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«Die Krusten der Ränder der Fayoum-Depression – Geomorphologische Untersuchungen (Band 1) Dissertation der Fakultät für Geowissenschaften der ...»

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Ludwig – Maximilians – Universität München

Die Krusten der Ränder der Fayoum-Depression –

Geomorphologische Untersuchungen (Band 1)

Dissertation der Fakultät für Geowissenschaften

der Ludwig-Maximilians-Universität München

Vorgelegt von

Ashraf Mohamed

München, März 2003

Datum der mündliche Prüfung: 22.05.2003

Gutachter:

Prof. Dr. K. Rögner

PD. Dr. S. Bussemer

Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines Forschungsprojektes des Landes Ägyptens mit der Zielsetzung, neue Arbeitsmethoden im Bereich der geomorphologischen Untersuchung von Krusten zu entwickeln.

Um der wissenschaftlichen Zielsetzung dieser Arbeit gerecht zu werden, waren mehrere Geländeaufenthalte in dem Untersuchungsgebiet Fayum-Depression notwendig, die durch die Hilfe von Herrn Prof. El- Scharnubi der Universität Kairo ermöglicht wurden.

Die Auswertung der Geländebefunde erfolgte von 2000-2002 am Institut für Geographie der Ludwig-Maximilians-Universität München, welches dabei finanzielle Unterstützung gewährte.

Danken möchte ich besonders Herrn Prof. Dr. Rögner, der diese Arbeit betreute und mir in vielen Gesprächen und Diskussionen zahlreiche Anregungen zuteil werden ließ und stets großes Interesse am Fortgang an dieser Arbeit zeigte. Auch möchte ich mich für seine Unterstützung während der Geländeaufenthalte sehr herzlich bedanken.

Des weiteren gilt mein Dank Herrn Priv. Doz. Dr. Bussemer für seine tatkräftige Unterstützung bei den Labor- und Geländearbeiten und seine wertvollen Hinweise bei der Erstellung der Arbeit.

Die sedimentologische und geochemische Auswertung der Proben erfolgte im Geolabor des Instituts für Geographie der LMU München. Frau A. Ambrosch und Herrn G. Wagner sei an dieser Stelle herzlich gedankt.

Die technische Fertigstellung der Arbeit wurde von Herrn Dipl.-Geogr. T. Mayer aktiv unterstützt.

München, im März 2003 Ashraf Mohamed Inhaltsverzeichnis 4

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG 7

1.1 Das Untersuchungsgebiet 7

1.2 Problemstellung und Zielsetzung 8 2 ARBEITSMETHODEN 9

2.1 Feldmethoden, Probenentnahme und Vorbereitung der Proben 9

2.2 Sedimentologischen Labormethoden 9 2.2.1 Korngrößenanalyse und Korngrößenparameter 9 2.2.2 Kornform

–  –  –

1 Einleitung

1.1 Das Untersuchungsgebiet Das Fayoum ist eine kreisförmige, „echte“ Depression in der westlichen Wüste Ägyptens (tiefster Punkt: 53m unter NN). Sie liegt circa 100 km südwestlich von Kairo zwischen 29˚ 10

- 29˚ 35 N und 30˚ 20 - 31˚ 10 E (siehe Fig. 1). Die Depression besteht aus zwei geomorphologischen Einheiten, dem „Boden“ mit den agrarisch genutzten Flächen sowie dem Qarun See und den „Rändern“ der Depression, dem eigentlichen Arbeitsgebiet.

Die Randbereiche („Ränder“) nehmen einen großen Teil der Depressionsfläche ein. Die nördliche Grenze des Arbeitsgebietes verläuft entlang der Wasserscheide zwischen der Depression und der Tafellandschaft der Westlichen Wüste, die in der angesprochenen Region aus einem Plateau oligozäner Ablagerungen besteht, das maximal 358 m Höhe erreicht. Im Osten begrenzt die Wasserscheide zum Niltal, im Süden und Südwesten diejenige zum WadiElrayan das Untersuchungsgebiet.

Gegen die Fayoum-Oase ist das Untersuchungsgebiet durch die Isohypsen zwischen 5 m und 20 m NN abgegrenzt.

Diese Grenze ist geomorphologisch markant ausgebildet:

- Unterhalb dieser Linie ist der Boden der Depression von Nil- und Seesedimenten bedeckt worden, während oberhalb die eozänen, oligozänen, miozänen und pliozänen Formationen an der Oberfläche ausstreichen.

- Diese Linie ist gleichzeitig die Grenze zwischen den landwirtschaftlich intensiv genutzten und dicht bewohnten Siedlungsgebieten der Depression und der unbewohnten Wüste in den Randgebieten.

- Die Oberfläche des „Bodens“ ist sanft gewellt, während darüber häufig steile Hänge die Flächen unterbrechen.

Einleitung 8

1.2 Problemstellung und Zielsetzung Zum Arbeitsgebiet liegt ein umfangreiches geologisches und geographisches Schrifttum vor.

Jedoch sind geomorphologische Detailuntersuchungen selten (Abo-Elhagag 1967, Abdl-Aziz 1978 und Taha 1982), wobei Studien zu den oberflächennahen Krusten der Fayoum Depression völlig fehlen. Insgesamt blieb dieses Forschungsobjekt in Ägypten relativ unbeachtet (Ali & West 1983 und Blume, Alaily, Smettan, Zielinske, 1984).

Die Ränder der Fayoum Depression sind jetzt schon einem feststellbaren Druck durch Urbarmachungsprojekte ausgesetzt. Denn die Bevölkerung lebt heute dicht gedrängt auf dem begrenzten Depressionsboden. Angesichts des aktuellen Bevölkerungswachstums (jährlich zwischen 2 % und 3 %) besteht ein Zwang zur Nutzung der Ränder der Depression. Geplante Projekte zur landwirtschaftlichen Nutzung dieses Raums benötigen neben den oben genannten geologischen und allgemeingeographischen Grundlagen dringend auch geomorphologische unter detaillierter Kenntnis der Krusten.

Die vorliegende Untersuchung soll deshalb bezüglich der Krusten in erster Linie die

folgenden Fragen beantworten:

1. Welches Verteilungsmuster besitzen die Krusten im Untersuchungsgebiet?





2. Lassen sich die Krusten differenzieren und typisieren?

3. Wo ist das Liefergebiet für das krustenbildende Material (Kalk, Gips und Salz)?

4. Können die Krusten zeitlich eingeordnet werden und lassen sich Beziehungen zum Paläoklima erkennen?

Arbeitsmethoden 9 2 Arbeitsmethoden

2.1 Feldmethoden, Probenentnahme und Vorbereitung der Proben Die Geländeuntersuchungen umfassten neben der Beobachtung und Dokumentation in erster Linie Arbeiten an Bodenaufschlüssen. Letztere wurden entsprechend der im Untersuchungsgebiet vorkommenden geomorphologischen Formen gezielt ausgesucht und

beprobt. Im Einzelnen kamen folgende Methoden zum Einsatz:

- Bestimmung der Höhen- und geographischen Lage durch GPS Messungen und Nutzung topographischer Karten.

- Aufnahme und Dokumentation der gegrabenen Profile über Skizzen und Photos.

- Beschreibung der Lage im Relief und der jeweiligen Oberfläche.

- Bodenprofilaufnahme und -beschreibung.

- Probenentnahme: Für die sedimentologischen und chemischen Analysen erfolgte sie horizontweise/schichtweise als Mischprobe. Für spezielle Fragestellungen (Konkretionen oder Risse) oder an wichtigen Profilen wurde auch in dichterem Abstand und getrennt beprobt. Die zumeist horizontweise genommenen Proben sind in den Tabellen von unten nach oben durchnummeriert (8/1, 8/2 usw.; 8 steht dabei für das jeweilige Profil, die Ziffer hinter dem Schrägstrich für die unterschiedlichen Horizonte).

- Probenaufbereitung: Alle Proben wurden mit einem 2 mm-Sieb in Fein- und Grobboden geteilt, anschließend wurden die Proben aus dem feinen Material entnommen. Alle nachfolgend beschriebenen Untersuchungen wurden an lufttrockenen Proben des Feinbodens durchgeführt.

- HCl- Schnelltest für jede Probe.

2.2 Sedimentologischen Labormethoden 2.2.1 Korngrößenanalyse und Korngrößenparameter Zur Ermittlung der allgemeinen Körnungseigenschaften wurde das kombinierte Sieb- und Sedimentationsverfahren eingesetzt. Als Dispergierungsmittel diente Ammoniak. Die Korngrößenverteilungen wurden als wichtigster Laborparameter neben den Arbeitsmethoden 10 Profilzeichnungen in Balkendiagrammen mit den Fraktionen Ton (T), Feinschluff (fU), Mittelschluff (mU), Grobschluff (gU), sehr feiner Sand (sfS), Feinsand (fS), Mittelsand (mS), Grobsand (gS) und sehr grober Sand (sgS) dargestellt (nach Van Reeuwijk, 1992).

Die Korngrößenparameter wurden auf Grundlage der international üblichen Phi-Grade nach der Momentmethode bestimmt (Tucker 1996: 73). Für die Auswertung wurden nur das erste Moment (Mittelwert x ) und das zweite Moment (Standardabweichung σ) als

Maße für die mittlere Korngröße bzw. die Sortierung herangezogen:

–  –  –

x-Mittelpunkt der Kornfraktion in Phi-Graden, q-prozentuale Häufigkeit dieser Fraktion Zu beachten ist dabei, dass aufgrund der Umrechnung in Phi-Graden eine Erhöhung der Mittelwerte eine feiner werdende Körnung anzeigt, während eine Erhöhung der Standardabweichungen auf eine Verschlechterung der Sortierung hinweist.

Die Tonfraktion wurde aufgrund ihrer Wanderungsfähigkeit bei der Berechnung ausgeklammert.

2.2.2 Kornform und Polituranalyse Für die Kornform- und Polituranalyse wurden bestimmte Profile aus geomorphologischer Sicht (d. h. nach den im Untersuchungsgebiet vorkommenden unterschiedlichen geomorphologischen Formen) gewählt. Aus den Proben dieser Profile wurden nur die fünf Sandfraktionen zur Analyse herangezogen: sehr grober Sand (2,000 mm-1,000 mm), grober Sand (1,000 mm-0,500 mm), mittlerer Sand (0,500 mm-0,250 mm), feiner Sand (0,250 mmmm) und sehr feiner Sand (0,125 mm-0,0625 mm). Von jeder Korngrößenfraktion wurden 100 Quarzkörner gewählt und nach 6 Kornformenklassen (Abrundungskoeffizient von POWERS) mikroskopisch untersucht.

Die Kornformenklassen lauten: sehr eckig (very angular), eckig (angular), sub-eckig (subangular), sub-gerundet (sub-rounded), gerundet (rounded) und gut gerundet (well rounded).

Arbeitsmethoden 11 Daneben wurden die Quarzkörner auch in Bezug auf ihren Glanz in matt oder glänzend unter dem Mikroskop unterschieden.

2.3 Chemische Untersuchungen Alle bodenchemischen Parameter wurden durch Standardmethoden (vor allem nach SCHLICHTING, BLUME & STAHR 1995) bestimmt 2.3.1 Kalkgehalt Der Karbonatgehalt wurde durch gasvolumetrische Bestimmung mit dem Scheibler-Gerät gemessen. (nach BARSCH ET AL. 1984: 74).

Der Versuch läuft nach folgendem Schema ab: In einem geschlossenen Gefäß wird die

Bodenprobe mit Salzsäure versetzt, so dass folgende chemische Reaktion einsetzt:

CaCO3 + 2HCl - CaCl2 + H2O + CO2 Das in dem Entwicklungsgefäß freigesetzte Kohlendioxid verdrängt das Wasser in der Uförmig gebogenen kalibrierten Bürette, an der dann das Volumen des entwickelten Gases abgelesen werden kann. Unter der Annahme, daß sich das Volumen des entstehenden CO2-Gases proportional zur Menge des in der Probe enthaltenen CaCO3 verhält, erfolgt die Bestimmung des CaCO3-Gehalts über eine Eichprobe aus 100% CaCO3, welche vorherrschende Luftdruck- und Temperaturverhältnisse abbildet.

2.3.2 Gipsgehalt Der Gipsgehalt wurde rechnerisch ermittelt, nachdem eine Bestimmung des Ca-Gehalts durch den Flammenphotometer erfolgt war.

Gips wird aus der Bodenprobe durch Zugabe von Wasser und anschließendem Schütteln gelöst. Durch das spätere Zugeben von Aceton wird er selektiv aus dem Extrakt ausgefällt.

Der gewonnene Niederschlag wird erneut in Wasser aufgelöst und anschließend wird im Flammenphotometer die Ca-Konzentration der Lösung bestimmt. Bei flammenphotometrischen Bestimmungen wird die Meßlösung in eine Gasflamme gesprüht, wobei chemische Elemente von eingegangenen Bindungen gelöst werden und in Atome auseinanderfallen. In einem Spektralphotometer wird dann die Intensität des dabei Arbeitsmethoden 12 abgegebenen Lichts, nach Filterung des Lichts anderer Wellenlängen bzw. Elemente, photoelektrisch gemessen. Über eine Eichreihe wird so der Gipsgehalt errechnet (SCHLICHTING, BLUME & STAHR, 1995, S.124).

2.3.3 Salzgehalt Der Salzgehalt wurde gravimetrisch ermittelt. Die meisten Salze gehen sofort bei Zugabe von Wasser in Lösung. Auf eine vorher festzulegende Einwaage der Bodenprobe wird genügend Wasser gegeben, dieses Gemisch wird geschüttelt und anschließend gefiltert.

Der verbleibenden klaren Lösung, in der sich alle löslichen Salze befinden, wird eine bestimmte Menge entnommen und eingedampft. Durch Wiegen des Eindampfungsrückstands und unter Berücksichtigung der Einwaage und der Menge der entnommenen Lösung kann man dann die Salzkonzentration für die gesamte Probe errechnen.

–  –  –

3 Die Physische Geographie des Untersuchungsgebiets

3.1 Das Klima Der Einfluss des Klimas auf geomorphologische Prozesse ist unbestritten. Deshalb sollen in folgenden Kapitel einige Klimawerte aufgelistet und diskutiert werden. Es ist selbstverständlich richtig, dass die gemessenen Klimadaten nur den augenblicklichen Zustand wiedergeben. Ebenso selbstverständlich ist die Feststellung, dass die Fayoum Depression und deren nähere sowie weitere Umgebung während der letzten Jahrtausende einem Klimawechsel von feuchter zu heute arid unterlegen sind. Dieser Wechsel hat sich vermutlich auf die Morphodynamik ausgewirkt.

Die in Kapitel 3.1 vorgestellten klimatologischen Daten stammen von drei Messstationen in der Fayoum Depression selbst (Fig. 3, dort die Nr. 1-3). Zum Vergleich werden auch drei weitere Stationen der näheren (Nr. 4-6, Fig. 3) und zwei der weiteren Umgebung (Nr. 7 und 8, Fig. 3) aufgeführt. Zur Lage dieser Stationen (siehe Fig. 2).

Alle Stationen messen täglich Maximum- und Minimumtemperaturen, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlagsmenge, Windgeschwindigkeit und -richtung, Luftdruck und Evaporationsraten.

Die aufgelisteten Daten (siehe Fig. 3 und alle weitern in Kap. 3.1) zeigen ein für aride Regionen typisches Verhalten: Geringe Niederschlagsmengen, sehr hohe Evaporationsraten, hohe Temperaturwerte mit großen täglichen und saisonalen Schwankungen sowie eine niedrige Luftfeuchtigkeit. Bei der Bewertung der vorgestellten Daten ist aber unbedingt zu berücksichtigen, dass die Messwerte (gerade die Temperaturen) standardmäßig in der Wetterhütte, d. h. wie international üblich in 2m Höhe, gemessen werden. Folglich werden die tatsächlich auftretenden hohen (und niedrigen) Temperaturen direkt an der Erdoberfläche nicht erfasst. Diese liegen deutlich höher (bzw. tiefer) als in der Wetterhütte und sie sind die „geomorphologisch“ wirksamen! Weiterhin werden die Wetterhüttenwerte im „Schatten“ ermittelt; Schatten ist aber in vielen ariden Regionen ein Mangelfaktor.

–  –  –

Anmerkung: Trotz der oben gemachten Bemerkungen zu den Wetterhüttendaten konnten wegen der großen Datenmenge zu den Temperaturen im Folgenden zumeist nur die Mittelwerte herangezogen werden.



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