Zur mittel- und jungquartären Relief- und Bodenentwicklung der nordwestlichen Kölner Bucht - Detailuntersuchungen der lössbedeckten Mittelterrassenlandschaft -

Fischer, Peter (2009). Zur mittel- und jungquartären Relief- und Bodenentwicklung der nordwestlichen Kölner Bucht - Detailuntersuchungen der lössbedeckten Mittelterrassenlandschaft -. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die mittel- und jungquartäre Relief- und Bodenentwicklung der nordwestlichen Kölner Bucht am Beispiel eines Ausschnitts der lössbedeckten Mittelterrassenlandschaft untersucht. Dabei wird die geomorphologische Betrachtung des Reliefs in einen Gesamtlandschaftskontext gestellt, wobei neben der pleistozänen Landschaftsentwicklung auch die postglaziale Genese unter zunehmender Einflussnahme des Menschen und damit der Wandel von der Natur- zur Kulturlandschaft berücksichtigt wird. Die Reliefformen bilden unter Einbeziehung des lithostratigraphischen und pedologischen Aufbaus des oberflächennahen Untergrundes die Basis der Untersuchungen. In diesem Verständnis spiegelt sich in den Reliefformen eine mehrphasige und polygenetische Formung wider und sie stellen somit Archive der Landschaftsgenese dar. Ihr Aufbau wird durch Bohrungen und Aufschlussaufnahmen erfasst und unter Verwendung geomorphologisch-pedologischer Arbeitsweisen interpretiert. Ergänzung erfahren die Geländebefunde durch die Anbindung an archäologische Grabungen sowie durch sedimentologische Analysen. An ausgewählten Proben wurden Lumineszenzdatierungen durchgeführt. Dabei wurden sowohl polymineralische Feinkornpräparate (SAR-IRSL) als auch Quarze der Grobkornfraktion (SAR-OSL) datiert. Im Vergleich der Datierungen offenbart sich eine deutliche Altersunterbestimmung der SAR-IRSL-Alter gegenüber den SAR-OSL-Altern, die eine exakte chronostratigraphische Einordnung erschweren und zu einer kritischen Sichtweise auf bestehende, IRSL-basierte Chronologien Niederrheinischer Lössprofile führen. Auch zeigt sich am hier behandelten Beispiel, dass besonders in den landschaftsgenetischen Archiven des Pleistozäns große Schichtlücken auftreten, die eine Einbindung in die hochauflösende Stratigraphie des Quartärs nur in begrenztem Umfang erlauben. Es wird aufgezeigt, dass die Oberfläche der mittelterrassenzeitlichen Schotterkörper und die aktuelle Geländeoberfläche, bedingt durch wechselnde Lössmächtigkeiten, nicht parallel verlaufen und das aktuelle Relief nicht als Kriterium einer stratigraphischen Gliederung der Mittelterrassen herangezogen werden kann. Zudem steuert die lokale Reliefkonfiguration maßgeblich die Abtragung im Sinne eines Kaskadensystems und limitiert damit auch den Erhalt umfassender mittel- und jungpleistozäner Sequenzen. Mächtige Lössdeckschichten sind damit nicht gleichzeitig mit einem höheren Alter des Liegenden verbunden und beinhalten somit auch nicht zwangsläufig eine höhere Auflösung bezüglich ihres feinstratigraphischen Aufbaus. Die ältesten hier erfassten Lösssedimente und die in ihnen entwickelte interglaziale Bodenbildung sind an leeseitige Positionen im Übergang von der ältesten Mittelterrasse (MT 1) zur nächst jüngeren Mittelterrasse (MT 2) gebunden. Basierend auf den Geländebefunden unter Einbeziehung der Lumineszenzdatierungen an polymineralischen Feinkornpräparaten ist eine Einstufung in das Marine Isotopenstadium (MIS) 7 wahrscheinlich. Den größten Anteil am Aufbau der Deckschichten erlangen die Lösssedimente des Oberweichsels. Ihre Ablagerung führt in Anlehnung an die präexistente Oberfläche zu einer deutlichen Akzentuierung des Reliefs. Basierend auf den Lumineszenzdatierungen an Quarzen deutet sich bereits im frühen Oberweichsel eine kräftige Phase der Lössbildung bei intensiver syn- und postgenetischer Verspülung an. Darauf folgt eine weitere, kräftige Lössakkumulation, die bis zum Ende des Pleniglazials anhält und in der die spülaquatischen Prozesse an Intensität verlieren. Das Postglazial ist zunächst durch eine morphodynamisch stabile Phase gekennzeichnet, in der intensive Vegetationsentwicklung und Bodenbildung stattfindet und das pleistozäne Ausgangsrelief konserviert wird. Der dominierende Bodentyp auf den lössbedeckten Mittelterrassen ist die Parabraunerde, ihre Übergangsformen und Subtypen. Zu den Tiefenlinien der Täler gehen sie stellenweise in Parabraunerden mit humosen Tonanreicherungshorizonten über, die nicht als Relikte einer klimagenetisch bedingten Schwarzerde, sondern als rein reliefbedingte Bildungen angesehen werden. Mit zunehmendem Eingriff des Menschen in die Naturlandschaft wird eine weitere morphodynamisch aktive Phase induziert und es vollzieht sich letztlich der Wandel in das heutige Erscheinungsbild der Kulturlandschaft. Das pleistozän angelegte Relief erfährt eine zunehmende Nivellierung, die sich in der erosiven Verkürzung der Bodenprofile in Hangpositionen und auf den Hochflächen und in der Ablagerung von Kolluvien als korrelate Sedimente der Abtragung an den Unterhängen und auf den Talböden widerspiegelt. Über die Verbindung der geomorphologisch-pedologisch untersuchten Archive des holozänen Landschaftswandels in Verbindung mit archäologischen Befunden lässt sich eine weitgehende Siedlungskontinuität vom Mittel-Neolithikum bis in die Neuzeit belegen.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Middle and Late Quaternary landscape and soil formation in the northwestern Cologne Lowland - Detail-investigastions in the range of the loess-covered Middle Terraces -	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The present study is concerned with the Mid- and Late Quaternary landscape evolution and soil formation of the central Lower Rhine Embayment northwest of Cologne (Kölner Bucht) through the detailed investigation of a defined area of the loess covered Middle Terraces. Major aspects are the Pleistocene landscape formation as well as the post-glacial environmental history. The latter period is characterized by increased human impact on landforms, resulting in a change from natural to cultural landscape. The study area is located in the transitional zone of the loess covered Middle Terraces to the Lower Terrace of the river Rhine and therefore comprises several terrace margins. Attuned to the Lower Terrace, numerous valleys exist, dissecting the area of the Middle Terraces. Landforms in a 3-dimensional view, comprising their lithostratigraphic and pedological structure form the base of the investigations. In this context, the landscape serves as palaeoenvironmental archive, recording multiple and polygenetic phases of landscape evolution. Detailed logging and drilling of the surface near substrates was carried out, and stratigraphy was established using geomorphological and pedological approaches. The reconstruction is further supported by sedimentological analyses and the connection with archaeological excavations. Selected Pleistocene loess and Holocene colluvial samples were dated using optically stimulated luminescence of both polymineral fine grains (SAR-IRSL) and coarse grains of quartz (SAR-OSL). Unfortunately, inconsistent quartz and fine grain ages and the closeness to the upper age limit of the method in some samples hampered the establishment of a sound chronostratigraphy. The results imply that Pleistocene loess units exhibit large unconformities, further hindering their integration into the high resolution Quaternary stratigraphy. In addition it is shown that the surface of the Middle Terrace can not be parallelised with the actual landscape surface, due to differing loess thicknesses. Therefore, the present landscape can not be used for a stratigraphical classification of the Middle Terraces. Furthermore, erosion processes are largely controlled by locally different landscape configurations, acting in the sense of a cascade system. The susceptibility of loess to erosion limits the preservation of Mid- and Young Pleistocene records. As a consequence, the thickness of loess deposits are not necessarily indicative of its antiquity, and also do not imply a finer stratigraphical resolution. The oldest loess deposits and interglacial palaeosol units were found leewards of the transition from the Upper Middle Terrace 1 (UMT1) to the Upper Middle Terrace 2(UMT2). According to the results from the logging and luminescence dating, these oldest palaeosols can probably be correlated with Marine Isotope Stage (MIS) 7. Loess deposits from the Upper Weichselian make up the largest proportion of the cover sediments. Their deposition resulted in a marked accentuation of the pre-existing landscape. According to the quartz luminescence ages, enhanced loess accumulation already occurred during the early Upper Weichselian, with simultaneous or post-genetic hill wash processes. This phase was followed by a further period of enhanced loess accumulation which persisted to the end of the Pleniglacial. Surface run-off however was not as pronounced as in the early Upper Weichselian loess accumulation phase. In areas located near the Lower Terrace, only the last (Pleniglacial) phase of loess accumulation is preserved. The beginning of the post-glacial period is characterised by morphodynamical surface stability, coincident with dense vegetation cover and soil formation processes resulting in a preservation of the Pleistocene landforms. Luvisols and their subtypes are the dominant soil of the loess covered Middle Terraces. In the valleys, dark brown (Bht) horizons accumulating clay and humus occur. These horizons are interpreted as not being the result of climate conditions in terms of a degradation of Chernozems to Luvic Phaeozems, but depending on their position in the valley bottom. The increasing human impact on the environment induced a renewed phase of morphodynamic activity, resulting in the modification into the present day cultural landscape. The landscape formed during the Pleistocene is affected by an increasing leveling due to soil erosion on the slopes and accumulation of colluvial sediments in the valley bottoms. Based on the combination of Holocene archives of landscape change and archaeological findings a continuous settlement beginning in the Mid-Neolithic up to modern age can be reconstructed.

English

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