Die Glarner Hauptüberschiebung - UNESCO

Die Glarner Hauptüberschiebung
Historische - wissenschaftliche Perspektive
Daniela Bäbler
Burgfeldweg 25
3006 Bern
Matrikelnr.: 50-101-514
Bachelorarbeit im Fachbereich Erdwissenschaften der Universität Bern
Bei Professor O. A. Pfiffner
Bern, 22. April 2008
Glarner Hauptüberschiebung
Daniela Bäbler
Historische- Wissenschaftliche Perspektive
Bachelorarbeit 2008
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Geographische Lage
1.2 Geologische Übersicht
1.3 Lithologie
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4
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2. Chronologische Profilreihe
2.1 A. Escher (1841)
2.2 A. Heim (1878/91)
2.3 A. Heim (1921)
3.4 J. Oberholzer (1933)
2.5 S. M. Schmid (1975)
2.6 O. A. Pfiffner (1993)
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3. Forschungsgeschichte der Glarner Hauptüberschiebung
3.1 Hans-Conrad Escher von der Linth (1767-1823)
3.2 Arnold Escher (1807-1872)
3.3 Albert Heim (1849-1937): Doppelfalte
3.4 August Rothpletz (1853-1918)
3.5 Marcel Bertrand (1847-1907): Unbeachtetes Genie
3.6 Albert Heim (1849-1937): Selbstkorrektur
3.7 Jakob Oberholzer (1862-1965)
3.8 Kenneth Jinghwa Hsü
3.9 Stefan Schmid
3.10 O. Adrian Pfiffner
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4. UNESCO Weltnaturerbe
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5. Vorlage für einen Prospekt
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6. Literaturverzeichnis
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Titelbild: Glarner Hauptüberschiebung beim Martinsloch. Foto: Adrian Pfiffner
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1. Einleitung
An der Glarner Hauptüberschiebung wurden ältere Gesteinsschichten über jüngere
überschoben. Die Verrucano Konglomerate aus dem Perm liegen auf eozänem Flysch.
Dazwischen befindet sich ein geringmächtiges Band aus Lochseitenkalk.
In meiner Bachelorarbeit behandle ich die historische- wissenschaftliche Perspektive der
Glarner Hauptüberschiebung.
1.1 Geographische Lage
Die Glarner Hauptüberschiebung ist im Grenzgebiet der Kantone Glarus, St.Gallen und
Graubünden aufgeschlossen. Sie erstreckt sich über eine Distanz von 30 km in Ost-West
Richtung und mehr als 20 km in Nord-Süd Richtung. An den Felswänden ist sie als
messerscharfe, leicht zurückwitternde, gelbliche Linie zu sehen.
An den südlichsten Aufschlüssen, zwischen Ilanz, Flims und Tamins, fällt die
Überschiebungsfläche steil gegen Süd-Südosten ein. Gegen Norden nimmt der Einfallswinkel
sukzessive ab und bildet auf der Höhe von Ringelspitz, Piz Sardona und Piz Vorab eine
Kulmination. Nordnordwestlich des Scheitels taucht die Überschiebungsfläche zunächst nur
leicht ab, wird dann steiler und erreicht an den nördlichsten Aufschlüssen an der Lochseite bei
Schwanden einen Einfallswinkel von über 15 Grad.
Walenstadt
Sargans
Glarus
Schwanden
Elm
Linthal
Flims
Chur
Ilanz
= Ausbisslinie der Überschiebungsfläche
Abb. 1: Geologische Karte des Gebietes der Glarner Hauptüberschiebung.
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1.2 Geologische Übersicht
Bei der Bildung der Alpen im frühen Miozän wurden die helvetischen Decken über mehr als
35 km in Richtung Nordnordwesten überschoben. Zu dieser Zeit war die
Überschiebungsfläche leicht nach Süden geneigt. Erst später, durch die Hebung des
Aarmassivs, wurde der gesamte Komplex gekippt. Die Überschiebung fand in einer Tiefe von
ca. 16 km bei einem Druck von bis zu 5 kbar und Temperaturen um die 320 Grad Celsius
statt. Sie dauerte bei einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Jahr mehrere
Millionen Jahre. Der helvetische Deckenkomplex hatte eine Mächtigkeit von 3 km und
erstreckt sich über eine Breite von 100 km und eine Länge von 50 km. Die unterhalb der
Überschiebung liegenden mesozoischen Sedimente und der eozäne Flysch wurden auch
verfaltet und zerbrochen, aber nicht über grössere Distanzen transportiert. Stetige Hebung der
Kristallinmassive und Erosion der darüber liegenden Decken führten dazu, dass die
Überschiebungsfläche heute aufgeschlossen ist.
Meistens zerbrechen grosse Überschiebungsdecken wegen dem enormen Reibungswiderstand
in kleinere Blöcke. Die Glarner Hauptüberschiebung ist in diesem Zusammenhang eine
Ausnahme. Heute wird angenommen, dass die Decke aufgrund der Anwesenheit des
Lochseitenkalks, welcher die Reibung verminderte, nicht zerbrochen ist.
1.3 Lithologie
Eozäner Flysch
Während dem Tertiär wurden im alpinen Vorlandbecken Flysche geschüttet. Flysch ist ein
Sammelbegriff für die kilometermächtigen Schichtfolgen von bräunlichgrauen bis
schwarzgrauen Brekzien, Kalksandsteinen, Kalksteinen, Quarziten und Ton- und
Mergelschiefern. Bekannt sind die Engi-Dachschiefer, in welchen verschiedene Fossilien wie
Skelette von Fischen und Meeresschildkröten und Spuren von wirbellosen Meerestieren
gefunden wurden. Abgelagert wurden die Flysche im südlichen, tiefen Teil des Beckens.
Infolge der sich nach Norden überschiebenden Decken traten Erdbeben auf, welche Turbidite
auslösten. Dabei bildeten sich gradierte Abfolgen und wirbelförmige Strukturen aus. Am
südlichen Rand des Beckens abgelagert, wurden sie bald von den heranrückenden
Gesteinspaketen überfahren und in die Gebirgsbildung mit einbezogen.
Lochseitenkalk
Definition: Der Begriff Lochseitenkalk wird generell gebraucht für die Kalksteinschicht,
mylonitisiert oder nicht, die an der Glarner Hauptüberschiebung den Verrucano vom Flysch
trennt.
Lochseiten Kalkmylonit bezieht sich nur auf entsprechende tektonische Situationen mit einer
charakteristischen Lamination, entstanden durch dunkles, feinkörniges und helles, gröberes
Karbonatmaterial, welche gewöhnlich wenige Millimeter dick ist. Solche Mylonite finden
sich lokal auch an anderen Überschiebungen in den Helvetischen Decken.
Der Lochseitenkalk zeigt sich als gelblich beige anwitterndes, weisslich graues, meist 1-2 m
mächtiges Kalkband, welches von einer messerscharfen Linie durchzogen wird. Er weist eine
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stark verfaltete Internstruktur auf, welche bereits von Heim als Knetstruktur bezeichnet
wurde.
Im Lochseitenkalk fand vermutlich die Hauptbewegung der Überschiebung statt, da diese
Schicht aufgrund der damals herrschenden P-T-Bedingungen eine niedrige Viskosität
aufwies. Die scharfe Linie zeugt von einer allerletzten, spröden Bewegung über eine kurze
Distanz.
Der genaue Ursprung des Lochseitenkalks ist immer noch Gegenstand aktueller Forschung.
Eine Hypothese besagt, dass er teilweise erst während der Überschiebung aus kalkreichem
Wasser auskristallisierte. Frühere Quellen (Schmid, 1975) nennen als möglichen Ursprung
paraautochthone oder subhelvetische Kalksteinvorkommen.
Verrucano
Als Glarner Verrucano wird die stellenweise über 1,5 km mächtige Sedimentabfolge aus dem
späten Karbon und dem Perm bezeichnet. Es handelt sich um Wüstensedimente, welche vor
250 bis 300 Millionen Jahren auf dem eingeebneten Aarmassiv in Becken abgelagert wurden.
Sie sind die ältesten Sedimente in diesem Gebiet und bestehen an der Basis aus grobkörnigen,
schlecht sortierten Konglomeraten und enthalten zum Teil auch vulkanisches Material. Gegen
oben werden die Lagen feinkörniger.
Die Farbe variiert mit der Lokalität: blassgrün bis lauchgrün am Ringelspitz und im
Vorderrheintal, violettrot in Mels, blutrot im Murgtal und in den Flumserbergen oder
gelblich-rötlich im Pizolgebiet. An der Lochseite ist der Verrucano violettrot und stellenweise
hellgrün bis gelblich ausgebleicht und weiss bis gelblich angewittert. Er enthält grosse
Geröllkomponenten, welche aus dunkelgrünem und dunkelbraunrotem vulkanischem
Material, Quarz, Quarziten und aus rötlichen und grünlichen Quarzporphyren bestehen.
Die grobkörnigen Verrucano-Konglomerate wurden früher oft auch als Sernifite bezeichnet.
Mesozoische Sedimete
Über dem Verrucano liegen Sedimente aus Trias, Jura und Kreide. In der Trias wurden die
Melsersandsteine, die Rötidolomite und -rauhwacken sowie die Quartenschiefer und -quarzite
abgelagert. Zur Zeit des Juras wurden in Küstennähe Ton und Mergelschiefer, sowie sandige
und fossilhaltige Kalke abgelagert. Es entstanden ebenfalls feine, fossilleere Kalke mit
Eisenlagerstätten (Gonzen) welche auf ein mehrere hundert Meter tiefes Meer hinweisen. In
der Kreidezeit bildeten sich in Küstennähe (nördlicher Ablagerungsraum) Riffkalke, Mergelund Tonschiefer. Im Süden war das Meer tiefer und es wurden mächtige, mergeligere
Formationen gebildet.
Die ursprünglich unterhalb des Flyschs gelegenen mesozoischen Sedimente wurden bei der
Alpenbildung zusammen mit dem Flysch überfahren und deformiert. So liegt nun direkt unter
der Glarner Haptüberschiebungsfläche an den einen Orten Flysch, an andern mesozoischer
Kalk.
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Abb. 2:
Die Einleitung ist zusammengefasst aus dem Dossier von Imper (2004).
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2. Chronologische Profilreihe
Folgende sechs Profile zeigen die Entwicklung der Interpretationen der geologischen
Lagerungsverhältnisse in den Glarner Alpen von 1941 bis heute. Die Profile sind stark
vereinfacht und teilweise schematisch gezeichnet.
2.1 A. Escher (1841)
Legende zu den sechs Profilen
Eozäner Flysch
Mesozoische Kalke
L
Verrucano (Perm)
Glarner Hauptüberschiebung
Profil 1: Bereits 1841 bewies A. Escher, dass in den Glarner Alpen alter Verrucano auf dem viel jüngeren
Flysch liegt. Profil an der Lochseite nach Escher. L=Lochseitenkalk.
2.2 Alb. Heim (1878/1891)
NNW
SSE
Vorab
Sernftal
Schwanden
Kärpfstock
Ilanz
Profil 2: Glarner Doppelfalte nach Heim.
2.3 Alb. Heim (1921)
NNW
SSE
Kärpfstock
Etzelstock
Bützistöckli
Kalkstöckli
Hausstock
Vorab
Panix
Linthal
Profil 3: Nach allgemeiner Akzeptanz der Deckentheorie musste Heim seine Interpretationen ändern: Eine
einzige von Süden her überschobene Falte statt einer Doppelfalte.
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2.4 J. Oberholzer (1933)
Kalkstöckli
NNW
Hausstock
SSE
Bützistöckli
Panixer Alp
Linthal
Profil 4: Überschiebungsflächen nach Oberholzer: Er unterschied erstmals klar zwischen Glarner Decke (GL)
und Mürtschenen Decke (MÜ). Der Untergrund ist nach ihm nun mehrheitlich von Brüchen geprägt.
2.5 S. M. Schmid (1975)
SSE
SSE
Aar Massiv
Profil 5: Schematisches Profil der Glarner Hauptüberschiebung nach Schmid (1975). PE=Penninische Decken,
D=Drusberg-Säntis-Decke, A=Axen-Decke, M=Mürtschenen-Decke, G=Glarner Decke, S=Sardona-Flysch,
B=Blattengrat-Flysch und allgemein Tertiär, N=Nordhelvetischer Flysch, SH=Subhelvetische Teile.
2.6 O. A. Pfiffner (1993)
N
S
Walenstadt
Ringelspitz
Molasse
Aar Massiv
Profil 6:
Profil durch die östlichen Schweizeralpen nach Pfiffner (1992). NHF=Nordhelvetischer Flysch,
SH=Südhelvetische Einheiten, SF=Sardona-Flysch, PE=Penninische Decken.
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3. Forschungsgeschichte der Glarner Hauptüberschiebung
In den prachtvollen Alpen des Glarnerlandes haben Forscher in den letzten 200 Jahren durch
Beschreibung und Interpretation der Glarner Hauptüberschiebung wichtige Erkenntnisse über
die Gebirgsbildung gewonnen.
3.1 Hans-Conrad Escher von der Linth (1767-1823)
Folgendes Kapitel ist zusammengefasst nach Imper (2004) und Nomination Dossier (2008).
H.C. Escher war ein begabter Beobachter und Zeichner. Bereits 1807 erkannte er eine
Anomalie: Die Grauwacke der Glarner Alpen (Verrucano) lag oberhalb des Alpenkalkes
(Mesozoischer Kalk). Dies entsprach nicht der damaligen Theorie, welche besagte, dass
Alpenkalk immer auf Grauwacke liegen
müsse. Leopold von Buch, in dieser Zeit
einflussreichster deutscher Geognostiker
und Vertreter dieser Theorie, bestritt Eschers
Beobachtungen trotz Besuch in den Glarner
Alpen (1809): „Grauwacke gehört zu den
Übergangsformationen und kann und darf nie auf
Alpenkalk ruhen.“
Abb. 3: Aquarell (1812) von H. C. Escher. Glarner
Hautüberschiebung beim Martinsloch. (Imper, 2004)
3.2 Arnold Escher (1807-1872)
Dieses Kapitel ist zusammengefasst nach Escher (1841), Trümpy (1991, A), Imper (2004)
und Nomination Dossier (2008). Hans-Conrad Eschers Sohn Arnold war der erste Professor
für Geologie an der ETH Zürich. Durch Bestimmung des relativen Alters der Schichten
anhand deren Fossilieninhalts bewies er 1841, dass in den Glarner Alpen älteres Gestein auf
jüngerem liegt: „Während nun die Nummulitenbildung, zufolge den allgemein angenommenen
paläontologischen Grundsätzen, der neusten Secundärperiode angehört und man demnach sehr geneigt sein
muss, ihre Gegenwärtige Bedeckung durch ältere Gesteine als Folge einer colossalen Überschiebung oder eines
Umbiegens der Schichten zu betrachten, so stösst auf der andern Seite eine solche Annahme doch auch auf sehr
grosse Schwierigkeiten.“ (Escher, 1841)
1848 führte Escher einen der damals bedeutendsten Geologen, Roderick Impey Murchison,
über den Pass dil Segnas. Murchison stimmte den Interpretationen Eschers zu und schrieb
deutlich und überzeugt von „one enormous overthtust“:
„I had … proof that the rocks underlying the solid limestone, with its cover of talc schist, were really of
supercretaceous age, for we found both nummulites and the same teeth of fishes which characterize the flysch in
many other tracts … I was convinced that M. Escher was correct in his delineations … But it became necessary
to admit, that the strata had been inverted, not by frequent folds as on the sides of the lake of Altdorf or in the
Hoher Sentis, but in one enormous overthrust.“ Murchison (1849)
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Bereits 1841 haben Escher und Murchison in den Glarneralpen also eine grosse
Überschiebung erkannt. Diese Auffassung der Situation führte jedoch zu grossen Problemen,
Abb. 4: Profil an der Lochseite nach Escher.
Rosa=Verrucano (Perm), Blau=Lochseitenkalk, Gelb=Eozäner Flysch.
denn damals wurde geglaubt, die
Gebirgsbildung und damit Faltung
der Gesteinsschichten sei Folge der
Kontraktion einer sich auskühlenden
Erdkruste. Bei einer Überschiebung
in der Grösse der Glarner Hauptüberschiebung hätte dies eine
enorme, nicht nachvollziehbare Krustenverkürzung bedeutet. Aus Angst vor den
Konsequenzen, die seine Beobachtungen implizierten, bekam Escher Zweifel: “Kein Mensch
würde mir glauben, man hielte mich für einen Narren.“ Deshalb suchte er nach einer anderen Erklärung
und fand diese in der Hypothese der Glarner Doppelfalte, welche er 1866 präsentierte: Zwei
liegende Falten, eine südvergente Falte im Norden und eine nordvergente Falte im Süden,
welche eine Mulde von Flysch einschliessen. Die Stirnen der beiden Falten würden einander
in einer engen Lücke beim Richetlipass und Foopass, wo keine Gesteine erhalten sind,
gegenüber liegen.
3.3 Albert Heim (1849-1937): Doppelfalte
Der Inhalt des folgenden Kapitels stammt aus den Werken von Heim (1878), Heim (1891),
Trümpy und Oberhauser (1999) und Imper (2004). Albert Heim, Schüler und Nachfolger von
Escher, übernahm die Hypothese der Glarner Doppelfalte. Er hatte Escher auf mehrere
Exkursionen in die Glarneralpen begleitet und später einige Orte noch alleine bereist. Seine
eigenen Untersuchungen hätten mehr den Zweck gehabt, ihn zum vollständigen Verständnis
der Escher’schen zu führen, bemerkte Heim 1878. Im Werk von 1878 schrieb er über die
Schichtlagerungsverhältnisse des Gebietes:
„Von Süden wie von Norden steigt der Verrucano aus normaler Lagerung gegen die bezeichnete Symmetrielinie
empor, während die normale Decke der sekundären Kalkformationen mehr und mehr zerstört ist. In der mittleren
Zone zwischen beiden Verrucanoplatten aber liegt in der Tiefe wiederum, was das höchste sein sollte, nämlich
Eocen. Im Allgemeinen fällt das Eocen ziemlich steil südlich und steht discordant unter den Verrucanodecken.
Die Symmetrielinie ist die verlängerte Linie des Zentralmassives.“
Die genannte Symmetrielinie verläuft vom Limmerenboden über Elm und den Foopass ins
Calfaiserthal. Die oben beschriebenen Lagerungserscheinungen erklärt Heim durch die
Doppelfalte: „Der Nordflügel der Doppelfalte ist eine südlich überliegende, der Südflügel eine nördlich
überliegende Falte.“ Der nomal liegende Gewölbeschenkel der Nordfalte sei am Südufer des
Walensees zu sehen, derjenige der Südfalte im Vorderrheintal. In der mittleren Zone,
zwischen Eozän und überlagerndem Verrucano, befinden sich Kalkbänke, welche die
umgekehrt liegenden Mittelschenkel repräsentieren sollen. Die Muldenschenkel beider Falten
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würden sich in der Tiefe verbinden. Der Kern der beiden liegenden Mulden sei ausgefüllt von
Eozänmasse, welche die Muldenschenkel fast ganz verdecke. Einzig auf der Südseite sei der
gemeinsame Muldenschenkel an einigen Stellen aufgeschlossen. (Abb. 5 und Profil 2)
Abb. 5: Glarner Doppelfalte nach Heim (1878). Die Profile liegen in Richtung NNW-SSE.
Die drei Schenkel der Falten zeigen einen deutlichen Kontrast: „Der Gewölbeschenkel kann andere,
vielleicht ältere, von der liegenden Falte unabhängige Faltungen zeigen, der Muldenschenkel neue secundäre,
der sich bildenden Falten harmonisch angelagerte Faltungen ausbilden, der Mittelschenkel wird stets dünner,
stets ebener ausgewalzt.“ (Heim, 1891)
Die stark reduzierten Mittelschenkel der beiden Falten sind nach Heim allmählich, durch
Überwälzen an der Umbiegungsstelle, entstanden. Der Lochseitenkalk ist durch die walzende
Bewegung entstanden, vorwiegend aus Jurakalk. Riesige Differentialbewegungen zwischen
Gewölbeteil und Muldeteil waren unter grossem Druck im Lochseitenkalk tätig, wobei
derjenige seine Knetstruktur erhielt. Lochseitenkalk und Eozän sind häufig ineinander
geknetet: Der Lochseitenkalk wurde von den steil stehenden Eozenschiefern „wie von einer
gezähnten Walzenfläche erfasst“. Vom Verrucano aber wird der Lochseitenkalk eher durch eine
gerade Ebene getrennt. (Abb. 6)
Die beiden liegenden Falten mit etwa Südwest-Nordost streichender Symmetrielinie
unterscheiden sich unter anderem in folgenden Merkmalen: Die Nordfalte steht tiefer als die
Südfalte. Bei der Südfalte liegt die Muldenumbiegung der Kreideschichten auf 2000 bis 2500
Meter über Meer, bei der Nordfalte unterhalb der Meereshöhe. Der die beiden Falten
verbindende Muldenschenkel fällt also von Süden gegen Norden ein. Da die Nordfalte länger
und steiler ist als die Südfalte, gelangen die Stirnen der beiden Falten etwa auf die selbe
Höhe. Die Gewölbeumbiegung der Nordfalte ist vom Kammerstock bis zum Griessstock
erhalten, die der Südfalte ist nicht mehr erhalten. Anzeichen derselben fand Heim am Vorab,
Ringgenkopf und Kalkhorn. Die Faltung der Eozänschiefer entspricht überall der Stellung der
Südfalte und nie derjenigen der Nordfalte. Daraus schloss Heim, dass die Südfalte sich vor
der Nordfalte zu bilden begonnen hatte. Die Bewegung der Erdrinde konnte unmöglich bei
der Nord- und Südfalte unterschiedliche Richtungen gehabt haben. Somit war nach Heim die
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Richtung, in welche Falten sich neigen, unabhängig von der Bewegung der Erdrinne. Dies
stand schon damals im Widerspruch zu Ansichten einiger Forscher.
Abb.
6:
Walzen
nach
Heim
(1891).
V=Verrucano, L=Lochseitenkalk, F=Flysch.
Aus: Heim 1921.
Eine Schlüsselstelle der Hypothese der
Glarner Doppelfalte fand sich an der
Balmwand.
Im
Malmkalk
der
Balmwand sah Heim den verkehrten
Mittelschenkel der Nordfalte. Das nach
Süden gerichtete Umbiegungsknie der
Nordfalte sei im Griessstock direkt
sichtbar. Der Balmwand-Griessstockmalm sei Lochseitenkalk, der sich gegen das
Umbiegungsknie verdickt habe. (Abb. 8)
Heims Werk „Mechanismus“ (1878) wurde im Allgemeinen mit Begeisterung aufgenommen.
Mit seinen hervorragenden Zeichnungen, klarem Schreibstil, und wegen seinen
bahnbrechenden Untersuchungen über Gesteinsverformung erreichte der enthusiastische
Professor, dass die Hypothese allgemein akzeptiert wurde. Sie missachtete zwar geometrische
und mechanische Gesetze, doch passte die Hypothese gut zu den damaligen Vorstellungen
einer durch Abkühlung schrumpfenden Erde.
Widerspruch zu seinen Interpretationen blieb jedoch nicht aus. Wichtigste Kontrahenten
waren Michael Vazek, August Rothpletz und Marcel Bertrand. Mit Vazek entstand eine
nutzlose und von beiden Seiten her aggressive Kontroverse. Vazeks Ansichten waren recht
merkwürdig. Lagerungsstörungen erklärte er meist durch Annahme von riesigen
Diskordanzen mit Einlagerung jüngerer Schichten in ein altes Relief. So soll der
Lochseitenkalk ein normales Schichtglied sein zwischen dem hangenden permischen
Verrucano und den paläozoischen Bündnerschiefern darunter. Der fossilführende, tertiäre
Flysch sei in ein vorbestehendes Relief angelagert.
„Er vertheilt die eocänen Gesteine nach Belieben in’s Paläozoische, in den Lias und in’s Eocäne ohne jeden
Versuch eines Beweises, und er lässt sich jeden Augenblick durch perspektivische Erscheinungen täuschen!“
(Heim, 1891)
In Heims Werk (1891) widerlegt er auf über 20 Seiten die Ansichten von Vazek in oft
abschätzigen Worten. Die viel gewichtigeren Einwände von Rothpletz jedoch behandelt er
nur kurz, die hervorragende Schrift von Bertrand (1884) beachtet er kaum.
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3.4 August Rothpletz (1853-1918)
Das folgende Kapitel wurde zusammengefasst nach Rothpletz (1894), Heim (1891) und
Trümpy (1991A). Im Gegensatz zu Heim hatte Rothpletz, bevor er sich mit den Glarner
Alpen beschäftigte, in Teilen der Alpen gearbeitet, wo Spröddeformationen deutlicher
erkennbar waren. So sah Rothpletz auch in den Glarner Alpen überall Brüche, reale sowie
nicht existierende. Er dachte, die Alpentäler seien durch subvertikale Brüche bestimmt, häufig
eine Grabenstruktur einschliessend. Im Falle des Linthales korrigierte er Heim mit Recht,
dieses wird wirklich von einem sinistralen Bruch mit etwa 2 km Versatz durchzogen.
Meistens beruhten seine Talbrüche jedoch auf Missinterpretationen.
Lochseitenkalk, den Heim für ausgewalzten Jurakalk hielt, hat Rothpletz bereits 1883 mit
Recht als mylonitisch angesehen. Damals akzeptierte er die Südfalte noch als liegende
nordvergente Falte, interpretierte die Nordfalte aber als nach Süden überschobenen Slab, ohne
Mittelschenkel. Seine Ansichten änderten sich jedoch. In einem schon sehr realistisch
gezeichneten Profil vom Saasberg und Bützistock (1894) stellte er eine liegende, nach Norden
offene Synklinale dar. Auch lieferte Rothpletz 1894 eine ausgezeichnete Beschreibung der
Schilt-Region, wo die Überschiebung der Mürtschenendecke auf die Glarnerdecke (damals
noch nicht als solche benannt) zu sehen ist. Heim hatte dieses Gebiet gemieden.
Kritik an der Doppelfalte mit Auswalzung des Mittelschenkels (Rothpletz 1894): Südliche
und nördliche Sattelumbiegung, nördlicher Mittelschenkel und südlicher Schenkel des
Südsattels sind nicht vorhanden. Dass diese durch Erosion und Umformung verschwunden
sind, ist rein hypothetisch. Notwendig ist die Hypthese aber nicht, denn die
Lagerungsverhältnisse lassen sich auch einfacher erklären: „Eine vielfach gefältelte grosse
Eocänmulde ist von Süden her überkippt und von Norden durch ältere Gebirge auf einer sehr flach geneigten
Fläche überschoben worden.“ (Abb.
7)
Abb. 7: Schematische Darstellung der Tektonik der Glarner Alpen nach Rothpletz (1894)
Die Hypothese der Doppelfalte ist also nicht notwendig. Aber sie ist auch nicht dienlich, denn
es stellen sich folgende Widersprüche: „Das sicher nachweisbare Auftreten mehrerer Längs und
Querbrüche lässt sich nicht mit einer bruchlosen Verfaltung des Gebirges zusammenreimen.“ „Wenn der
Gewölbeschenkel die Rolle der Walze, die den Mittelschenkel ausgewalzt hat, gespielt haben soll, so kann er
Auch stimmen die tektonischen
Verhältnisse der Glarner Alpen mit denen des Bündner Rheintales völlig überein, einzig dass
die Überschiebung in den Glarner Alpen viel grösser ist.
1898 kombinierte Rothpletz die Nordfalte und Südfalte in eine einzige grosse Überschiebung,
jedoch mit Bewegungsrichtung von Ost nach West.
Rothpletz hat Heim sowohl mit Recht wie auch mit Unrecht korrigiert. Heim nutzte jedoch
seine Autorität aus und behandelte Rothpletz vernichtend. Er widerlegte einzig die schwachen
Argumente Rothpletzes, besonders die Grabenbrüche. Die eigentlich wichtigen Einwände wie
dabei doch unmöglich auch noch sich selbst ausgewalzt haben,…“
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die Beobachtungen am Bützistock, Hausstock, Pizmar und Schilt, welche die Existenz der
Doppelfalte in Frage stellten, ignorierte er.
Rothpletz war einer der ersten Geologen, der realisierte, dass Überschiebungen nicht
aussergewöhnliche, lokale Ereignisse sind, sondern in fast allen bekannten Gebirgszügen
vorkommen.
3.5 Marcel Bertrand (1847-1907)
Der Inhalt dieses Kapitels ist den Schriften Trümpy und Lemoine (1998) und Trümpy (1998)
entnommen. Marcel Bertrand wurde durch seine Entdeckung der Decken in den Alpen und
der Provence und sein Prinzip der orogenen Zyklen ein Geologe von grossem Einfluss. Er war
auch einer der ersten Geologen, die klar unterschieden haben zwischen der Deformation der
Gesteine und deren anschliessender Hebung.
Ohne zuvor selbst in den Glarner Alpen gewesen zu sein, hat der einflussreiche französische
Geologe Marcel Bertrand in seiner berühmten Schrift von 1884 die Beschreibungen und
Profile von Heim uminterpretiert. Er zeigte in logischer, entschlossener und ehrlicher Weise,
dass eine einzige, nach Norden überschobene Decke viel plausibler war als die Hypothese der
Doppelfalte. Seine Schrift blieb jedoch unverständlicherweise lange Zeit unbeachtet. Weder
Heim noch Rothpletz gingen auf sein geniales Werk ein.
Der Wiener Eduard Suess anerkannte die Interpretationen Bertrands. Er war nie begeistert
gewesen von der Hypothese der Doppelfalte, die im Widerspruch zu seinem Konzept der
gleichsinnigen tangentialen Bewegung stand. Er versuchte seinen Kollegen Heim von einer
Überschiebung zu überzeugen, doch vergebens.
Beeinflusst durch die Schrift von Bertrand veröffentlichte Schardt 1893 seine revolutionäre
Schrift über die Entstehung der Préalpes romandes, in der er die Préalpes als Decke erklärte.
Er wurde heftig dafür kritisiert, doch repräsentiert dieses Werk den Durchbruch der
Deckentheorie.
Obschon vorher Gegner der Deckentheorie, schloss sich Maurice Lugeon Ende 1895 den
Ansichten Schardts an. Lugeon war ein brillanter, überzeugender Schreiber. Mit seiner Schrift
von 1902 erreichte er allgemeine Akzeptanz der Deckentheorie und erntete grossen Ruhm.
Für die Geologie der Alpen war die Akzeptanz der Deckentheorie ein Schritt von grosser
Bedeutung. Vieles wurde dadurch auf einmal verständlicher. Zuvor Undurchschaubares
konnte nun logisch erklärt werden. Starken Einfluss hatte die Entdeckung der Decken auf die
tektonischen Ansichten. Eine sich auskühlende und schrumpfende Erde war nun nicht mehr
denkbar, denn durch Überschiebungen von Decken hätte eine Krustenerkürzung von 400km
stattgefunden haben müssen, was einer Verkürzung auf 20% der ursprünglichen Länge
entspräche.
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3.6 Albert Heim (1849-1937): Selbstkorrektur
Dieses Kapitel wurde zusammengefasst nach Heim (1902), Heim (1906), Heim (1921) und
Jubiläumsexkursion (1982). In einem Brief an M. Lugeon im Mai 1902 stimmte schliesslich
auch Heim der Deckentheorie zu: „Je suis très heureux de pouvoir vous dire que votre théorie m’apparaît
comme une lumière nouvelle qui m’éclaire sur bien des points; c’est pour moi un grand plaisir de reprendre, sous
ses points de rajeunis, l’étude de régions…“
Er gab nun zu, dass sich durch die neue Theorie einige
Tatsachen klären würden, die zuvor ein unlösbares Rätsel dargestellt hatten. Beispielsweise
hatte er kein Südscharnier der Antiklinalfalte finden können. Auch die Schwierigkeiten am
Glärnisch und Schild sowie am Griessstock würden sich mit der Deckentheorie erklären
lassen. Seine Beobachtung am Lochseitenkalk, dass die Bewegung des Verrucanos stets nach
Norden gerichtet war, sprach ebenfalls für die Überschiebung einer Decke in Richtung
Norden.
Abb. 8: Balmwand und Griesstock. Aus: Heim 1906.
Eine wichtige Stelle, an welcher Heim die Hypothese der Doppelfalte zu nachzuweisen
geglaubt hatte, war die Balmwand. Dort war nach Heim im Malmkalk der verkehrte
Mittelschenkel der Nordfalte direkt zu sehen, und im Griessstock die gegen Süden gerichtete
Gewölbestirn. (Abb. 8) Über der Balmwand sollte sich folglich, wie Heim annahm, Dogger
befinden. Jakob Oberholzer, ehemaliger Schüler und vortrefflicher Mithelfer Eschers, hat
1905 jedoch über der Balmwand, zwischen dem Lochseitenkalk und dem BalmwandGriessstockmalm, schmale Streifen Nummulitenkalk gefunden. Nummuliten treten erst seit
dem Tertiär fossil in Erscheinung. Somit wurde klar, dass hier nicht Umbiegungsknie und
verkehrter Mittelschenkel zu sehen waren, und der Balmwand-Griessstockmalm nicht
verdickter Lochseitenkalk war. So stand nun auch diese Stelle nicht mehr im Widerspruch zu
einer einzigen grossen Glarner Hauptfalte oder Überfaltungsdecke. Den Irrtum korrigierte
Heim 1906 in der Schrift „Die vermeintliche Gewölbeumbiegung des Nordflügels der
Glarnerdoppelfalte vom Klausenpass, eine Selbstkorrektur.“
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Glarner Hauptüberschiebung
Daniela Bäbler
Historische- Wissenschaftliche Perspektive
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In seiner Selbstkorrektur von 1906 gesteht Heim ausserdem, dass er selbst manchmal unsicher
gewesen sei, wo die Nord- und Südfalte voneinander zu trennen seien. Escher hatte den
Hausstock zur Südfalte genommen, Heim später zur Nordfalte.
Die zahlreichen Beobachtungen Heims blieben grundsätzlich erhalten, aber uminterpretiert.
Aus den zwei konstruierten liegenden Falten wurde eine einzige nach Norden überschobene
Decke (Profil 3).
Abb. 9: Knettextur des Lochseitenkalkes, besonders schön zu sehen an der Lochseite bei Schwanden.
Aus: Heim (1921)
Heim (1878, 1906, 1921) beschreibt und interpretiert ausführlich die besonderen
Erscheinungsformen des Lochseitenkalks und dessen Deformationsmechanismen. Der
Lochseitenkalk fällt auf durch ausgezeichnete Knetstrukturen. Solche Knetstrukturen können
an Gesteinen beobachtet werden, die zwischen sich ungleich bewegenden Gesteinsmassen
eingeklemmt waren. Dies ist an Überschiebungsflächen der Fall. Unregelmässigkeiten und
Zerreissungen entstehen durch die Bewegung, sodass Fetzen der unterliegenden, sowie
Bruchstücke der überliegende Schichten mit der mittleren Schicht verknetet, gerollt und zu
zylindrischen oder spindelförmigen Riebeln gedreht, stellenweise auseinandergerissen und
stellenweise schuppenförmig gehäuft werden. Bei Kalksteinen können Entmischungen
stattfinden, was zu vielfach verbogenen und ineinandergekneteten Marmorschlieren führt.
Streckungsspindeln bilden sich in Faserrichtung, was etwa Fallrichtung und
Deformationsachse entspricht. Längsachsen der Riebeln liegen im Streichen. Die Verknetung
ist teils plastisch, aber auch mit Bruch- und Gleitflächen durchmischt und mit
Sammelkristallisation verbunden. An der Lochseite bei Schwanden können solche
Knetgesteine (Mylonite) besonders schön gesehen werden. (Abb. 9) Der Ausdruck
„lochseitisiert“ wurde nach Heim und Escher ähnlich verwendet wie andere „mylonitisiert“
verwenden. Lochseitenkalk besteht zumeist aus Malm, ab und zu beinhaltet er Kreide, Dogger
oder Rötidolomit (Hausstock, Kärpfgruppe). Der Malmkalk wurde nach Schätzungen auf das
40 bis 50 fache seiner Profilbreite gestreckt und auf weniger als 1/50 seiner Mächtigkeit
ausgewalzt. Die Mächtigkeit des Lochseitenkalks ändert von 0 oder wenigen Dezimetern bis
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Glarner Hauptüberschiebung
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Daniela Bäbler
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zu 30 m. Der innerlich schlierig entmischte Kalkmylonit wird oft vom Flysch durchstossen,
sodass sich ein unregelmässig verzahnter Übergang bildet. Charakteristisch ist, neben seiner
schwarzweissen faserigen Knettextur, Marmorisierung, sowie Laminierung, dass er häufig
von einer geraden Rutschfläche durchschnitten wird (Abb. 10).
Abb. 10: Aufschluss an der Lochseite bei Schwanden, Heim 1929
Die Deformation des Malmkalkes fand nach Heim statt, als das Gestein schon in festem
Zustand war. Bis 1921 waren die Deformationsmechanismen für Festgesteine auf Kataklase
und Ummineralisation beschränkt. Heim fügte neu die Plastizität hinzu, „eine innerliche
Verschiebung ohne Zerbrechen, ohne Zerstören der Festigkeit.“ (Heim, 1921) Die Fliessfähigkeit des
Lochseitenkalkes zeige, dass Gesteine in festem Zustand plastisch verformbar seien, wenn der
Druck hoch genug sei. Die plastische Verformung sei nicht eine Theorie, sondern eine
Beobachtungstatsache. Er kann sich „des mächtigen Eindrucks nicht erwehren, dass wenn die Dislokation
sich nur mit Bruchdeformationen hätte begnügen müssen, die Alpen in einen Schutt- und Pulverhaufen
auseinandergefallen wäre.“ (Heim, 1921)
Die Überschiebungsbewegung sei also durch plastisches Fliessen des Lochseitenkalkes
geschehen.
Der ebenfalls 1921 von Heim beschriebene Deformationsmechanismus „Lösungsumsatz“,
heute Drucklösung genannt, ist an am Grat nach Segnas Sura gut zu sehen in Form angelöster
Nummuiten und Assilinen.
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3.7 Jakob Oberholzer (1862-1939)
Folgendes Kapitel ist zusammengefasst nach Oberholzer (1933), Heim (1921) und
Nomination Dossier (2008). Der Zeichenlehrer Jakob Oberholzer (1862–1939) erschaffte
ausgezeichnete detaillierte geologische Aufnahmen des gesamten komplexen Gebietes der
Glarneralpen. In seinem Werk „Geologie der Glarneralpen“ (1933) befinden sich eine Menge
hervorragender, genauer Beobachtungen und eindrucksvolle, wunderschöne, kolorierte
Ansichten (Abb. 11) und Profile. Das Werk wird noch heute als wertvolle Basis für neue
Interpretationen im Gebiet verwendet.
Abb. 11: Foostock (aus Oberholzer, 1933). Rot: Verrucano, Grau:
mesozoische Kalke, Gelbbraun: Flysch, Gelb: Nummultenkalk.
Abb. 12: Zum Vergleich ein Foto des Foostocks. Foto: David Imper
1915 hat Oberholzer als erster die Trennung zwischen Glarner Decke (im engeren Sinne) und
Mürtschenen-Decke im Verrucanogebiet verstanden (Profil 4). Die Glarner Decke wird nach
Südosten von der Mürtschenen-Decke abgelöst. Die Verrucanofront der Glarner Decke sei
unter dem Bützistock auffindbar. Der Gipfel des Bützistockes, der aus Quarzporphyr besteht,
gehöre bereits zur Mürtschenen-Decke.
Beobachtungen zeigten, dass der Verrucano der Glarner Decke unter den Grauen Hörnern
nach Südosten auskeilt. Eine Verdoppelung des Verrucanos ist im Murgtal zu sehen, wo die
trennende Trias nach Süden auskeilt und somit schiefrig-sandiger Verrucano auf
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Glarner Hauptüberschiebung
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konglomeratischem liegt. Ähnliche Lagerungsverhältnisse herrschen am Heustock. In der
Kärpfgruppe ist im Westen die Unterteilung der beiden Decken durch das trennende gelbe
Rötidolomitband deutlich erkennbar, im Osten ist keine klare Abtrennung möglich.
Den in der Magereu-Guscha-Gruppe und am Etzelstock zuoberst liegenden Lias bestimmt
Oberholzer bereits als Bestandteil der Axen-Decke.
3.8 Kenneth Jinghwa Hsü
Der Inhalt des folgenden Kapitels ist der Schrift von Hsü (1969) entnommen. In den 1960er
Jahren untersuchte K. J. Hsü Statik und Kinetik der Überschiebung mittels quantitativer
Analysen. Seine Berechnungen beruhen auf den Annahmen, die Länge der Überschiebung sei
35km, die Mächtigkeit 5 bis 6km.
Aus Beobachtungen am Überschiebungskontakt liess sich schliessen, dass die Überschiebung
sich in mindestens zwei Phasen ereignete. In einer früheren Phase fand durch Fliessen des
Lochseitenkalkes innerhalb der Überschiebungszone die Hauptbewegung statt. Die Bewegung
der späteren Phase geschah durch Reibungsgleiten, die Überschiebungsmasse glitt über eine
Bruchfläche. Dabei entstand durch kleine Unregelmässigkeiten an der Bruchfläche ein einige
Millimeter dünner Film puverisiertes Gesteinsmehl („fault gouge“) innerhalb des
Lochseitenkalkes.
Anhand zweier Gleichungen mit den fünf Variablen Länge und Dicke der
Überschiebungsmasse, Neigung der Überschiebungsfläche, Verhältnis PorendruckÜberlastungsdruck und kritischer Winkel für Schweregleitung schätzte Hsü den Druckzustand
und die Möglichkeit der Schwerkraftgleitung. Er kam zu folgenden Schlüssen:
Die frühere Bewegung wurde ausgelöst durch einen Stoss von hinten und geschah auf einer
subhorizontalen Überschiebungsfläche bei einem Porendruck ungefähr gleich dem
Umgebungsdruck. In der späteren Phase erfolgte die Bewegung, wahrscheinlich im
Zusammenhang mit der Hebung des autochthonen Gebirges, mit einem Gefälle von etwa 10°
nach Norden. Falls der Porendruck abnormal hoch blieb, kann die Überschiebungsmasse
durch Wirkung der Schwerkraft in Bewegung geraten sein. Anderenfalls wäre auch hier ein
Stoss von hinten nötig gewesen.
Berechnungen mit sechs Gleichungen mit sechs Unbekannten (Schubgeschwindigkeit,
Schubspannung, scheinbare Zähigkeit, Dehnungsgeschwindigkeit, Temperatur und
Wärmeerzeugung durch mechanische Arbeit) und Länge und Dicke der Überschiebungsmasse
ergaben folgende Lösungen: Die Bewegungsgeschwindigkeit in der ersten Phase konnte
geschätzt werden auf 0.2 – 10cm/a bei angenommenen Temperaturen von 300 – 400°C an der
Basis der Überschiebung. Geschwindigkeiten der Bewegung durch Reibungsgleiten in der
späteren Phase wurden entweder durch die Erosionsrate am Fuss (im Falle von
Schweregleitung) oder durch die von einem Stoss einer vorrückenden Decke produzierte
Spannung (im Falle einer vorrückenden Decke) bestimmt. In beiden Fällen erfolgte die
Verschiebung durch ruckartige Bewegungen („jerky sliding“), wobei plötzliche, aber kleine
Bewegungen die Schubspannung periodisch kompensierten. Dies resultierte in einer Reihe
von untiefen Erdbeben.
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Glarner Hauptüberschiebung
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3.9 Stefan Schmid
Folgendes Kapitel basiert auf den Schriften Imper (2004) und Jubiläumsexkursion (1983).
Stefan Schmid ist Professor an der Uni Basel. Ich behandle hier hauptsächlich seine Arbeit
aus den Siebziger Jahren.
Folgendes kann im Profil Piz Grisch-Tschingelhörner und im Sernftal gut beobachtet werden:
Die relativ steiler südfallende Calanda-Schieferung (siehe Kapitel 3.10) des mesozoischen
Kalkes wird von der Hauptüberschiebung diskordant abgeschnitten. In den letzten Metern
unterhalb der Überschiebungsfläche erst ist eine asymptotische Schleppung der CalandaSchieferung in die Lagerung der jüngeren Hauptüberschiebung erkennbar. Lokal wird die
Schieferung mit zunehmender Nähe zur Überschiebung steiler. Wir haben also keine gegen
die Hauptüberschiebung zunehmende einfache Scherung des gesamten Infrahelvetikums.
(Schmid 1975)
Im Verrucano verlaufen Calanda-Schieferung und Achsenebenen von Isoklinalfalten
subparallel zur bogenförmigen Hauptüberschiebung. Die Winkeldiskordanz der CalandaSchieferung zwischen Verrucano und Infrahelvetikum nimmt aufgrund der Bogenform der
Hauptüberschiebung von Süden nach Norden zu. (Schmid 1975)
Die Geometrie der bereits von Heim beschriebenen Walzen (Abb. 4 und 8), welche an der
Unterseite des Lochseiten-Kalkmylonits vorkommen, wenn dieser über schiefrigem Gestein
liegt, deuten darauf hin, dass der Mylonit sich kompetenter verhielt als der Flysch.
Der Lochseiten-Mylonit stammt nicht überall desselben Ursprungs. Ein Teil davon ist
infrahelvetischer Kalk. An andern Orten sind es vermutlich vor oder zu Beginn der
Überschiebung abgebrochene, aufs Tertiär aufgeglittene Kalkkeile oder Kalke, die sich an der
Front der Verrucanomasse befanden.
Die minimale Verformungsrate schätzte Schmid 1975 auf 10-10 sec-1. Er hatte eine Translation
von 35 km in höchstens 10 Millionen Jahren angenommen, die ausschliesslich durch einfache
Scherung in einem Meter Lochseitenkalk stattgefunden hatte. Aus Labordaten von schnellen,
experimentellen Verformungsraten wurde durch Extrapolation des Flissgesetzes auf viel
langsamere, geologische Prozesse geschlossen. Daraus resultierte eine viel zu hohe basale
Scherspannung, über 1 kbar. Eine so hohe basale Scherspannung hätte dazu geführt, dass der
Überschiebungsblock zerbrochen wäre. Bei der Extrapolation wurde jedoch nicht
berücksichtigt, dass sich Materialien superplastisch verhalten können.
Mithilfe mikroskopischer Untersuchungen war sichtbar, dass der Lochseitenkalk
hauptsächlich durch das aneinander Vorbeigleiten einzelner, ca. 10 Mikrometer kleiner
Kalkkörner gestreckt wurde, wobei das Innere der Körner sich kaum verformt hatte (Pfiffner
1982). Bekannt war, dass Metalle unter besonderen Bedingungen ungewöhnlich stark
verformt werden können, ohne zu zerbrechen, was Superplastizität genannt wird. Stefan
Schmid führte in den Siebziger Jahren Laborversuche durch, welche zeigten, dass
Lochseitenkalk bei hohen Drucken und Temperaturen, wie sie an der Überschiebungsfläche
geherrscht hatten, tatsächlich superplastisch verformt werden kann. Damit lies sich erstmals
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Glarner Hauptüberschiebung
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erklären, wie es möglich wäre, eine mächtige Kalkschicht zu einer viele Kilometer langen,
nur wenige Meter dicken Schicht auszuwalzen. Superplastizität ist sehr Korngrössenabhängig.
Bei einer Korngrösse von 6 Mikrometer wäre die basale Scherspannung 100 bar, bei einer
Korngrösse von 1 Mikrometer nur 4 bar. Die enorme Fliessfähigkeit des Lochseitenkalkes
würde also ermöglicht durch dessen extrem geringe Korngrösse. 1983 diskutiert Schmid ein
Modell, bei dem bei der Deformation die Fliessspannung erniedrigt wird durch abnehmende
Korngrössen aufgrund dynamischer Rekristallisation.
Kritiker begannen jedoch an der superplastischen Verformung zu zweifeln, weil dafür eine
während langer Zeit gleichmässige Bewegung der Gesteine mit konstanter Geschwindigkeit
nötig wäre. An aktiven Brüchen kann jedoch beobachtet werden, dass Bewegungen eher in
kleinen, ruckartigen Schritten stattfinden. Solche ruckartigen Bewegungen könnten durch das
Vorhandensein von Wasser gefördert werden, welches kurzzeitig die Reibung an der
Bruchfläche verringert. Sauerstoffisotopenanalysen (Martin Burkhard) weisen nach, dass der
Lochseitenkalk zumindest teilweise aus kalkreichem Wasser auskristallisierte und somit erst
während der Überschiebung entstand.
3.10 O. Adrian Pfiffner
Dieses Kapitel wurde zusammengefasst nach Pfiffner (1992) und Jubiläumsexkursion (1983).
Adrian Pfiffner, Professor an der Uni Bern, hat Beziehungen hergestellt zwischen Makro- und
Mikrostrukturen der Hauptüberschiebung, bestimmte daraus Deformationsphasen und
Transportdistanzen der Decken und untersuchte an Lochseitenkalk und andern Kalken
Deformationsmechanismen.
Anhand strukturgeologischer Analysen definierte O. Adrian Pfiffner eine Abfolge von
Deformationsphasen (Pfiffner 1977, 1978, 1982, Milnes & Pfiffner 1977, 1980).
Pizol-Phase (32 Ma):
Cavistrau-Phase (30 Ma):
Calanda-Phase (28 Ma):
Ruchi-Phase(22 Ma):
Eingleiten der exotischen Einheiten, möglicherweise als
Schweregleitung.
Faltung, die zu grossräumigen liegenden Falten führte.
Verursacht eine durchdringende Schieferung parallel zu
Achsenflächen und Überschiebung.
Postmetamorphe Runzelschieferung, besonders ausgeprägt im
Liegenden der Hauptüberschiebung.
Schmid nimmt 1975 an, etwa 35 km der Verschiebung habe in der Ruchi-Phase stattgefunden.
Nach Milnes & Pfiffner (1977) geschah nur der Transversaltransport der späteren Phase (10–
15 km) in der Ruchi-Phase, was einen kontinuierlichen Überschiebungsprozess von der
Calanda-Phase überleitend in die Ruchi-Phase bedeutete. Bei ersterer Auffassung gäbe es
einen zeitlichen Hiatus zwischen Calanda-Phase und Ruchi-Phase. Radiometrische
Datierungen ergaben später, dass der metamorphe Höhepunkt vor etwa 20 Ma erreicht wurde
(Frey et al. 1974).
An den Tschingelhörnern sind Dehnungsbrüche sichtbar, welche eindeutig jünger sind als die
Hauptüberschiebung. Die Bogenform der Überschiebung müsste jedoch primär sein, denn
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eine spätere Verbiegung durch Hebung des Aarmassives hätte nicht nur die
Überschiebungsfläche, sondern auch die Calanda-Schieferung verbogen, was sie aber nicht
tat. (Schmid 1975, Pfiffner 1977)
Am fliessenden Übergang von infrahelvetischer Kreide in Lochseitenkalk am Cassonsgrat
kann erkannt werden, dass der Lochseiten-Kalkmylonit eine höhere Fliessfähigkeit besitzt als
die infrahelvetischen Kalke, denn ein Anschmiegen der Foliation an die Überschiebung ist
nur im Lochseiten-Mylonit festzustellen. Pfiffner (1982) untersuchte die Mikrostrukturen an
diesem Übergang elektronenmikroskopisch und lichtoptisch. Korninterne Deformation durch
Zwillingsbildung und anschliessendes Versetzungskriechen mit gleichzeitiger dynamischer
Rekristallisation in den Kalken unter dem Mylonit konnten beobachtet werden.
Mikrostrukturen lassen auf eine Paläo-Differentialspannung in der Grössenordnung von 1
kbar schliessen. Die Körner sind gegen den Mylonit hin, trotz Zunahme der Deformation,
weniger geplättet. Dies deutet auf superplastisches Fliessen hin.
In höher metamorphem Bereich ist Lochseiten-Kalkmylonit in marmorähnlicher Ausbildung
vorhanden. Dort kann man in dem Gestein eine Schieferung und eine schwache
Streckungslineation feststellen, welche mit solchen der Calanda-Phase vergleichbar sind.
(Abb. 13) Innerhalb des Lochseiten-Kalkmylonits ist eine Laminierung von kompliziert
verfalteten hellen und dunklen Bänden erkennbar. An der unteren Grenze sind die Laminen
oft konkordant mit den Walzen verformt. Zur Obergrenze verlaufen sie häufig parallel.
Abb.
13:
Das
Blockdiagramm
schematische
zeigt
die
geometrischen Verhältnisse von
Schieferungen
Streckungslineation
Glarner
(S)
und
(L)
zur
Hauptüberschiebung.
Cal=Calanda, Ru=Ruchi. Aus:
Jubiläumsexkursion 1982, O. A.
Pfiffner.
Pfiffner (1992) behandelt
Strukturen und Variationen
in strukturellen Stilen in den
helvetischen Decken. Dabei
spielt das Verhältnis n, die Mächtigkeit der kompetenten zur Mächtigkeit der inkompetenten
Schichten, eine wichtige Rolle. Bei kleinen n-Werten entstehen bevorzugt schuppenförmige
Überschiebungen („imbricate thrusts“) und harmonische Falten, bei hohen n-Werten
Abscherfalten und disharmonische Falten. Ist n=0.5, bilden sich polyharmonische Falten.
Die Glarner Hauptüberschiebung ist die basale Überschiebung der Helvetischen Decken,
welche in zwei Deckenkomplexe eingeteilt sind: den unteren und den oberen Glarner
Deckenkomplex. Durch die Säntis Überschiebung werden die beiden voneinander getrennt.
Der obere Glarner Deckenkomplex ist auch als Säntis-Decke bekannt und besteht aus
Kreidekalken, welche im tonigen-mergeligen Palfris-Horizont vom darunter liegenden Jura
abgeschert wurden. Dabei bildeten sich Abscherfalten und Stauchfalten („buckle folding“).
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Im unteren Glarner Deckenkomplex zeigen sich zwei strukturell unterschiedliche Levels. Der
untere Level besteht aus einem starren Block Verrucano und Trias mit einfachen Strukturen,
was auf mechanische Härte dieser Schichten hinweist. Verschiedene Faktoren können dazu
beigetragen haben, dass der Verrucano einzig am Kontakt zum Trias verfaltet wurde, sonst
aber weitgehend unverfaltet blieb: Die grobkörnig klastische, schlecht sortierte Basis und die
lateralen Faziesvariationen sind ungeeignet für Faltung. Dass der Abscherhorizont
(Lochseiten-Kalkmylonit) sehr geringmächtig war, hatte vermutlich auch einen Einfluss. Der
Lochseitenkalk stammt von Kalken, die im Liegenden der Glarner Hauptüberschiebung
vorkommen. Die Kalke wurden während der Überschiebung über eine Distanz von
mindestens 20 km in ein 1-2 m dickes Band ausgeschmiert. Die Entstehung eines solchen
Abscherhorizontes ist erklärbar durch tektonische Erosion der Liegendrampe während der
Überschiebung einer mechanisch stärkeren Schicht. Im oberen Level des unteren Glarner
Deckenkomplexes bilden die Jurakalke schuppenförmige Überschiebungen (Umgebung
Walenstadt), die im Süden in asymmetrische Faltung übergehen (nördlich des Ringelspitzes).
Diese strukturelle Änderung ist auf die gegen Süden zunehmende Mächtigkeit des mittleren
Juras und damit grösser werdenden n-Werte zurückzuführen. Der schiefrige untere Teil des
mittleren Juras ist auch verantwortlich für die Disharmonie zwischen unterem und oberem
Level. Unterhalb der Glarner Hauptüberschiebung befindet sich der Infrahelvetische
Komplex, wo liegende Falten und Überschiebungen an steilwinkligen Bruchflächen
vorherrschen. Hier wurde die Alpine Deformation auch von früheren variszischen Strukturen
beeinflusst.
In den helvetischen Alpen sind viele Faltenachsen genau entsprechend oder parallel zu den
Abrisspunkt-Verbindungslinien („cut-off point tie lines“) ausgerichtet. Dies trifft auch auf die
Glarner Hauptüberschiebung zu. Die Faltenachsen und Abrisspunkt-Verbindungslinien bilden
eine Bogenform, die genau die Form des Verrucanovorkommens an der Überschiebung
nachzeichnet. Daraus kann geschlossen werden, dass der Faltenbogen aus der ursprünglichen
Form des Verrucanobeckens resultierte.
Abb. 14: Profil durch die helvetische Zone. NHF=Nordhelvetischer Flysch, SF=Sardona und Schlieren Flysch
(Penninisch), SH= Südhelvetische Einheiten, UH=Ultrahelvetische Einheiten, UMM=Untere Meeresmolasse,
USM=Untere Süsswassermolasse. Aus: Pfiffner ( 1992).
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4. UNESCO Weltnaturerbe
Die Forschung an der Glarner Hauptüberschiebung gehört jedoch nicht der Vergangenheit an.
Gerade heutzutage ist das Thema sehr aktuell. Unter dem Namen „Swiss Tectonic Arena
Sardona“ kandidiert die Glarner Hauptüberschiebung, um in der Liste der UNESCO
Weltnaturerben aufgenommen zu werden.
Die im August 2006 eingereichte Kandidatur mit dem Namen „Glarner Hauptüberschiebung“
beschränkte sich auf das geologische Phänomen der Überschiebung. Sie basierte auf einer
Vergleichsstudie, welche zeigte, dass die geologische Besonderheit der Überlagerung von
älteren Gesteinen über jüngeren hier weltweit einzigartig sichtbar ist.
Experten der internationalen Prüforganisation IUCN empfahlen an ihrem
Evaluationsbesuchstag im September 2007, das Thema zu erweitern und zusätzlich zum
geologischen Phänomen der Überschiebung auch dessen wichtige Bedeutung zur Forschung
der Gebirgsbildung und zum Verständnis der Plattentektonik aufzuzeigen. Vorgeschlagen
wurde auch, unter Einbezug dieser Aspekte, einen passenderen Namen zu wählen.
Diese Anregungen wurden umgesetzt. Adrian Pfiffner und Stefan Schmid führten eine
zusätzliche Vergleichsstudie durch, welche die 15 weltweit wichtigsten Gebirgsbildungsprozesse betrachtete. Unter den 4 Kriterien „Bedeutung für die wissenschaftliche Forschung“,
„landwirtschaftlicher Wert“, „geomorphologischer Ausdruck“ und „Bedeutung für die
wissenschaftliche Lehre“ wurden die östlichen Schweizeralpen im Bereich der Glarner
Hauptüberschiebung deutlich als weltweit bestes Gebiet bewertet und geniessen somit
herausragenden, universellen Wert für Gebirgsbildungsprozesse und Verständnis der
Plattentektonik. Als neuer Name wurde „Swiss Tectonic Arena Sardona“ (franz. „Haut lieu
tectonique suisse Sardona“) gewählt. Das Logo stellt die Hauptüberschiebung am Piz Sardona
dar. (Abb. 15)
Abb. 15: Das neue Logo
Das vorgeschlagene Weltnaturerbe-Gebiet befindet sich
an den Grenzen der Kantone
Glarus, St. Gallen
und
Graubünden und erstreckt sich
2
über 329 km . (Abb. 15) Im Mittelpunkt steht der Piz Sardona (3055.8 m ü M), an welchem
die Hauptüberschiebung sehr schön zu sehen ist. Des weiteren beinhaltet das Gebiet
Ringelspitz, Pizol Region, Calfeisental, Foostock, das südliche Weisstannental und Murgtal,
Tschingelhorn-Vorab Gruppe, Lochseite, Piz Segnas Gruppe, Flumserberg, Flimserstein und
vieles mehr.
Hauptgründe für die Aufnahme der „Swiss Tectonic Arena Sardona“ in die Welterbeliste der
UNESCO wären folgende: Die Überschiebungsfläche ist hier besonders auffällig und gut
erkennbar, die geologischen Strukturen sind ausserordentlich schön ausgebildet und die
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Forschungsgeschichte dieses Gebietes hat viel zum Verständnis der Gebirgsbildung und der
Plattentektonik beigetragen.
Abb. 16: Der berühmte, sehr gut
zugängliche Aufschluss an der
Lochseite: Hier ist es möglich,
die Überlagerung älterer über
jüngere Gesteine aus nächster
Nähe
zu
betrachten.
Foto:
Daniela Bäbler
Das Gebiet der „Swiss Tectonic Arena Sardona“ verfügt ausserdem über eine reichhaltige
Pflanzen- und Tierwelt, Hochmoore, Schwemmebenen und die älteste wiederangesiedelte
Steinbockkolonie der Schweiz. Dazu befinden sich in der teilweise noch unberührten
Landschaft eine hohe Anzahl Geotope wie die Lochseite, die Tschingelhörner mit
Martinsloch, ein Kupferbergwerk und von eiszeitlichen Gletschern geprägte Landschaften im
Murgtal.
Anfangs Juli 2008 wird über die Aufnahme der „Swiss Tectonic Arena Sardona“ in die Liste
der UNESCO-Weltnaturerben entschieden.
Die Aufnahme in die UNESCO-Welterbe-Liste würde nebst Auszeichnung und weltweiter
Anerkennung einen langfristigen Schutz des Gebietes bedeuten.
Dieses Kapitel ist zusammengefasst aus den Websites www.glarnerhauptueberschiebung.ch,
www.bafu.admin.ch und dem Rundbrief Nr. 11/März 2008 - Kandidatur UNESCO.
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5. Vorlage für einen Prospekt
Die Glarner Hauptüberschiebung liegt im
Grenzgebiet der Kantone Graubünden, Glarus
und St.Gallen und ist als auffällige, gerade
Linie an den Felswänden zu erkennen.
Bei der Kollision von Europa und Afrika
begann die Bildung der Alpen. Dies geschah
durch verfalten, stauchen und überschieben
von Gesteinsschichten. Vor 22 Mio Jahren
wurden 16 km unterhalb der Erdoberfläche alte
Verrucanogesteine (250 -300 Mio Jahre) über
eine Distanz von über 35 km auf jüngere
Flyschgesteine (50 Mio Jahre) überschoben.
Durch stetige Hebung und gleichzeitige
Erosion
des
Gebirges
ist
diese
Überschiebungsfläche heute aufgeschlossen.
Am Überschiebungskontakt liegt ein meist 1-2
Meter mächtiges Band aus Lochseitenkalk.
Speziell an der Glarner Hauptüberschiebung
ist, dass die Glarner Decke mit einer Breite von
100 km und einer Länge von 50 km als Ganzes
überschoben wurde und nicht in kleinere
Bruchstücke zerfallen ist.
Glarner Hauptüberschiebung beim Martinsloch. Foto
und Schema: O. A. Pfiffner
Übersicht der Gesteine, die an der Überschiebung beteiligt sind
Name
Eozäner Flysch
Alter
(Mio Jahre)
34 - 53
Mesozoische
Sedimente
65 - 250
Verrucano
250 - 300
Lochseitenkalk
Gegenstand
aktueller
Forschung
Beschreibung
Flysch ist ein Sammelbegriff für Gesteine, welche
während Gebirgsbildungen im Vorlandbecken abgelagert
werden. Hier sind es kilometermächtige Abfolgen von
dunkelgrauen Brekzien, Sand- und Kalksteinen,
Quarziten, Ton- und Mergelschiefern.
Dazu gehören die Sedimente aus Trias, Jura und Kreide:
Melsersandstein,
Rötidolomit
und
–rauhwacken,
Quartenschiefer und –quarzite, Ton- und Mergelschiefer,
fossilhaltige Kalke
Glarner Verrucano ist z. T. über 1.5 km mächtig. Er
wurde in einer Wüste abgelagert und hat je nach
Lokalität eine rote, vieloettrote oder grüne Farbe. Lokal
enthält er grobkörnige Geröllkomponenten, welche u. a.
vulkanisch sind.
Helles Kalkband mit stark verfalteter Internstruktur
(Knetstruktur), welches von einer messerscharfen Linie
durchzogen wird.
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UNESCO Weltnaturerbe
Das Gebiet der Glarner Hauptüberschiebung kandidiert zurzeit unter dem Namen “Swiss
Tectonic Arena Sardona” für eine Aufnahme in die Liste der UNESCO Weltnaturerben. In
einer Vergleichsstudie, welche die 15 weltweit wichtigsten Gebirgsbildungsprozesse
betrachtete, erreichte das Gebiet deutlich den ersten Rang. Die Überschiebungsfläche ist hier
besonders auffällig und gut erkennbar, die
Aufschlüsse leicht erreichbar und die geologischen
Strukturen einmalig schön ausgebildet. Zudem hat
die
Forschungs-geschichte
des
Gebietes
ausserordentlich viel zum Verständnis der
Gebirgsbildung und Plattentektonik beigetragen.
Forschungsgeschichte
Aquarell von H. C. Escher (1812)
Bereits 1807 erkannte Hans-Conrad Escher von der
Linth (1767-1823) eine Anomalie in den Glarner Alpen:
Der Alpenkalk (=mesozoische Kalke), welcher dazumal
nach Theorie immer auf der Grauwacke (=Verrucano)
liegen musste, war hier unterhalb der Grauwacke
vorzufinden. Mit dem damaligen Wissensstand konnte
sich Escher das Phänomen nicht erklären. 1841 bewies
Hans-Conrad Eschers Sohn Arnold Escher (1807-1872) dann durch Bestimmung des
relativen Alters der Schichten anhand deren Fossilieninhalts, dass in den Glarner Alpen über
grosse Distanzen älteres Gestein auf jüngerem liegt. Er sprach 1841 korrekterweise von einer
„colossalen Überschiebung“. Später bekam Escher jedoch Zweifel: Eine Überschiebung
dieser Ausmasse war nicht zu vereinbaren mit der damaligen Weltanschauung, in welcher
man sich die Entstehung der Gebirge durch eine auskühlende und daher schrumpfende
Erdkruste erklärte. So erfand Escher die Hypothese
Legende
der Glarner Doppelfalte: Zwei liegende Falten,
Eozäner Flysch
welche eine Mulde von jungem Gestein (Flysch)
Mesozoische Sedimente
Verrucano
einschliessen. Albert Heim (1807-1872) übernahm
Lochseite nach
GL Hauptüberschiebung
die
Hypothese der Doppelfalte (siehe Profil). Sie
Escher (1841).
missachtete zwar geometrische und mechanische
Gesetze, doch passte sie gut zur Vorstellung einer
schrumpfenden Erde und wurde allgemein
Doppelfalte nach Heim (1878, 1891)
akzeptiert. Der kleinen Schrift (1884) von Marcel
Bertrand (1847-1907), in welcher er auf logische
Weise zeigte, dass eine einzige von Süden nach
Überschiebung nach Heim (1921)
Norden überschobene Decke viel plausibler war als
eine Doppelfalte, fand vorerst kaum Beachtung.
Später erst wurde die Wichtigkeit seiner Schrift
erkannt: Durch die Entdeckung der Decken wurde in
Oberholzer (1933)
den Alpen das Chaos geologischer Strukturen auf
einmal verständlicher. Jakob Oberholzer (18621939), ehemaliger Schüler und Mithelfer Heims,
Schmid (1975)
erstellte wunderschöne, hervorragende Ansichten
und Profile des gesamten komplexen Gebietes.
Pfiffner (1992)
Die sechs Profile (ca. N-S gerichtet) zeigen die Entwicklung
der Interpretationen der Geologischen Situation in den
Glarner Alpen von 1841 bis heute.
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Glarner Hauptüberschiebung
Daniela Bäbler
Historische- Wissenschaftliche Perspektive
Bachelorarbeit 2008
Neueste Erkenntnisse
Das Gebiet der Glarner Hauptüberschiebung wurde während der Gebirgsbildung mehrfach
überprägt. Anhand der strukturellen Merkmale wurden vier Deformationsphasen
unterschieden. (Milnes & Pfiffner 1977)
Pizol Phase
Vor 32 Mio J
Cavistrau
Phase
Calanda Phase
Vor 30 Mio J
Ruchi Phase
Vor 22 Mio J
Vor 28 Mio J
Platznahme der exotischen Einheiten. Aus dieser Zeit
sind keine Strukturen mehr erkennbar.
Erstes Verschieben von Gesteinsschichten. Es bildeten
sich frühe Grossfalten und lokal Schieferung aus.
Der kristalline Untergrund wurde verfaltet und es
entstanden mehrere Überschiebungen in den
mesozoischen Schichten. Es bildete sich im ganzen
Gebiet eine Schieferung aus, welche je nach Art der
Gesteine unterschiedlich ausgeprägt ist.
Bewegung an der Glarner Hauptüberschiebung und
Ausbildung einer Runzelschieferung (die Schieferung
aus der Calanda Phase wurde nochmals deformiert).
Die Forschung an der Glarner Hauptüberschiebung verlief episodisch. Immer, wenn die
analytischen Methoden verbessert wurden oder ein neues Konzept entstand, wurden die
Kenntnisse eingesetzt, um den Glarner Deckenkomplex weiter zu studieren. Auch heute gibt
es unter den Geologen sehr unterschiedliche Meinungen darüber, wie die Überschiebung
genau entstanden ist (Herwegh 2006). Die Disskusion reicht von einer Sequenzdurchschneidenden Überschiebung als spät orogenetischen Event bis hin zu einem fliessenden
Übergang von einer Falte zu einer Überschiebung.
Der Überschiebungskontakt
Aufgrund der Strukturen im Lochseitenkalk (in der Mitte des Fotos) wird
geschlossen, das es während der
Überschiebung viskose, duktile und
kataklastische, spröde Deformationsprozesse gab, welche gleichzeitig stattfanden. Es ist allerdings noch nicht
klar, welchen Beitrag die verschiedenen
Mechanismen zur Gesamtdeformation
leisteten und wie sich das mit der Zeit
geändert hat. Die gerade Linie stammt
von einer letzten spröden Bewegung an
der Überschiebung.
Foto: Rahel Egli, Lochseite bei Sool, Schwanden GL
Der Einfluss der Fluide (Gemisch aus Wasser, Kalk und anderen gelösten Stoffen)
Bei der Glarner Hauptüberschiebung spielten Fluide eine wichtige Rolle. Während der
duktilen Deformation gab es immer wieder Zyklen, in welchen das Gestein durch den hohen
Druck der Fluide zerbrochen ist. Die so entstandenen Spalten an der Überschiebungsfläche
wurden anschliessend durch Kalkausscheidungen aus den Fluiden wieder gefüllt. Ein Teil des
Lochseitenkalks ist auf diese Weise entstanden. Die Kalkadern sind stark verfaltet und von
Auge gut sichtbar.
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Glarner Hauptüberschiebung
Historische- Wissenschaftliche Perspektive
Daniela Bäbler
Bachelorarbeit 2008
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