Question 7
What does the bottom of lake Lucerne look like?
Ice Age glaciers formed the deep basin of Lake Lucerne. Moraines and traces of natural phenomena such as rockfalls and mudslides can be found on the lake bottom – testimony to the receding glaciers.
Abb. 1: Seetiefenmodell einer unter dem Wasserspiegel liegenden Moräne aus der Eiszeit
Die glatte Wasseroberfläche des Vierwaldstättersees lässt kaum erahnen, dass sich darunter ein bis zu 200 m tiefes Becken verbirgt, das manche Details über die jüngste Erdgeschichte preisgibt. Seine heutige Form verdankt das Becken wesentlich der Erosion der eiszeitlichen Gletschervorstösse. Die Gletscher folgten dabei den durch die Gebirgsbildung angelegten Schwächezonen.
Phasen des Gletscherstillstandes dokumentieren sich heute durch unterseeische Endmoränenwälle. Im Höhenkurvenbild der topographischen Landeskarte und im Seetiefenmodell kann man diese Moränen erkennen (Abb. 2). Der Moränenkranz „Nase“ erstreckt sich zwischen Unter Nas am Bürgenberg und Bürglen bei Vitznau. Der Moränenkranz „Kehrsiten“ verbindet die Orte Kehrsiten und Hertenstein via Chrüztrichter.
Mit dem einsetzenden Rückzug der Gletscher vor ca. 15‘000 Jahren begannen sich Geröll und Schmelzwasser in den fjordartig ausgehobelten Wannen zu sammeln. Seit Ende dieser letzten Kaltzeit hat sich auf dem Seeboden über zehn Meter Schlamm abgelagert. Das unruhige Relief der Seeränder verweist überdies auf Naturereignisse der Nacheiszeit: Flussdeltas, Bergsturzablagerungen, Schuttkegel von Rutschungen, Schlammlawinen mit ihren Anrisskanten und noch nicht abgerutschte Schlammdepots sind zu erkennen.
Was haben der Vierwaldstättersee und die Fjorde von Norwegen gemeinsam?
Die Fjorde Norwegens sind wie das Becken des Vierwaldstättersees „ertrunkene“ Trogtäler, die durch eiszeitliche Gletschererosion gebildet wurden. Nach dem Abschmelzen der Gletscher füllten sich die Fjorde mit Meerwasser, der Vierwaldstättersee hingegen mit Schmelz- und Regenwasser.
Der Vierwaldstättersee markiert die Stellen, an denen sich der Reuss-, der Engelberg- und der (über den Brünig fliessende) Aaregletscher während der Eiszeiten ins Mittelland erstreckten. Dabei folgten die vorrückenden Gletscher den voreiszeitlich eingeschnitten Flussläufen und zeichneten somit Schwächezonen im Gestein nach. Solche Schwächezonen sind zum Beispiel Grenzen zwischen verschiedenen Gesteinseinheiten, weiche Gesteinsformationen und Bruchzonen der Gebirgsbildung. Der Rückzug der Gletscher vor rund 15‘000 Jahren erfolgte schrittweise. Es entstanden Eisrandseen, in welche die Gletscher kalbten.
Heute haben sich die Gletscher in die Hochalpen zurückgezogen und den Vierwaldstättersee als sogenannten Alpenrandsee zurückgelassen. Er liegt durchschnittlich auf 434 m über Meer, bedeckt eine Fläche von 114 km2 und weist eine maximale Tiefe von 214 m auf.
Abb. 4: Entstehung einer Fjordlandschaft
Wie entstehen Gletschermoränen?
Im Gletschereis mitgeführtes Gesteinsmaterial und der hohe Wasserdruck an der Eisbasis formen den von Gletschern überfahrenen Untergrund. Es resultiert in der Regel ein Schliff, der vergleichbar ist mit der Wirkung von Schleifpapier.
Abb. 5: Gletscherschliff vor dem neuen Gletschersee des Rhonegletschers
Zudem entstehen Moränen, wenn das von Gletschern mittransportierte Gesteinsmaterial am Rand oder unter dem Gletscher abgelagert wird. Moränen setzen sich aus Gesteinsbruchstücken verschiedener Grösse (von Ton bis zu metergrossen Gesteinsblöcken) zusammen. Das Material ist meist kantig und durchmischt. Eine Sortierung etwa nach Grösse fehlt.
Abb. 6: Morteratschgletscher mit Mittel- und Seitenmoräne
Moränentypen sind:
Endmoränen (oft bogenförmig) = Bildung am Ende eines Gletschers; markieren dessen grösste Ausdehnung; entstehen aber auch bei Rückzug, wenn der Gletscher länger still steht
Seitenmoränen = Bildung entlang der Seitenränder eines Gletschers
Mittelmoränen = gehen aus den Seitenmoränen zweier Gletscher hervor, wenn diese zusammenfliessen und sich vereinen
Grundmoränen = entstehen aus dem Material, das der Gletscher im Gletschereis und auf seiner Unterseite mit sich führt
Welche Moränen sind im Becken des Vierwaldstättersees erkennbar?
Basierend auf Wassertiefenmessungen haben Wissenschaftler schon anfangs des 20. Jahrhunderts erkannt, dass moränenwallartige Rücken die verschiedenen Becken des Vierwaldstättersees abtrennen. Diese unterseeischen Hügel sind wohl das auffallendste Überbleibsel der letzteiszeitlichen Vergletscherung.
Am Fusse des Bürgenbergs trennt die bogenförmig von Hertenstein nach Kehrsiten verlaufende Kehrsiten-Moräne das Chrüztrichter- und das Vitznauerbecken. Sie markiert den Zusammenfluss von Reuss- und Aaregletscher und könnte eine Mittelmoräne sein. Je nachdem, wie schnell sich die beiden Gletscher zurückzogen, könnte es sich bei der Kehrsiten-Moräne aber auch um eine Endmoräne zwischen dem (bereits eisfreien) Chrüztrichter und dem (noch mit einer Gletscherzunge gefüllten) Vitznauerbecken handeln.
Abb. 7: Seetiefenmodell der Nase-Moräne aus der Vogelperspektive (grosses Bild) und in der Seitenansicht (kleines Bild)
Etwas jünger als die Kehrsiten-Moräne ist die Nase-Moräne südwestlich von Vitznau. Sie trennt das Vitznauer Becken vom Gersauer Becken. Die markante Moräne ragt mit steiler Böschung 100 m über den Seegrund, ist halbkreisförmig, 2 km lang und reicht 24-29 m unter die Seeoberfläche. Sie wird als Endmoräne interpretiert, welche der abschmelzende Reussgletscher während des Vitznau-Rückzugsstadiums am Ende der letzten Kaltzeit zurückliess. Damals schwankte die Gletscherzunge für einen längeren Zeitraum nur leicht.
Welche Naturereignisse der Nacheiszeit sind im Vierwaldstättersee abgebildet?
Seit gegen Ende der letzten Kaltzeit vor rund 15‘000 Jahren die Gletscher schmolzen und den See frei gaben, haben sich über zehn Meter Schlamm auf dem Seeboden abgelagert (etwas weniger als ein Millimeter Sediment pro Jahr). Bergstürze, Schuttkegel von Rutschungen, Schlammlawinen und Deltaablagerungen von Flusssedimenten haben die Ausgangsform des Vierwaldstättersees überprägt und sind im Seetiefenmodell sichtbar (Abb. 8).
Abb. 8: Seetiefenmodell des Chrüztrichter- und Vitznauerbeckens (oben)und dessen Interpretation (unten)
Zwischen Vitznau und Riedsort kann man die Trümmer eines grossen Bergsturzes erkennen, die vor rund 3000 Jahren von der Rigi in den See gefallen sind. Auch direkt unterhalb der steilen Nordflanke des Bürgenbergs, entlang des Südrands des Vitznauerbeckens, liegen diverse Felssturzablagerungen (siehe Schuttkegel Abb. 8). Am Nordrand dieses Beckens sind ebenfalls die Anrisskanten unterseeischer Rutschungen und deren Ablagerungen auf dem Beckengrund zu sehen (siehe Abb. 8: Anrisskanten = Steilwand mit Übergang von oranger zu gelber Färbung; Ablagerungen = zungenförmige Schlammablagerungen im Seebecken). Südlich von Weggis ragen die Zungen zweier Schlammablagerungen fast einen Kilometer in das Vitznauerbecken.
Noch nicht abgerutschte Schlammansammlungen verweisen auf die Folgen, mit denen bei einem erneuten Erdbeben zu rechnen ist. Überdies kann man beobachten, wie sich Deltas und Flusseinmündungen entwickeln und ob durch Kiesabbau allenfalls die Uferstabilität gefährdet wird.
Wie wurden die Seetiefenmodelle hergestellt?
Ein Team von Wissenschaftlern ist tagelang mit einem Forschungsschiff auf dem Vierwaldstättersee in parallelen Linien mit etwa 100 m Abstand hin und her gefahren. Dabei wurde der Seegrund mit speziellen Schallwellen eines Fächerecholots in sich überlagernden Streifen von 250-300 Metern Breite «abgetastet».
Abb. 9: Erstellung des Seetiefenmodells. Der Linienblock einer Farbe entspricht einem Messtag.
So lässt sich die Seetiefe bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen und mit dem Computer zu einem digitalen Tiefenmodell – einer bathymetrischen Karte – zusammenfügen. Derartige Fächerecholotverfahren für detailgetreue Geländeaufnahmen des Grundes von Schweizer Seen wurden erstmals 2007 eingesetzt. Anrisse und Ablagerungen von unterseeischen Schlammlawinen sind in dem hochauflösenden, dreidimensionalen Tiefenmodell ebenso sichtbar wie Baggerlöcher des Unterwasserkiesabbaus im Urner Reussdelta oder Wracks auf dem Grund des Vierwaldstättersees.
Abb. 10: Das Forschungsschiff Thalassa
Kann es im Vierwaldstättersee einen Tsunami geben?
In der Vergangenheit gab es an den Ufern des Vierwaldstättersees mehrere Flutwellen, ausgelöst durch ein Erdbeben und/oder spontane Erdrutsche und Felsstürze. Wissenschaftler sind sich einig, dass es auch in Zukunft Flutwellen geben wird. Offen ist lediglich die Frage, wann solche Ereignisse stattfinden und wie hoch sie sein werden, denn vollständig erdbebenfreie Regionen gibt es nicht. Ebenso existieren am Bürgenberg etliche Stellen, an denen sich Fels lösen, in den See stürzen und eine Flutwelle auslösen kann.
Felssturzbedingte Flutwellen gab es in jüngster Vergangenheit. In den Jahren 1963, 1964 und 2007 lösten sich Gesteinsmassen aus dem ehemaligen Steinbruch Obermatt am Fusse des Bürgenbergs. Dabei kam es zu erheblichen Sachschäden sowohl an der Obermatt als auch am Seeufer gegenüber, in Vitznau und Weggis.
Abb. 11: Die 1964 von einem Felssturz ausgelöste Flutwelle schleuderte Schiffe ans Ufer von Weggis.
Der letzte grosse Tsunami am Vierwaldstättersee ereignete sich im Jahr 1601, verursacht durch ein Erdbeben der geschätzten Magnitude 5.9 (auf der Richterskala). Am Bürgenberg lösten sich instabile Gesteinsmassen und führten zu mehreren Felsstürzen. Im Vierwaldstättersee gerieten die Hänge des Seebeckens aus dem Gleichgewicht und bewirkten Schlammlawinen, die sich bis zum Seegrund ergossen und ihrerseits eine Flutwelle von mehreren Metern Höhe auslösten.
Der Luzerner Stadtschreiber Renward Cysat hielt dieses Ereignis in einem Bericht fest: „Zinstags den 18 tag Septembris dess 1601ten jars erhuobe sich nach mittnacht (…) ein starcker vnd fürwar erschrockenlicher erdbidem allhie by vns zuo Lucern, wie ouch anderstwo” mit „wunderbarlichen bewegungen vnd verendrung dess seews und der Rüss“.
Abb. 12: Auszug aus dem Bericht Renward Cysats über den Tsunami 1601