Geomorphologische Karten
Die Karten wurden in einem 30 m-Raster erzeugt. Sie liegen als PDFs vor. Abgeleitete Objekte, wie z.B. das Drainage-Netz, liegen vereinzelt als Shapefiles vor und werden bei den entsprechenden Karten bereitgestellt.
Grundlage für die Karten sind digitale Geländemodelle verschiedener Auflösung: Innerhalb von Sachsen wurde ein DGM mit 10 m Rasterweite, außerhalb von Sachsen ein DGM mit 30 m Rasterweite verwendet. In allen sächsischen Datensätzen sind die Vegetation sowie anthropogene Einflüsse soweit wie möglich korrigiert, so dass Artefakte aus dem Rauschen der Vegetation minimiert werden können.
Die Karten wurden je nach Untersuchungsgebiet in den Maßstäben 1 : 200.000, 1 : 120.000 und 1 : 100.000 erzeugt. Das Lagebezugssystem ist ETRS1989 UTM33N EPSG-Code 25833.
Die geomorphologischen Karten entstanden im Forschungsprojekt Artus 2: »Geomorphologische Analyse tektonischer Einheiten in Sachsen« und wurden von Leomaris Dominguez-Gonzalez, Louis Andreani und Klaus Stanek erstellt im Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie.
Detaillierte Erläuterungen finden Sie im Projekt-Bericht:
Geomorphologische Karten von Sachsen
- Karte des Drainagenetzes (*.pdf, 53,95 MB)
- Download des Shapefiles des Drainagenetzes mit Strahler-Ordnung (*.zip, 4,71 MB)
Das Drainagenetz spielt eine entscheidende Rolle bei der Prägung der Morphologie. Es reagiert schnell auf tektonische Prozesse und limitiert durch Erosion die maximale Höhe von Gipfeln und Bergrücken. Das Drainagenetz wurde aus dem Digitalen Geländemodell (DGM) extrahiert unter der Annahme, dass jeweils an der tiefsten Stelle in einem Tal ein Bach oder Fluss verläuft.
Die Extraktion des Drainagenetzes erfolgte mit TecGEM. Das DGM wurde zunächst gefüllt, also von “abgeschlossen“ Senken und Becken befreit, in denen das Programm nicht in der Lage wäre, die Abflussrichtung zu bestimmen. Im nördlichen Projektgebiet betraf das vor allem anthropogene Artefakte (z. B. Tagebaue und Halden). Im Anschluss wurden sämtliche Flüsse extrahiert. Die Fließrichtung wurde über den D8-Algorithmus (Deterministic 8) ermittelt, bei dem auf einem 3 x 3-Pixel-Raster um das untersuchte Pixel herum der Abfluss immer dem Nachbarpixel zugeordnet wird, welches das stärkste Gefälle im Vergleich zum mittleren Pixel hat.
- Karte der Strahler-Ordnung der Flüsse (*.pdf, 17,69 MB)
- Download des Shapefiles des Drainagenetzes mit Strahler-Ordnung (*.zip, 4,71 MB)
Das digital extrahierte Drainagenetz wurde weiter analysiert. Die Flüsse wurden ab einem minimalen Einzugsgebiet von 1 km2 hierarchisch nach Strahler (1957) organisiert. Nach diesem System haben die kleinsten, unverzweigten Flüsse die erste Ordnung, Strahler-Ordnung genannt. Fließen mehrere davon zusammen entsteht ein Fluss zweiter Ordnung. Ein Fluss dritter Ordnung entsteht aus zwei Flüssen zweiter Ordnung usw.
Die Höhe der Flussläufe 2. und 3. Strahler-Ordnung wurde zwischen den Flussläufen interpoliert. Durch die Interpolation der Basislinien von Flüssen gleicher Strahler-Ordnung wird eine Oberfläche geschaffen, die auf das gleiche Erosionsereignis zurückzuführen ist. In dieser Karte wurde das »topographische Rauschen« verringert, welches auf Flüsse der 1. Strahler-Ordnung zurückzuführen ist.
Das lokale Relief wurde aus dem DGM mittels einer dynamischen Karte ermittelt, bei der ein gleitendes Fenster mit einem Mittelpunkt definiert wurde. Für diesen Mittelpunkt, einen bestimmten Pixel der Karte, wird ein Kennwert aus allen Pixeln innerhalb des Fensters berechnet. Danach wandert das Fenster um ein Pixel weiter, und die Berechnung wird wiederholt.
Das lokale Relief ist die Differenz zwischen dem Maximum der topographischen Höhe (Gebirgsrücken) und dem Minimum (Talboden der großen Flüsse) innerhalb eines gleitenden Fensters von 3 x 3 km.
Die Karte deslLokalen Reliefs zeigt die Verteilung der Einschneidung durch den Erosionseffekt des Drainagenetzes. Hohe Gradienten im lokalen Relief sind in der Karte als Lineamente sichtbar, sie können auf lokale Hebungen und Senkungen der Erdoberfläche hinweisen.
Die Oberflächenrauigkeit wurde aus dem DGM mittels einer dynamischen Karte ermittelt, bei der ein gleitendes Fenster mit einem Mittelpunkt definiert wurde. Für diesen Mittelpunkt, einen bestimmten Pixel der Karte, wird ein Kennwert aus allen Pixeln innerhalb des Fensters berechnet. Danach wandert das Fenster um ein Pixel weiter, und die Berechnung wird wiederholt.
Die Oberflächenrauigkeit wurde als der Quotient aus Gesamtfläche und horizontaler Fläche innerhalb eines gleitenden Fensters von 3 x 3 km Größe berechnet. Horizontale Bereiche haben also eine Oberflächenrauigkeit von 1, stark gegliederte Bereiche erreichen eine Oberflächenrauigkeit von 1,15. Lineare Anomalien lassen neotektonische Störungen vermuten.
Das hypsometrische Integral wurde aus dem DGM mittels einer dynamischen Karte ermittelt, bei der ein gleitendes Fenster mit einem Mittelpunkt definiert wurde. Für diesen Mittelpunkt, einen bestimmten Pixel der Karte, wird ein Kennwert aus allen Pixeln innerhalb des Fensters berechnet. Danach wandert das Fenster um ein Pixel weiter, und die Berechnung wird wiederholt.
Das hypsometrische Integral wurde berechnet als Quotient aus der Differenz von mittlerer und minimaler Höhe sowie der Differenz von maximaler und minimaler Höhe innerhalb eines gleitenden Fensters von 3 x 3 km Größe. Hohe Werte kennzeichnen vor allem morphologische Hochlagen, die darin eingeschnittenen Flüsse zeigen im Gegensatz dazu niedrige Werte an. Hohe Gradienten im hypsometrischen Integral sind als Lineamente in der Karte sichtbar.
Der Oberflächenindex kombiniert absolute Höhe, hypsometrisches Integral und Oberflächenrauigkeit. Positive Oberflächenindex-Werte weisen auf eine herausge-hobene, schwach eingeschnittene Oberfläche mit hohem hypsometrischen Integral und niedriger Oberflächenrauigkeit hin. Negative Werte hingegen treten in Gebieten mit hoher Oberflächenrauigkeit sowie in stark hebungsgeprägten Gebieten auf.
Inhomogenitäten im Oberflächenindex deuten auf junge tektonische Aktivität hin. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Der topographische Positionsindex wurde aus dem DGM mittels einer dynamischen Karte ermittelt, bei der ein gleitendes Fenster mit einem Mittelpunkt definiert wurde. Für diesen Mittelpunkt, einen bestimmten Pixel der Karte, wird ein Kennwert aus allen Pixeln innerhalb des Fensters berechnet. Danach wandert das Fenster um ein Pixel weiter, und die Berechnung wird wiederholt. Berechnet wurde die Differenz der Höhe einer Zelle zur mittleren Höhe des Fensters.
Positive Werte repräsentieren Gebiete, die höher als die durchschnittlichen Nachbargebiete liegen. Negative Werte repräsentieren Gebiete, die tiefer als die durchschnittlichen Nachbargebiete liegen. Werte nahe Null stehen entweder für flache Gebiete (mit einer Neigung nahe Null) oder für Gebiete mit konstanter Oberflächenneigung größer als Null.
Geomorphologische Karten des Erzgebirges
Aus dem Drainagenetz wurden Flusslängenprofile abgeleitet, welche die Höhe des Flusses gegen seine Länge darstellen.
Ein ideales Flusslängenprofil, welches sich unabhängig von äußeren Einflüssen, wie Tektonik, wechselnder Lithologie oder Klimavariationen entwickelt, hat einen steilen Oberlauf und wird dann in einer insgesamt konkaven Form zur Mündung hin immer flacher, wobei gleichzeitig die Fläche des Einzugsgebiets größer wird.
Tektonische Bewegungen, insbesondere Hebung oder Senkung des Vorfluters führen zu einer Veränderung dieser Profilform. Wird ein Stromgebiet relativ zum Einzugsgebiet des betrachteten Flusses abgesenkt, so beginnen sich die Gewässer des Einzugsgebietes tiefer einzuschneiden. Die verstärkte Einschneidung beginnt an der Grenze des flussabwärtigen Stromgebietes, wo sich infolge der Störung eine drastische Erhöhung des Flussgradienten ergibt. Dieses besonders steil abfallende Segment wandert infolge der rückschreitenden Erosion den Fluss hinauf in das Einzugsgebiet. Der Wechsel zwischen dem oberen noch nicht beeinflussten Flussprofil und dem unteren deutlich tiefer eingeschnittenen Profil äußert sich in einem Knickpunkt oder einer Knickzone. Häufig sind Knickpunkte ein konkretes Indiz für neotektonische Aktivität. Sie müssen jedoch mit bekannten tektonischen Strukturen sowie der Geologie abgeglichen werden, um ihre Aussagefähigkeit zu überprüfen.
Die Höhe des Erosionsniveaus wurde aus den topographischen Höhen der identifizierten Knickpunkte flächendeckend interpoliert, also auch für Bereiche außerhalb der Täler.
Es wurde davon ausgegangen, dass das Flusslängenprofil konkav ist, also steil am Oberlauf und dann immer flacher werdend. Aus dem vermessenen Flusslängenprofil wurde durch Anpassung einer konkaven mathematischen Funktion ein ideales Flusslängenprofil modelliert. Aus diesem wurde das erste oberste Basisniveau des Flusses berechnet und dem zugehörigen Knickpunkt im Flusslängenprofil zugeordnet.
Diese Karte kann als Überblick zur Lokalisierung von erhaltenen älteren Oberflächen dienen. Vier mögliche »ältere Oberflächen« konnten anhand der größeren topographischen Höhe ausgehalten werden:
- Die erste Fläche liegt mit Höhen von 550 – 775 m im Vogtland.
- Die zweite umgibt Aue mit Höhen von 550 – 650 m.
- Die dritte Fläche liegt in der Gegend um Annaberg mit Höhen von 500 – 650 m.
- Die vierte Fläche liegt bei Altenberg auf einer Höhe 575 – 700 m.
Aus der Differenz von Erosionsniveau und Basisniveau wurde die Einschneidung der Flüsse berechnet. Diese kann als Maß für die tektonische Hebung einer Region interpretiert werden, da ein Fluss sich tiefer einschneidet, wenn sich sein Einzugsgebiet hebt. Die Einschneidung liegt als Shapefile der Isolinien vor.
Der Chi-Gradient beschreibt Abweichungen eines Flusslängenprofils von einer idealen, einem Potenzgesetz folgenden Funktion, welche Neigung, Hebungsrate, Erodierbarkeit und Einzugsgebiet berücksichtigt. Dazu wird das Flusslängenprofil zuerst durch die Kurve einer solchen Funktion approximiert. Veränderungen der Hebung oder der Erodierbarkeit führen zu einer Änderung der Neigung, was sich im Wert des Chi-Gradient ausdrückt.
Der Chi-Gradient wurde für ausgewählte Flüsse mit einem vertikalen Intervall von 50 m und 100 m berechnet. Wenn die Chi-Werte für beide Intervalle ähnlich waren, wurde nur der Wert für das 100m-Intervall betrachtet. Die Werte für die einzelnen Flüsse wurden über das Bearbeitungsgebiet interpoliert und in eine Karte geplottet.
Hohe Chi-Werte zeigen Abweichungen vom idealen, äqulilibrierten Flussverlauf an.
Karten mit geomorphologisch indizierten Strukturen
- Shapefile der Lineamente abgeleitet aus verschiedenen geomorphologischen Parametern (*.zip, 60,35 KB)
- Karte der Lineamente (*.pdf, 1,87 MB)
Aus den Karten der verschiedenen geomorphologischen Parameter wurden durch visuelle Inspektion Lineamente extrahiert. Häufig liegen diese für mehrere geomorphologische Parameter sehr nah nebeneinander und treten in Scharen auf. Im Shapefile sind alle Lineamente mit Hinweis auf den zugrunde liegenden geomorphologischen Parameter enthalten.
- Shapefile dergeomorphologisch indizierten Störungen (*.zip, 43,08 KB)
- Karte der geomorphologisch indizierten Störungen (*.pdf, 1,89 MB)
Die Lineamente, welche aus den geomorphologischen Karten extrahiert wurden, wurden einer weiteren Analyse unterzogen, um Evidenzen für Störungen zu finden. Das können Aufschlüsse wie Tage- und Tiefbaue sein, in welchen die Störung angetroffen wurde, Mineralisationen, geophysikalische Daten sowie der Versatz geologischer Einheiten.
Die Karte zeigt Lineamente und Störungen, welche aus der geomorphologischen Analyse abgeleitet wurden.
Lineamente sind lineare Strukturen, an denen z.B. eine Änderung des Drainagenetzes auftritt, die aber nicht eindeutig einem geologischen Umstand zugewiesen werden können. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Eine Störung ist ein Bruch, meist Scherbruch, an welchem angrenzende Gesteinsblöcke versetzt wurden.
Die Karte zeigt Lineamente und Störungen, welche aus der geomorphologischen Analyse abgeleitet wurden.
Lineamente sind lineare Strukturen, an denen z.B. eine Änderung des Drainagenetzes auftritt, die aber nicht eindeutig einem geologischen Umstand zugewiesen werden können. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Eine Störung ist ein Bruch, meist Scherbruch, an welchem angrenzende Gesteinsblöcke versetzt wurden.
Die Karte zeigt Lineamente und Störungen, welche aus der geomorphologischen Analyse abgeleitet wurden.
Lineamente sind lineare Strukturen, an denen z.B. eine Änderung des Drainagenetzes auftritt, die aber nicht eindeutig einem geologischen Umstand zugewiesen werden können. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Eine Störung ist ein Bruch, meist Scherbruch, an welchem angrenzende Gesteinsblöcke versetzt wurden.
Die Karte zeigt Lineamente und Störungen, welche aus der geomorphologischen Analyse abgeleitet wurden.
Lineamente sind lineare Strukturen, an denen z.B. eine Änderung des Drainagenetzes auftritt, die aber nicht eindeutig einem geologischen Umstand zugewiesen werden können. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Eine Störung ist ein Bruch, meist Scherbruch, an welchem angrenzende Gesteinsblöcke versetzt wurden.
Die Karte zeigt Lineamente und Störungen, welche aus der geomorphologischen Analyse abgeleitet wurden.
Lineamente sind lineare Strukturen, an denen z.B. eine Änderung des Drainagenetzes auftritt, die aber nicht eindeutig einem geologischen Umstand zugewiesen werden können. Sie müssen zur Interpretation mit bereits bekannten tektonischen Strukturen abgeglichen oder im Gelände als Störungen nachgewiesen werden.
Eine Störung ist ein Bruch, meist Scherbruch, an welchem angrenzende Gesteinsblöcke versetzt wurden.