablagerungen der verzweigten als auch der mäandrierenden Rinnen sind gröber als die Ablagerungen, die bei Überschwemmungen entstehen.
In der Aue gibt es eine Reihe weiterer geomorphologischer Merkmale. Die Dämme sind von schmalen Spalten durchzogen, die als Spalten bezeichnet werden. Diese ermöglichen bei Hochwasser die Bewegung von Wasser in die Aue und zurück. Topografische Vertiefungen finden sich verstreut in der Aue. Sie enthalten aufgrund ihrer Höhenlage einige der besten Ablagerungen in der Aue. Altarme sind verlassene Kanäle, die entstehen, wenn Mäander durch seitliche Erosion des Flusses vom Rest des Gerinnes abgeschnitten werden.
Alluvialfächer und Deltas
Bäche, die in stehendes Wasser fließen, bilden normalerweise ein Delta (Abbildung 10z-8 und 10z-9). Ein Delta ist ein Sedimentkörper, der zahlreiche horizontale und vertikale Schichten enthält. Deltas entstehen, wenn sich die von einem Fluss mitgeführte Sedimentmenge aufgrund einer plötzlichen Verringerung der Fließgeschwindigkeit ablagert. Die Oberfläche der meisten Deltas ist durch kleine, sich verlagernde Rinnen gekennzeichnet, die Wasser und Sedimente vom Hauptflusskanal wegführen. Diese kleinen Kanäle dienen auch dazu, die Sedimentfracht des Flusses über die Oberfläche des Deltas zu verteilen. Einige Deltas, wie das des Nils, haben eine dreieckige Form. Ströme wie der Mississippi, die einen hohen Sedimentgehalt aufweisen und in relativ ruhige Gewässer münden, verursachen die Bildung eines vogelfußförmigen Deltas.
Abbildung 10z-8: Nildelta (Quelle: NASA).
Abbildung 10z-9: Mississippi-Vogelfußdelta (Quelle: NASA).
Die meisten Deltas enthalten drei verschiedene Arten von Ablagerungen: Foreset, Topset und Bottomset. Vorgelagerte Schichten bilden den Hauptteil der Deltas. Sie werden am äußeren Rand des Deltas in einem Winkel von 5 bis 25 Grad abgelagert. Bei feineren Sedimenten bilden sich steilere Winkel. Über den Foreset-Böden befinden sich die nahezu horizontalen Topset-Böden. Diese Schichten weisen unterschiedliche Korngrößen auf und sind aus Ablagerungen der kleinen, sich verschiebenden Kanäle an der Deltaoberfläche entstanden. Vor und unter den Foreset-Böden befinden sich die Bottomset-Böden. Diese Schichten bestehen aus feinem Schluff und Ton. Sie entstehen, wenn das feinste Material durch die Strömung ins Meer getragen wird.
Ein Schwemmfächer ist eine große fächerförmige Ablagerung von Sediment, die von einem verzweigten Strom überströmt wird (10z-10). Schwemmfächer entstehen, wenn Bäche, die eine schwere Last tragen, ihre Geschwindigkeit verringern, wenn sie aus dem Gebirge in eine fast horizontale Ebene eintreten. Der Schwemmfächer entsteht, wenn sich verzweigte Bäche über die Oberfläche dieser Besonderheit bewegen, Sediment ablagern und ihren Lauf anpassen. Die folgende Abbildung zeigt mehrere Schwemmfächer, die durch einen plötzlichen Höhenunterschied entstanden sind.
