Garmisch-Partenkirchen: Geomorphologischer Lehrpfad „Reintal“

Bayerns schönste Geotope Nr. 16

Die Partnachklamm

Die Partnachklamm ist eine der eindrucksvollsten Klammen in den bayerischen Alpen.
Auf einer Länge von 700 Metern durchschneidet sie mächtige Gesteinslagen am Fuß des Wettersteingebirges. Die Wände der Klamm reichen bis zu 86 Meter in die Höhe. Der namensgebende Fluss – die Partnach – entspringt im Reintalanger und ist eine der größten Karstquellen der Bayerischen Alpen. Sie wird vor allem durch Schmelzwasser des Schneeferners, dem Rest eines eiszeitlichen Gletschers auf dem Zugspitzplatt, gespeist.

Beschreibung

Wie alt sind die Gesteine, in die sich die Partnach einschnitt?

Der „Alpine Muschelkalk“ (hier Reifling- und Steinalm-Formation) ist in der Mittleren Trias (genauer: im Anis und Ladin) vor etwa 245 Millionen Jahren in einem flachem Meer und am Rand eines Ozeanbeckens abgelagert worden. Ein charakteristisches Merkmal der Steinalm-Formation sind die dickbankigen, stellenweise geklüfteten, hellgrauen Kalksteine während die Kalk- und Kalkmergelsteine der Reifling-Formation schmale, dunkle und oft grasbewachsene Terrassenbänder in den Wandabbrüchen hinterlassen.
Die darüber liegenden weicheren Schichten der Partnach-Formation bestehen aus dunkelgrauen Mergelsteinen und Tonschiefern mit einzelnen Kalkbänken. Entstanden sind sie vor etwa 235 Millionen Jahren im gleichen Meeresbecken wie der „Alpine Muschelkalk“.

Wie entstand die Partnachklamm?

Im Verlauf der alpinen Gebirgsbildung wurden die Gesteine gefaltet und im Bereich der Partnachklamm als so genannter Wamberger Sattel herausgehoben. Im Kern des Sattels quert die Klamm die harten Kalksteine des „Alpinen Muschelkalks“ (Reifling- und Steinalm-Formation). Nach dem Rückzug des Eises im Bereich von Graseck vor ca. 12.000 Jahren, hatte die Partnach noch genügend Zeit, um sich in die harten Kalkbänke einzuschneiden, wodurch die eindrucksvolle Partnachklamm entstanden ist. Nördlich und südlich der Klamm fließt die Partnach durch die jüngeren Schichten der Partnach-Formation. Hier konnte die Partnach aufgrund der weicheren Gesteine ein deutlich breiteres Flussbett anlegen.

Häufig bilden sich Klammen an Geländestufen, die durch die unterschiedlich starke Eintiefung von Haupt– und Nebentälern entstanden. Flüsse überwinden diese Höhenunterschiede zunächst als Wasserfälle und schneiden sich im Laufe der Zeit in das Gestein ein. Bei starkem Gefälle, hoher Fließgeschwindigkeit und hartem Gestein entsteht so die typische Talform der Klamm.

Felsstürze in der Klamm

Am 1. Juni 1991 brachen ca. 5.000 Kubikmeter Gestein aus der westlichen Felswand am Südende der Klamm heraus und bildeten einen 15 Meter hohen Wall. Durch die Sturzmasse wurde die Partnach zu einem See aufgestaut, der nach kurzer Zeit verlandete.
Im März 2003 erfolgte während der regulären Frühjahrssperrung im nördlichen Teil der Klamm ein erneuter Felssturz mit einem Volumen von ca. 500 Kubikmetern.

Tal–Schlucht–Kerbtal

Die wesentlichen Faktoren bei der Talbildung sind die Beschaffenheit des Gesteins und Gefälle. Im Bereich von Flussabschnitten mit großem Gefälle dominiert die Tiefenerosion der Flüsse. Bei abnehmender Härte des Gesteins – und damit zunehmender Seitenerosion – bildet sich ein breiteres Tal. Die charakteristischen Talformen wie a) Klamm, b) Schlucht oder c) Kerbtal entstehen bei der Erosion in härteren Gesteinen.

Bedeutung von Partnach und Klamm

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurde die Partnach als Triftbach benutzt. Bäume aus den umliegenden Wäldern wurden zersägt und mit dem „Hausmarch“, einem Erkennungszeichen des Eigentümers, versehen. Im Frühjahr bei Schmelzwasser wurde das Holz in den Bach geworfen, der dieses dann talabwärts transportierte. Das Triften verlor erst in den 1960er-Jahren seine Bedeutung. Die Partnachklamm wurde bereits 1912 zum Naturdenkmal erklärt.

Heute ist die Partnachklamm mit jährlich über 200.000 Besuchern eine Touristenattraktion 1. Ranges.

Textquelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU Bayern)

Das Reintal wird durch die Partnach entwässert, die bei Garmisch-Partenkirchen in die Loisach mündet, welche über die Isar und die Donau in das Schwarze Meer entwässert.

Typisch für einen Wildbach zeichnet sich die Partnach durch ein hohes Gefälle und eine jahreszeitlich stark schwankende Wasserführung und Sedimentfracht aus.

Das Quellgebiet der Partnach liegt am Zugspitzplatt, wo sie das Wasser aus einem weit verzweigten und räumlich abgeschlossenen, unterirdischen Karstsystem bezieht. Nach dem Quellaustritt (siehe Station 8) fließt sie, mit Ausnahme des kurzen Abschnitts zwischen der Bergsturzmasse „Steingerümpel“ und der „Vorderen Gumpe“ überwiegend oberirdisch. Im Bereich der „Hinteren Gumpe“ führt das geringere Gefälle zur Ausbildung eines verzweigten Flusssystems.

Hier ereigneten sich in den letzten Jahren mehrfach Steinschläge und Murabgänge, die einen durchgängigen Materialtransport aus den Felswänden über die Schutthänge bis in das Flussgerinne verursachen. Dieser Bereich wurde im Rahmen von Forschungsarbeiten besonders intensiv untersucht und die bewegten Gesteinsmassen und -volumina bestimmt.

Für die Murabgänge wurden Geschwindigkeiten bis 60 km/h berechnet, die Feststoffanteile betragen 30 bis 60%. Sekundäre Steinschläge überwiegen die primären um ein Vielfaches. Remobilisierende Muraktivitäten überwiegen den Sedimenteintrag durch Steinschlag auf diesem Schutthang deutlich.

Die Vordere (Blaue) Gumpe, das ehemalige „Juwel im Wetterstein“, entsatand in Folge eines Bergsturzes, dessen Sturzmassen das Reintal abdämmten. Hinter dem natürlichen Damm wurde die Partnach zur „Blauen Gumpe“ aufgestaut. Im Laufe der Zeit wurde die Gumpe kontinuierlich mit Sedimentfracht verfüllt und fiel in den Sommern nach längeren Trockenperioden trocken.

Ein Extremhochwasser am 22. und 23. August 2005 verfüllte das Seebecken innerhalb weniger Stunden vollständig. Ein Dammdurchbruch führte im Talabschnitt darunter zu einer Flutwewelle, die im Wald und an den Wanderwegen große Schäden verursachte.

Has Hochwasserereignis veränderte durch Materialumlagerungen auch die gesamte Gerinnemorphologie der Partnach. Seitdem der Gumpen nicht mehr als Sedimentfalle fungiert wird zunehmend mehr Sediment weiter ausgetragen.

Vor ca. 500 Jahren stürzten ca. 2,8 Millionem m³ Fels aus der gegenüberliegenden Nordwand des Höhlenkopfes. Durch den Bergsturz änderte sich das Erscheinungsbild des Reintals drastisch. Die Sturz- und Rutschmassen stauten die Partnach zu einem See auf, wodurch große Sedimentmengen im Bereich der „Hinteren Gumpe“ abgelagert wurden, die seitdem kontinuierlich aufgefüllt wurde und schließlich verlandete und heute eine Schwemmebne bildet.

Das Sturzmaterial besteht aus Wettersteinkalk. Ursächlich für die „Sturz- und Rutschanfälligkeit“ sind Schwächezonen im Wettersteinkalk (Schichtung und Klüftung) sowie das Schichteinfallen an beiden Talflanken zur Talmitte hin (tektonische Muldenstruktur). Das Abrutschen bzw. Abgleiten von mehrfach vorhandenen „gekappten Schichten“ ist nur eine Frage der Zeit.

Die Massen wurden stürzend und gleitend insgesamt bis zu einem Kilometer weit transportiert. Der „Bergsturz Steingerümpel“ war neben dem vermutlich spät- bis postglazialen Bergsturz am Oberen Anger (Station 9) das größte nacheiszeitliche Einzelereignis im Reintal.

Die „Hintere Gumpe“ zeigt lehrbuchhaft alpine Formen. Mur- und Lawinenbahnen, Schuttkegel und die Schwemmebene der Partnach zeugen von intensiver Sedimentation in der Gegenwart. Die Prozesse, die zum Auf- und Abbau dieser Formen beitragen sind hier offenkundig.

Damit ist die „Hintere Gumpe“ auch ein Paradebeispiel für den Aktualismus bzw. das Aktualitätsprinzip als wichtigste Grundlage zur Interpretation aller geologischen Geschehnisse in der Geologie. Die Theorie des Aktualismus geht von der stetigen Gültigkeit der physikalischen, chemischen und biologischen Gesetze aus und folgert, daß die geologischen Prozesse der Vergangenheit in vergleichbarer Weise wie heute abgelaufen sind. Als Begründer des Aktualismus gilt Ch. Lyell (1797-1875), der an die wegweisenden Arbeiten von J. Hutton (1788) und C.E.A. von Hoff (1822) anschloß und als erster die Beobachtung der heutigen geologischen Vorgänge als einzige Erfahrungsquelle für die Vergangenheit ansah.

Die „Hintere Gumpe“ entstand durch den Bergsturz Steingerümpel (Station 5), der das Reintal abdämmte und die Partnach zu einem See aufstaute. Durch die dadurch abnehemende Fließgeschwindigkeit der Partnach wurden im Tal oberhalb des Bergsturzes große Sedimentmengen abgelagert, bis der See im Laufe der Zeit verlandete und eine Schwemmebene (Alluvion) zurückblieb. Die abnehmende Fleießgeschwindigkeit führte zur Ausbildung eines  verzweigten Flusssystems, in dem sich die einzelnen Flussarme in Abhängigkeit der Niederschläge/Wasserführung spontan und schnell verlagern. Im englischen Sprachraum wird ein solches verzweigtes Flusssystem als „braided river“ bezeichnet.

Die maximale mächtigkeit der fein geschichteten Ablagerungen konnte durch geophysikalische Messungen auf ca. 15 m bis 17 m bestimmt werden. Eine Altersdatierung organischer Bestandteile in Bohrungen lässt auf das sehr junge Alter der „Hinteren Gumpe“ schließen und damit auch des Bergsturzes Steingerümpel (500 Jahre).

Die „Hintere Gumpe“ umfasst eine ca. 84.000 m² große Fläche. Das Volumen wurde auf ca. 900.000 m³ bestimmt. Aus der Mächtigekit der Ablagerungen (15 m9 lässt sich eine Sedimentationsrate von 1,8 bis 3,4 cm/Jahr ableiten.

Nach dem Abschmelzen der Gletscherströme, die am Höhepunkt der letzten Eiszeit vor ca. 20.000 Jahren (Würm-Eiszeit), vom Inntal kommend, um das Wettersteinmassiv herum bis weit in das Alpenvorland vorgestossen sind, prägten in der Zeit vor 13.000 bis 10.000 Jahren hur noch lokale kleinere Gletscher die Alpentäler. Diese stießen in kälteren Phasen weiter vor und lagerten dabei Geschiebe als Moränenwälle ab. Die Wegstation erläutert den „Reintalanger-Stand“ in der Dryas, vor ca. 11.000 Jahren, einen besonders markanten spätglazialen Gletscherstand im Reintal. Die Bezeichnung „Dryas“ geht auf die „Weiße Silberwurz“ (Dryas octopetala) zurück, die damals in Deutschland und Skandinavien weit verbreitet war.

Anmerkung: Der Talboden des Reintals besteht zu ca. 1% aus Moränenmaterial, vermutlich aber deutlich mehr, da weite Bereiche von jüngeren Sedimenten überdeckt sind.

Das Einzugsgebiet des Partnachursprungs, das Zugspitzplatt, ist das höchstgelegene Karstgebiet in Deutschland. Die Entwässerung erfolgt weitgehend unterirdisch. Am Partnachursprung erfolgt durch die wasserstauende Wirkung der unter dem Wettersteinkalk ausgebildeten tonig-mergeligen Partnachschichten, begünstigt durch die Lage am Kreuzungspunkt zweier Störungen, ein Wasseraustritt an der Oberfläche. Durch Markierungsversuche konnte nachgewiesen werden, dass das Zugspitzplatt ein in sich abgeschlossenes Einzugsgebiet  (ca. 8 km²) mit nur diesem einen Quellaustritt bildet. Das System reagiert sehr schnell auf Niederschlag und Schmelzwasserabfluss. Die Quelle wird auch durch die beiden kleinen Gletscher des Nördlichen und Südlichen Schneeferner gespeist.

Das hufeisenförmig ausgebildete Zugspitzplatt entwässert nach Osten, wo Störungen den Karstkörper begrenzen. Dort wird das Wasser hydraulisch gezwungen aufzusteigen, die Partnachquelle ist der einzige Ausfluss an der Oberfläche.

Das Abflussverhalten und die Hydrologie des Prtnachursprungs wird seit 1996 von den Universitäten Augsburg und Halle untersucht. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers im Untergrund wurde bei einem einjährigen Markierungsversuch 2005/2006 auf 170 Meter pro Stunde bestimmt, was auf ein gut entwickeltes Kluft- und Höhlensysten rückschließen lässt.

Der „Obere Anger“ ist der Talabschluss es Reintals. Hier ist eine Vielzahl geomorphologischer Prozesse und Formen erkennbar. Lawinen, Steinschläge, Felsstürze, Murgänge und fluviatile Prozesse trugen auch in jüngerer Vergangenheit zu einer regelmäßigen Umgestaltung. In direkter Nachbarschaft zu wohl mächtigsten Bergsturzablagerung im Reintal ereignete sich hier am 06. Mai 1920 ein zweiter größerer Bergsturz, der von Kurt Leuchs beobachtet werden konnte.

Zuerst kam es zu einer Abspaltung großer Teile der Felswand, die dann kollabierten und auf die unteren Hangbereichee stürzten. Zu deisem Zeitpuunkt lag hier Schnee, der zusammen mit dem lockeren Gesteinsmaterial einen Schuttstrom bidete, der sich am Talboden des Oberen Angers ablagerte. Als Auslöser des Bergsturzes wird in Spalten eingedrungenes und später oberflächennah gefrierendes Niederschlagswasser angesehen, das im Felsinnern zu einem überkrischen Anstieg des hydrostatischen Drucks führte, der die Ablösung der Sturzmassen verursachte.

An das ehemals komplett vergletscherte Zugspitzplatt erinnern heute nur noch der Nördliche und ein Rest des Südlichen Schneeferners. Das Abschmelzen der Gletscher führte zu einer Vielzahl von Reliefformen (glaziale und postglaziale „Kleinformen“, die der großen „tertiären Altform“ aufsitzen.

Die Löslichkeit des Wettersteinkalkes bewirkte im Untergrund die Ausbildung eines alpinen Karstsystems, welches das gsamt Zugspitzplatt nach Osten entwässert. Die Karstformen an der Oberfläche sind deutlich jünger als die unterirdischen Formen.

Das Zugspitzplatt ist eine hochalpine Ebene, die vor ca. 25 Millionen Jahren angelegt wurde, die Taleintiefung entwickelte sich vor ca. 10 Millionen Jahren.

Die Zugspitze ist mit 2.962 m nicht nur Deutschlands höchster Gipfel, sie ist auch dessen einziger hochalpiner Gipfel, der technisch erschlossen und intensiv bebaut ist. Dadurch entsteht ein Gefährdungspotential, das eine genauere Betrachtung des Permafrostes erforderlich macht. Gleichzeitig erleichtert die Infrastruktur den Zugang für Forschungsarbeiten. Ein weiterer Vorteil für die Permafrostforschung an der Zugspitze ist die Tatsache, dass der Deutsche Wetterdienst dort bereits seit dem Jahr 1900 Wetterbeobachtungen aufzeichnet. Der Ausbau des Schneefernerhauses zur Umweltforschungsstation (UFS) im Jahr 1999 legte es nahe, die Permafrostuntersuchungen des Bayerischen Landesamts für Umwelt (LfU Bayern) mit der UFS zu verknüpfen.

Forschungsbohrung

Das LfU hat im Jahr 2007 mit Mitteln des Bayerischen Umweltministeriums zwei Bohrungen quer durch den Gipfelkamm veranlasst. Eine davon hat den Rücken auf 44,5 m Länge vollständig durchbohrt. Diese Bohrungen dienen zur Beobachtung von Temperaturänderungen im Permafrost und wurden dafür mit Messsonden bestückt. Die bisherigen Messergebnisse zeigen, dass die Temperatur im Berginneren in den letzten zehn Jahren um etwa 0,4 Kelvin angestiegen ist; die Auftauzone liegt derzeit von Süden her bei ca. 16 m, an der Nordwand bei ca. 3 m. Um Aussagen zu langfristigen Tendenzen vornehmen zu können, wurde anhand der im Beobachtungszeitraum gemessenen Daten ein neu entwickeltes Computermodell kalibriert. Mit Hilfe dieses Modells erfolgten eine Berechnung der Entwicklung des Permafrosts in den letzten hundert Jahren sowie eine Projektion der möglichen weiteren Entwicklung bis Ende des Jahrhunderts. Die Messungen sind langfristig angelegt und werden weiter fortgesetzt.

Beobachtung der Temperaturentwicklung

Die Temperatursensoren zeigen die jahreszeitlichen Veränderungen gut auf. Das jährliche Temperaturmaximum im Berginneren wird um ca. 6 Monate verzögert erst im Januar beobachtet. Grund hierfür ist die Wärmeleitfähigkeit des Gesteins. Der bisherige Beobachtungszeitraum lässt bereits eine erkennbare Tendenz für eine Zunahme der Gesteinstemperaturen und somit eine Reduzierung des Permafrosts erkennen.

Das Einsetzen der winterlichen Abkühlung im Berginneren verschiebt sich aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gesteins (Wettersteinkalk) um über ein halbes Jahr. Die Minimaltemperatur von -1,8 bis -2,15°C im Zentrum des Zugspitzgipfels wird erst im Juli erreicht, das Temperaturmaximum von – 1,3 bis -1,6°C wird dagegen im Januar verzeichnet.

Modellierung und Ergebnisse

Die Berechnungen legen nahe, dass die Erhöhung der Umgebungstemperatur an der Zugspitze von etwa 1,6 K in hundert Jahren (gleitender zehnjähriger Durchschnitt 1915 bis 2015) bereits eine deutliche Reduzierung des Umfangs des Permafrosts im Zugspitzgipfel bewirkt hat. Demnach ist der Permafrost entlang der Bohrstrecke in hundert Jahren von 34 Meter Gesamtlänge im Jahr 1915 auf 24,5 Meter im Jahr 2015 zurückgegangen. Die bis Ende des Jahrhunderts projizierte weitere Erhöhung der Umgebungstemperaturen lässt bei einer Fortsetzung des derzeitigen Trends ein Verschwinden des Permafrosts an der Zugspitze ab dem Jahr 2040 erwarten.

Weitere Untersuchungen

Von 2008 bis 2011 fanden im Rahmen des EU-Projektes PermaNet weitere Untersuchungen zum Permafrost statt. Die Zugspitze wurde dabei als einer der Referenzstandorte gewählt. Im Umfeld des Gipfels fanden ergänzend zu den Bohrungen Messungen der Temperatur im oberflächennahen Fels statt. Auf der Basis der dort gewonnenen Ergebnisse hat die Universität Zürich für die Bayerischen Alpen eine Karte der Wahrscheinlichkeit des Vorkommens von Permafrost erstellt. Zusätzliche Untersuchungen im Zugspitzgebiet erfolgen weiterhin im sog. Kammstollen durch die TU-München, Lehrstuhl f. Ingenieurgeologie. Dieser Stollen führt von der ehemaligen Tiroler Bergstation zum Schneefernerhaus und verläuft teilweise in Permafrostbereichen.

Textquelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU Bayern)