Das hochalpine Geoökosystem der Gemmi (Walliser Alpen): eine landschaftsökologische Charakterisierung und der Vergleich mit der arktischen Landschaft (Liefdefjorden, Nordwest-Spitzbergen) ; mit 18 Tab.
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Basel
Wepf
2000
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| Series: | [Basler Beiträge zur Physiogeographie / Physiogeographica]
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Titel: Das hochalpine Geoökosystem der Gemmi (Walliser Alpen)
Autor: Döbeli, Christian
Jahr: 2000
INHALTSVERZEICHNIS
Abbildungsverzeichnis x
Tabellenverzeichnis xiv
Kartenverzeichnis xv
1. Einleitung 1
1.1 Hochgebirgsforschung am Departement für
Geographie der Universität Basel 2
1.2 Zielsetzung der Arbeit 3
1.3 Arbeitshypothesen 5
6
6
8
12
12
16
17
17
3. Methodische Ansätze für die Geoökologische
Grenzschicht 20
3.1 Der Geoökologische Arbeitsgang 21
3.2 Der Standortregelkreis 22
3.3 Das Tessera-Prinzip 25
3.4 Die Kartierungen 28
3.5 Das Hierarchie-Prinzip 28
3.6 Die Phaseneinteilung 28
3.7 Das Simulationsmodell STELLA 29
2. Das Untersuchungsgebiet
2.1 Lage des Arbeitsgebietes
2.2 Geologische Verhältnisse
2.3 Böden
2.4 Georelief und Substrat
2.5 Klima
2.6 Vegetation
2.7 Gewässer
VI
4. Landschaftsökologische Bestandesaufnahme
der Parameter 30
4.1 Das Stationsnetz 31
4.2 Die untersuchten klimatischen und bodenkundli-
chen Parameter 38
4.2.1 Globalstrahlung 38
4.2.2 Temperaturen 41
4.2.3 Niederschlag 48
4.2.4 Windverhältnisse 51
4.2.5 Die Saugspannung als indirektes Mass der
Bodenfeuchte 54
4.2.6 Bodenwasserchemismus 63
4.2.7 Bodenanalyse 78
4.3 Extrapolation ausgewählter Parameter vom Standort
auf die Fläche 87
5. Charakterisierung der Saugspannung, der
Temperatur und des Niederschlags in den
Feldkampagnen 1994-1996 90
5.1 Bodenkundliche Eigenschaften an der Station G1 92
5.2 Analyse der Saugspannungskurven 92
5.3 Analyse der Temperaturverhältnisse 94
5.4 Analyse der Niederschlagsereignisse 96
5.5 Die Geoökologischen Jahreszeiten im hochalpinen
Gebirgssystem 100
5 5.1 Einteilung der Untersuchungszeiträume
in Phasen 101
5.6 Simulation klimatischer Grossen mit Hilfe des
Modells STELLA 107
Vll
6. Die Böden im alpinen Untersuchungsgebiet 117
6.1 Methode 117
6.2 Einfluss geomorphologischer Parameter auf die
Bodenverbreitung 122
6.2.1 Geomorphographische Merkmale 123
6.2.1.1 Neigungsverhältnisse im Arbeitsgebiet 123
6.2.1.2 Tiefenlinien und Wölbungen 126
6.2.1.3 Oberflächenmerkmale 127
6.2.2 Geomorphodynamische Prozesse 128
6.2.2.1 Solifluktion 128
6.2.2.2 Verwitterung 129
6.2.2.3 Murenbildung, Steinschlag und Viehtritt 130
6.2.2.4 Einfluss des geologischen Untergrundes
auf die Bodenverbreitung 131
6.3 Zusammensetzung des mineralischen Feinbodens 131
6.4 Die Bodenatmung, die Temperatur, die Saugspannung
und der Niederschlag als Einflussgrössen auf die
Bodenbildung 135
6.5 Gesamtheitliche Betrachtung aller Einflussgrössen
auf die Böden 140
6.5.1 Die Geomorphologische Bodenformkarte 140
6.5.2 Bedeutung der Bodenkartierung für die
landschaftsökologische Forschung 148
7. Der Vergleich ausgewählter Parameter in zwei
unterschiedlichen Arbeitsgebieten
(Alpen, Arktis/Spitzbergen) 149
7.1 Einleitung 149
7.2 Die Saugspannungs-und Niederschlagsverhältnisse 150
7.3 Die Temperaturbedingungen 152
7 4 Die Bodenatmung 155
7.5 Die Vegetation I58
7.6 DerAbfluss I59
VIII
8. Zusammenfassung 164
8.1 Fazit zur angewandten Methodik 165
8.2 Fazit zu den regionalökologischen Ergebnissen
(Arktis, Alpen) 167
8.3 Fazit zur Charakterisierung der Temperatur.
der Saugspannung und des Niederschlags 169
8.4 Fazit zu den Böden im Untersuchungsgebiet 170
8.5 Haupterkenntnisse aus der Arbeit 170
9. Schlussbetrachtungen 172
9.1 Schlussfolgerungen 172
9.2 Perspektiven 175
10. Literaturverzeichnis 178
Summary 191
Anhang
IX
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abb. 1: Schematisch dargestellte Vorgehensweise für diese
Dissertation 1
Abb. 2. Lage des Arbeitsgebietes auf der Gemmi 6
Abb. 3: Das Untersuchungsgebiet, aufgeteilt nach Schwerpunkts-
programmen 1
Abb. 4: Tektonische Übersichtskarte des Arbeitsgebietes, unter-
teilt in die parautochthone Doldenhorn-, Gellihorn- und
Wildhom-Decke 8
Abb. 5: Geologische Karte des Untersuchungsgebietes 10
Abb. 6: Glazigene Landschaftsformen auf der Gemmi 13
Abb. 7: Das Abflussverhalten der Lämmeren-Dala
für die Kampagne 1996 18
Abb. 8: Prozess-Korrelationssystem (Standortregelkreis) 24
Abb. 9: Der Messgarten (Tessera) für die Gewinnung
ökodynamischer Prozessgrössen 25
Abb. 10: Die Vorgehensweise der Datenanalyse 30
Abb. 11: Das Stationsnetz 31
Abb. 12: Die Station Gl mit den installierten Messgeräten 33
Abb. 13. Die Station G2 mit den installierten Messgeräten 34
Abb. 14: Die Station G3 mit den installierten Messgeräten 35
Abb. 15: Die Station G4 mit den installierten Messgeräten 36
Abb. 16: Die Globalstrahlungswerte in den Untersuchungskam-
pagnen 1994-1996 mit einer eingefugten Trendlinie 39
Abb. 17: Der Tagesgang der Globalstrahlung am 28.07.1995 40
Abb. 18: Temperaturen an der Station Gl für die
Untersuchungspenoden 1994-1996 44
Abb 19: Temperaturen an der Station G2 für die
Untersuchungspenoden 1994-1996 45
Abb. 20: Temperaturen an der Station G3 für die
Untersuchungspenoden 1994-1996 46
Abb. 21: Temperaturen an der Station G4 für die
Untersuchungsperioden 1994-1996 47
Abb. 22: Die Niederschlagsverhältnisse in der
Feldperiode 1994 49
Abb. 23: Die Niederschlagsverhältnisse in der
Feldperiode 1995 50
Abb. 24: Die Niederschlagsverhältnisse in der
Feldpenode 1996 51
Abb. 25: Windgeschwindigkeit (WG)? Windrichtung (WR) mit
eingefugter Trendlinie und Niederschlag (NS) an der
Station G2( 1994-1996) 53
Abb. 26: Der Einsatz von Tensiometern zur Ermittlung
der Saugspannung 55
Abb. 27: Die Saugspannung an der Station Gl in den
Feldkampagnen 1994-1996 57
Abb. 28: Die Saugspannung an der Station G2 in den
Feldkampagnen 1994-1996 59
Abb. 29. Die Saugspannung an der Station G3 in den
Feldkampagnen 1994-1996 61
Abb. 30: Die Saugspannung an der Station G4 in den
Feldkampagnen 1994-1996 62
Abb. 31: Methodik der Bodemvassergewinnung mittels
Saugkerze und Unterdruckpumpe 64
Abb. 32: Die Calcium-Konzentrationen in der Bodenlösung
in den Tiefen 10. 20 und 30 cm während der
Feldkampagne 1994 65
Abb. 33. Die Natrium-Konzentrationen in der Bodenlösung
für die Untersuchungsperioden 1994-1996 67
Abb 34: Die Kalium-Konzentrationen in der Bodenlösung
für die Untersuchungsperioden 1994-1996 68
Abb. 35: Die Calcium-Konzentrationen in der Bodenlösung
für die Untersuchungsperioden 1994-1996 70
Abb. 36: Die Magnesium-Konzentrationen in der Bodenlösung
für die Untersuchungsperioden 1994-1996 72
Abb. 37: Die Ammonium-Konzentrationen in der Bodenlösung
für die Untersuchungsperioden 1994-1996 73
Abb. 38: Saisonaler Verlauf der pH-Konzentrationen 75
Abb. 39: Saisonaler Verlauf der Leitfähigkeit im Bodenwasser
in den Untersuchungsperioden 1994-1996 77
Abb. 40: Grubenanalyse der Station G1 80
Abb. 41: Grubenanalyse der Station G2 82
Abb. 42: Grubenanalyse der Station G3 85
Abb. 43: Grubenanalyse der Station G4 87
Abb. 44: Die Saugspannungsverhältnisse in den Kampagnen
1994-1996 93
Abb. 45: Tagesmittel der Temperatur für die Kampagnen
1994-1996, Station G1 (+1 cm) 94
Abb. 46: Die Niederschlagsverhältnisse in den Feldkampagnen
1994-1996 96
Abb. 47: Schematische Darstellung für die Ausscheidung
von Geoökologischen Jahreszeiten 100
Abb. 48: Die Einteilung der Phasen in Geoökologische Jahreszeiten 102
Abb. 49: Die Kombination zweier Modelle (Standortregelkreis
und STELLA) 108
Abb. 50: Schematische Darstellung der Regler, Speicher,
Fluss- und Steuergrössen 109
Abb. 51: Das dxnamische Simulationsmodell STELLA mit den
Elementen des Prozess-Korrelations-Systems 110
Abb. 52: Die Bodemvassersituation während eines fiktiven,
feuchten Sommers 113
Abb. 53: Die Bodenwassersituation während eines fiktiven,
trockenen Sommers 114
Abb. 54: Der Bodenkörper innerhalb einer
gcomorphologischen Raumeinheit 119
Abb 55: Kartierschlüssel für die Aufnahme von Bodentypen
in heterogenen Gebieten 121
xu
Abb. 56: Die prozentualen Anteile der Hangneigungsklassen
im Untersuchungsgebiet 125
Abb. 57: Tiefenlinie im nördlichen Bereich der Lämmerenalp 126
Abb. 58: Die periglazialen Oberflächenmerkmale der
earth hummocks 127
Abb. 59: Solifluidale Hangbereiche im nördlichen Teil des
Arbeitsgebietes bei einer Hangneigung 25° 129
Abb. 60: Schuttreicher Hang mit Permafrost auf 2400 m ü. NN. 130
Abb. 61: Prozentuale Anteile der Bodenarten-Hauptgruppen
in 10 cm Tiefe 132
Abb. 62: Die Doppelglocken-Methode mit Natronkalk als
Absorber für die Bestimmung der mikrobiellen
Bodenaktivität 136
Abb. 63: Bodenrespiration an vier verschiedenen Standorten
während der Feldkampagne 1995 137
Abb. 64: Bodenrespiration an vier verschiedenen Standorten
während der Feldkampagne 1996 139
Abb. 65: Geographische Lage des Arbeitsgebietes der Geo-
wissenschaftlichen Spitzbergen-Expedition 1990-1992
und des Untersuchungsgebietes am Liefdefjorden 150
Abb. 66: Die Saugspannungswerte [cm WS] in 10 cm Tiefe
und die Niederschlagsdaten [mm] im arktischen (1992)
und alpinen (1996) Untersuchungsgebiet 151
Abb. 67: Die Temperaturdaten in 10 cm Höhe im arktischen
(SPE) und alpinen (Gemmi) Untersuchungsgebiet 153
Abb. 68: Bodenrespiration an vier verschiedenen Standorten
während der Feldkampagne 1992 (SPE) 156
Abb. 69: Bodenrespiration an vier verschiedenen Standorten
während der Feldkampagne 1996 (Alpen) 15 7
Abb. 70: Die Abflusspeaks der Vorfluter am Liefdefjorden
und auf der Gemmi ' 61
Abb. 71: Neue methodische Ansätze für die Landschafts-
ökologische Forschung '74
X1H
TABELLENVERZEICHNIS
Tab. 1: Die Schichtabfolge des Helvetikums sowie deren
stratigraphische Bezeichnungen im Untersuchungs-
gebiet 11
Tab. 2: Die Bodentypen im Untersuchungsgebiet 12
Tab. 3: Die Minimum-, Maximum- und Tagesmitteltemperaturen
der Gemmi für den Zeitraum Juli-September (1994-1996) 16
Tab. 4: Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse für die
verschiedenen geo- und bioökologischen Grossen
im Arbeitsgebiet der Gemmi 19
Tab. 5. Die methodischen Ansätze der vorliegenden Arbeit 20
Tab. 6: Der Geoökologische Arbeitsgang für das alpine
Untersuchungsgebiet der Gemmi 21
Tab. 7: Vergleich des eingesetzten Instrumentariums an den
jeweiligen Tesserae in polaren und alpinen Regionen 27
Tab. 8: Zusammenfassung der wichtigsten geo- und bioökolo-
gischen Faktoren an den Stationen G1-G4 3 7
Tab. 9: Angaben über arithmetisches Mittel der Grundge-
samtheit (x), Standardabweichung (s), Minimum (Min)
und Maximum (Max) der Temperaturen in 1 cm Höhe
an den Stationen G1/G2/G3/G4 48
Tab. 10: pH-Werte der Stationen in 10 cm Bodentiefe 76
Tab 11: Die Parameter mit den dazugehörenden Messgeräten 88
Tab. 12: Die Niederschlagsmengen für den Untersuchungs-
zeitraum vom 24.07.-14.09. 97
Tab 13: Die untersuchten Parameter mit den dazugehörenden
Phasen 98
Tab 14: Mittelwerte fürTemperatur und Saugspannung,
Niederschlagssummen innerhalb der ausgeschie-
denen Phasen sowie die Dauer der Phasen
in den Kampagnen 1994/1995/1996 105
Tab 15: Hangneigungsklassen für die Profilbeschreibung
der Böden nach verschiedenen Autoren 124
xiv
Tab. 16: Zusammenfassung der in Kap. 7.2 und Kap. 7.3
untersuchten Grossen 155
Tab. 17: Das Vorkommen gleicher Gefässpflanzen in den
beiden Untersuchungsgebieten 158
Tab. 18: Zusammenfassung der Parameter in den beiden
Untersuchungsgebieten Liefdefjorden (Arktis) und
Gemmi (Alpen) 162
KARTENVERZEICHNIS
Karte 1: Die geomorphologische Karte des Untersuchungsgebietes
Karte 2: Die Geomorphologische Bodenformkarte
xv |
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