Entstehung

Die Entstehungsgeschichte der Sand- und Kieslagerstätten

Wann und wie entstanden die grossen Gesteinsmassen auf der Erde?

Vor ca. 3,5 Milliarden Jahren bildete sich aus glutflüssigen Magmen eine feste Erdkruste, in der die Elemente Silizium, Aluminium, Sauerstoff, Calcium und Kalium angereichert wurden. Aus dieser Zeit stammen auch die ersten bekannten Gesteine, wie z. B. die skandinavischen Gneise und Granite. Durch tektonische Vorgänge, wie Plattenverschiebungen und Faltungen, entstanden über viele Millionen Jahre die heutigen Gebirge.

Wie kam es zur Bildung des Kieses

Durch Verwitterung freiliegender Felswände, vor allem im Gebirge, bildete sich Gesteinsschutt der entweder im Meer oder durch eiszeitliche Gletscher und Schmelzwässer transportiert wurde. Auf diesem Weg rundeten sich die Gesteinstrümmer ab, lockere Gesteine zerfielen und wurden mit dem Schmelzwasser weggeführt. Vorwiegend die harten und frostbeständigen Mineralstoffe wurden im Vorfeld der Gletscher und entlang der grossen Flussläufe abgelagert. Derartige Sedimente werden je nach Transportmedium (Eis, Flüsse oder Meeresströmungen) als glaziale, luviatile oder marine Ablagerungen bezeichnet. Man unterscheidet Sande und Kiese, die der geologischen Zone der Vorland-Molasse (Tertiär-Alter) angehören und eiszeitliche Sedimente. Wesentliche glaziale Sedimente sind die unter dem Eis abgelagerten Grundmoränen und die am Eisrand akkumulierten Rand- oder Endmoräne. Die unsortierten glazialen Sedimente bilden das Ausgangsmaterial der eiszeitlichen Kieslagerstätten. Nach weitergehender Abtrennung der Feinkornanteile durch die Schmelzwässer im Vorfeld der Gletscher und entlang der grossen Flussläufe werden die verbleibenden Sand- und Kiesfraktionen abgelagert. Darüber hinaus werden weitere Feinkornanteile aus den Schotterfeldern vom Wind ausgeblasen und als so genanntes Löss wieder abgelagert.

Wann sind die heutigen Kies- und Sandlagerstätten entstanden?

Während der folgenden Glazialzeiten des Pleistozäns (Beginn vor ca. 1,5 Mio. Jahren, Ende vor ca. 10.000 Jahren) überfuhren Vorlandgletscher mehrmals unterschiedlich grosse Gebiete des Alpenvorlandes und hinterliessen Moränen und Schmelzwasserablagerungen. Vier grössere Eiszeiten (Günz-, Mindel-, Riss- und Würmeiszeit) wechselten mit Zwischenzeiten. Während dieser Zwischeneiszeiten herrschten der Gegenwart ähnliche oder noch wärmere Klimabedingungen; das Eis schmolz bis in das Gebirge zurück. Die Gliederung des alpinen Pleistozäns beruht hauptsächlich auf den Schotterterrassen und ihrer Verzahnung mit Endmoränen-Kränzen. Vier grosse, durch Erosionsintervalle getrennte Schotterflur-Systeme lassen sich im Alpenvorland unterscheiden. Die höchstgelegenen und ältesten Schotter lagern als weitgehend verkittete Nagelfluhdecken auf den Wasserscheiden. Die jüngeren begleiteten als Terrassen die heutigen Flussläufe.

Die Moränen- und Schmelzwassersedimente im Zürcher Weinland stammen z.B. fast sämtlich vom Rhein-Vorland-Gletscher, der aus dem Tal des Alpenrheins in das Bodenseebecken austrat und sich entgegen dem Gefälle der Donau zuschob. Die einzelnen Vorstösse reichten verschieden weit. Dabei wurde die Wasserscheide zwischen Rhein und Donau vom Eis mehrfach überschritten und dadurch die Ableitung der Schmelzwässer in verschiedene Bahnen gelenkt. Die jüngste Eisbedeckung hatte eine geringere Ausdehnung als die vorhergehenden Vergletscherungen. Man kann deshalb im glazialen Bereich zwei grosse Einheiten unterscheiden:

a) Die Jungmoränenlandschaft

Sie umfasst die Moränen und Schmelzwassersedimente der Würmeiszeit. Der Höhepunkt der würmzeitlichen Vergletscherung war vor ca. 18.000 Jahren erreicht. Die zugehörigen Schmelzwasserablagerungen (Nierderterassenschotter) können bis zu den entsprechenden Endmoränen zurückverfolgt werden. Sie erheben sich meist nur wenig über die heutigen Talböden; die abgelagerten Kiessande sind nicht verfestigt, die Verwitterungsdecke ist nur geringmächtig. Würmzeitliche Schotter sind im Zürcher Weinland weit verbreitet.

b) Die Altmoränenlandschaft

Sie ist mit wenigen Ausnahmen nur ausserhalb des Jungmoränengebietes enthalten, während sie dort, wo sie später vom Eis des Würmglazials überfahren wurde, zum Teil abgeschürft oder unter der Last des Eises umgeprägt wurde, z.B. Drumlins, deren Längsachsen die Richtung der ehemaligen Eisbewegung anzeigen.

Die Ablagerungen der späteren Würmeiszeit bestehen also aus Gesteinsmaterial, das zum Teil schon bei früheren Vereisungen ins Alpenvorland transportiert wurde.

Die Altmoränenlandschaft umfasst in erster Linie Ablagerungen der Risseiszeit sowie - je nach Interpretation - auch die spärlichen Reste der vorhergehenden Vereisungen. Die Grüneiszeit kennt man im Wesentlichen durch ihre Schmelzwasserablagerungen, Moränen sind nur von einigen Stellen bekannt; ihre genaue zeitliche Einordnung ist umstritten. In der Mindel- und Risseiszeit erleben die Alpen ihre stärkste Vergletscherung.

Beide Vereisungen hatten ungefähr die gleiche Ausdehnung. Die Gletscher der Risseiszeit (vor ca. 150.000 Jahren bis vor ca. 90.000 Jahren) reichten bis zum Rheintal und zur Baseler Bucht.

Die Schmelzwasserablagerungen der Risseiszeit (Hochterassenschotter) sind entsprechend ihrem höheren Alter und der höheren Lage stärker zertalt und tief greifender verwittert als die Niederterassenschotter. Der bei der Bodenbildung aus den oberflächennahen Bereichen abgeführte Kalk setzt sich tiefer als Bindemittel zwischen den Geröllen ab und verkittet die Kiessande zu Konglomeraten (sog. Nagelfluh). Innerhalb der Hochterassenschotter kann eine ganze Anzahl von Schotterfeldern unterschieden werden, die meist nach darauf gelegenen Ortschaften benannt werden. Die höchstgelegenen Schotterkomplexe stellen die sog. Deckenschotter dar. Sie sind sehr tiefgründig verwittert und durch Abtragung besonders stark zerlappt. Die genaue zeitliche Einordnung der Deckenschotter zur Mindel- und Gündeleiszeit oder zu einer möglicherweise vorhergehenden Vereisung ist umstritten.