Geologie und Erdgeschichte in Deutschland

Das Süddeutsche Molassebecken

Ausgangslage

Im heutigen Alpenraum kollidierte ab dem Tertär die von Süden kommende Adriatische Platte mit der nördlich gelegenen Europäischen Platte. Diese Kollision stand im Zusammenhang mit der beginnenden Öffnung des Atlantiks und der dadurch ausgelösten linksgerichteten Rotation Afrikas.

Im Rahmen der Alpidischen Gebirgsbildung wurde der Kontinentalschelf der Europäischen Platte, der heute in Form der helvetischen Decken am nördlichen Alpenrand entlang zieht, unter die Adriatische Platte subduziert und der zwischen beiden Platten liegende Penninische Ozean geschlossen. Der Kollisionsvorgang führte dazu, dass die Nördlichen Kalkalpen, die als Teil des Ostapins heute den ehemaligen Ablagerungsraum am Nordrand der Adriatischen Platte repräsentieren, auf Penninikum und Helvetikum überschoben wurden.

Als Folge des Überschiebungsvorgangs der beiden kontinentalen Platten kam es zu einer starken Krustenverdickung. Durch das Gewicht der heranrückenden Gebirgsfront wurde die Europäischen Platte flexurartig abgesenkt, so dass ein im Querschnitt asymmetrisches, keilförmiges Vorlandbecken entstand, das bereits während seiner Absenkung mit Sedimenten des aufsteigenden Gebirges gefüllt wurde.

Als Tiefseerinne nahm das nach Norden wandernde Vorlandbecken von der Unterkreide bis in das Eozän hinein die vor allem als Turbidite abgelagerten Flyschsedimente auf (Abb. 1), die durch Massenbewegungen den Kontinentalhang hinabglitten.

Abb. 1: Flyschsedimente in den Allgäuer Alpen, südlich von Oberstdorf

Als Teil des Penninikums wurde der Flysch später auf den helvetischen Schelf überschoben und seinerseits von den ostalpinen Decken überfahren (Abb. 2). Am Ende des Eozäns und im Oligozän hob sich der Sedimentinhalt des Vorlandbeckens zusammen mit den überlagernden Decken heraus und wurde dem Gebirge angegliedert.

Abb. 2: Tektonische Baueinheiten der Bayerischen Alpen und des nördlichen Vorlandes, stark vereinfachtes Schema

Das Molassestadium

Das Molassestadium entstand ab dem Oligozän, als das Vorlandbecken verstärkt mit den Abtragungsprodukten der sich heraushebenden Alpen aufgefüllt wurde und schließlich verlandete. Die Ablagerungsbedingungen waren limnisch-fluviatil, teils brackisch und bei zwei Meeresvorstößen in das Becken auch marin. Am Ende des Miozäns war das Becken vollständig mit Sedimenten aufgefüllt.

Gespeist wurde das Molassebecken von mächtigen Schuttfächern am Nordrand der Alpen, die sich aus dem Abtragungsmaterial des aufsteigenden Gebirges aufbauten. Auch wenn die Alpen noch nicht ihre heutige Höhe erreicht hatten, so konnte unter den annähernd tropischen Klimabedingungen im Oligozän und Miozän auftretender Starkregen große Sedimentmengen zum Gebirgsrand transportieren. Die charakteristischen grobklastischen Ablagerungen am Alpenrand werden als Nagelfluh bezeichnet (Abb. 3). Es handelt sich dabei um aus den Alpen herangeführte Gerölle, die durch Karbonatausfällung in ihren Zwischenräumen zu Konglomeraten verfestigt wurden.

Abb. 3: Nagelfluh, westliches Allgäu

Feinkörnigere Ablagerungen transportierten Flüsse weiter in das Innere des Beckens. Die Nagelfluh-Sedimente gehen daher zum Beckenzentrum hin schnell in feinkörnige Sande und Schluffe über. Dort kommen noch kalkige bis mergelige Ablagerungen hinzu. Auch von den nördlich gelegenen Hochgebieten wurde in das Becken sedimentiert. Dies waren Schüttungen mesozoischer Gesteine von der Schwäbisch-Fränkischen Alb und Kristallingerölle vom Grundgebirge der Böhmischen Masse.

Die Sedimente am Südrand des Molassebeckens wurde im Neogen durch das Vorrücken der alpinen Gebirgsfront gestaucht und in weitspannige Mulden gelegt, die schuppenartig übereinandergeschoben wurden und durch schaufelartige, zur Tiefe hin flacher werdende Störungen begrenzt werden. Heute kann man daher eine tektonisch verformte Faltenmolasse (Subalpine Molasse) am Nordrand der Alpen von der weitgehend ungestört liegenden Vorlandmolasse unterscheiden, die lediglich im Kontaktbereich zur Faltenmolasse Schichtverbiegungen zeigt.

Mit dem Vorrücken der alpinen Decken verlagerte sich im Oligozän und Miozän auch die Beckenachse des Molassetrogs und mit ihr der Bereich der stärksten Aufnahme von Sedimenten.

Untere Meeresmolasse (UMM)

Das Molassestadium begann im Oligozän zunächst mit marinen Verhältnissen (Abb. 4). Die starke Absenkung im Vorland der aufsteigenden Alpen ermöglichte das Vordringen des Meeres in den Bereich nördlich der Gebirgsfront. Die dabei entstandenen, ältesten Ablagerungen werden als Untere Meeresmolasse (UMM) bezeichnet.

Die Alpen hatten zu Beginn des Oligozäns noch nicht den Charakter eines Hochgebirges. Zudem lag die Gebirgsfront noch mehr als 100 km südlich des heutigen Alpennordrandes. Gefüllt wurde das Molassebecken mit mächtigen Folgen sandig-kiesiger Sedimente, die über Schwemmfächer angeliefert wurden, die an den Enden der großen Alpentäler lagen. Zur Beckenmitte hin kamen feinkörnigere, kalkig-mergelige Sedimente zum Absatz.

Abb. 4: Untere Meeresmolasse (UMM)

Insbesondere aus dem Bereich des heutigen Inntals, das einer wichtigen Störungszone folgt, erreichten Sedimente das Becken. Dort und an anderen Talenden wurden teils mächtige Sandsteine und Konglomerate abgesetzt. Auch von der Nordseite fand Sedimenteintrag in das Molassebecken statt. Flüsse, wie etwa der Ur-Main, transportierten große Mengen Sedimentfracht aus ihren Einzugsgebieten von Norden her in das Becken.

Die Sedimente der Unteren Meeresmolasse bestehen vor allem aus Tonmergeln, Sandsteinen und Konglomeraten. Abgelagert wurden sie im tiefen Wasser und zeigen stellenweise noch Flysch-ähnliche Strukturen wie Sohlmarken. Erst mit den Baustein-Schichten am Ende der Profilfolge der Unteren Meeresmolasse war das Becken weitgehend aufgefüllt, so dass nun flachmarine Bedingungen einsetzten.

Untere Süßwassermolasse (USM)

Eine globale Absenkung des Meeresspiegels sowie ein gesteigerter Sedimenteintrag führten dazu, dass das Molassebecken im Oberoligozän verlandete (Abb. 5). Es entstanden die Ablagerungen der Unteren Süßwassermolasse (USM).

Während der Westteil des Beckens bis etwa auf Höhe von München festländisch wurde, herrschten östlich davon weiterhin marine Bedingungen. Die unterschiedliche Entwicklung im West- und Ostteil des Beckens hängt zusammen mit dem Aufstieg der Alpen, der im Westen früher einsetzte und zur Anlieferung größerer Sedimentmengen führte als im Bereich der Ostalpen.

Abb. 5: Untere Süßwassermolasse (USM), Legende wie Abb. 3
Am Nordrand der Alpen entstanden große Schwemmfächer, die sich in das Molassebecken vorbauten. Ihr interner Aufbau zeigt, dass die fluviatilen Ablagerungen bei starken Hochwasserereignissen immer wieder modifiziert wurden. Die am Beckenrand abgelagerten Konglomerate werden als Ältere Nagelfluh bezeichnet. Im Allgäu bilden die harten Gesteine zwischen Bregenzer Wald und Immenstadt heute mit den Allgäuer Nagelfluhketten eine markante Erhebung, die sich morphologisch am Nordrand der Alpen befindet (Abb. 6). Beckenwärts nehmen die grobkörnigen Konglomerate der Unteren Süßwassermolasse bezüglich Korngröße und Mächtigkeit schnell ab.

Auch von Norden her hielt der Sedimenteintrag in das Becken an. Flüsse, die an der Abtragung der Jura-Kalke der Schwäbisch-Fränkischen Alb bzw. des Kristallins der Böhmischen Masse arbeiteten, mündeten an der Nordseite in das Molassebecken.

Auch dort treten konglomeratische Ablagerungen auf. Diese Ältere Juranagelfluh setzt sich zusammen aus Geröllen, die von der Schwäbisch-Fränkischen Alb stammen und daher vor allem aus Jura-Gesteinen bestehen, die durch eine karbonatische Matix zusammengehalten werden.

Abb. 6: Konglomeratische Schichten der USM im Bereich der Faltenmolasse als Höhenbildner, östlich Oberstaufen

Nach Absatz der grobklastischen Nagelfluh-Sedimente entlang der Beckenränder erreichten nur noch feinkörnigere Sedimente in Form von Mergeln und Sandsteinen die zentralen Beckenteile. Hier entwickelte sich ein breites, nach Osten gerichtetes Flusssystem, das etwa auf Höhe von München in das Meer mündete.

Eine Besonderheit der Unteren Süßwassermolasse sind eingelagerte Kohlenflöze. Diese als Pechkohlen bezeichneten Lagerstätten, bei denen es sich um Glanzbraunkohlen mit hohem Inkohlungsgrad handelt, sind an mehreren Orten Bayerns bergmännisch abgebaut worden. Das organische Material der Kohlen stammt von Pflanzen, die Niedermoore und küstennahe Sumpfwälder im Molassebecken besiedelten.

Obere Meeresmolasse (OMM)

Im Verlauf des Untermiozäns erreichte das Meer erneut das Molassebecken (Abb. 7). Die Gründe für das Einsetzen mariner Verhältnisse lagen in einer verminderten Sedimentzufuhr und der verstärkten Absenkung des Beckens im Rahmen der fortschreitenden Gebirgsbildung. Auch klimatische Gründe spielten eine Rolle. Die Strömung im Becken war nach Westen gerichtet.

Am Nordrand des Beckens erodierte die Brandung die dort anstehenden Kalke der Schwäbisch-Fränkischen Alb und formte so ein Kliff, dass sich heute noch an vielen Stellen verfolgen lässt. Noch heute sind Überreste der vorgelagerten Brandungsplattform mit von Muscheln angebohrten Strandgeröllen vorhanden. Das Ansteigen der Klifflinie im heutigen Gelände Richtung Osten belegt die unterschiedliche Hebung des süddeutschen Raums in der Folgezeit.

Die Obere Meeresmolasse besteht aus Sanden, Sandsteinen, Konglomeraten und Mergeln. Viele der Ablagerungen sind fossilarm, einzelne Lagen jedoch können fossilreich sein. Unter anderem finden sich Schichten mit Schilllagen und fossilen Austernbänken. Letztere deuten auf einen Ablagerungsraum im Gezeitenbereich mit höherer Strömungsenergie hin.

Abb. 7: Obere Meeresmolasse (OMM), Legende wie Abb. 3

Obere Süß- bis Brackwassermolasse (SBM)

Am Ende des Untermiozäns stellten sich verstärkt brackische Ablagerungsverhältnisse im Molassebecken ein. In einer flachen Seenlandschaft mit hohen Grundwasserständen kam es aber immer wieder auch zu kurzen marinen Vorstößen.

Eine auffällige Stuktur im Nordwestteil des Beckens ist die Graupensandrinne. Dabei handelt es sich um die Ablagerungen eines bis zu 20 km breiten Flusssystems, das das Wasser der von Norden in das Becken tretenden Flüsse sammelte und bei niedriger Fließgeschwindigkeit nach Südwesten leitete. Neben einer erosiven Komponente, die zur Ausräumung der liegenden Schichten der Obere Meeresmolasse führte, wird die Graupensandrinne durch die Sedimentation von Sanden, Kiesen, Kalk- und Mergelsteinen gekennzeichnet. Als typische Fossilien treten Muscheln und Schnecken aus dem Brackwasserbereich auf.

Südlich der Graupensandrinne findet sich mit dem Albstein eine weitere auffällige Struktur innerhalb des Molassebeckens. Der Albstein stellt eine geringmächtige, massige Kalkkruste dar, die möglicherweise pedogener Entstehung ist.

Obere Süßwassermolasse (OSM)

Mit zunehmender Annäherung der Adriatischen Platte an die Europäische Platte verlangsamte sich im Miozän die nach Norden gerichtete Einengungs- und Überschiebungsbewegung im Molassebecken, so dass die Absenkung des Beckens geringer wurde. In der Folgezeit füllte es sich daher mit Sedimenten aus dem Umland, was im Mitteloligozän zur Verdrängung des Meeres führte.

So stellten sich mit der Sedimentation der Oberen Süßwassermolasse (OSM) erneut terrestrische Verhältnisse ein (Abb. 8). Die Entwässerung des Beckens war zunächt nach Westen gerichtet. Im Süden mündeten weiterhin die großen Schwemmfächer aus den Alpen in das Becken ein und lieferten Sedimente, die im Bereich der Fächer oft grobklastisch, im distalen Bereich zunehmend feinkörniger waren.

Von Norden her gelangten Flüsse in das Becken, deren Absätze als Jüngere Juranagelfluh bezeichnet werden. Diese enthalten Gerölle aus abgetragenen Jura-Kalken der nördlich anstehenden Schwäbisch-Fränkischen Alb.

Mit der zunehmenden Auffaltung und Heraushebung des Jura-Gebirges wurde auch der westliche Teil des Molassebeckens gehoben und unterlag im Anschluss der Abtragung. Infolge der Hebung änderte sich vor rund 10 mio Jahren deshalb die Entwässerungsrichtung des Beckens. Diese war nun nach Osten gerichtet.

Die Hebung des Molassebeckens setzte sich nach Osten hin fort, so dass vor etwa 9 bis 8 mio Jahren das Molassestadium endete. Seitdem ist das Alpenvorland vor allem Abtragungsgebiet.

Abb. 8: Obere Süßwassermolasse (OSM), Legende wie Abb. 3

Die heutigen Lagerungsverhältnisse

Das heutige Molassebecken hat einen asymmetrischen Querschnitt. Am Alpennordrand wird die mesozoische Unterlage erst in mehr als 5000 m erreicht. Von dort steigt die Basis des Beckens in Richtung Norden kontinuierlich an, die Mächtigkeit der Sedimentfüllung nimmt entsprechend ab. Nördliche der Donau schließlich erreicht das Mesozoikum als Schwäbisch-Fränkische Alb die Oberfläche. Dort befindet sich die nördliche Verbreitungsgrenze der Molasse.

Ursprünglich umfasste das Molassebecken einen wesentlich größeren Sedimentationsraum. Ein Teil des Beckens gelangte infolge des Kollisionsvorgangs unter die nach Norden vorrückende Gebirgsfront und befindet sich heute unter den alpinen Decken im Untergrund des Gebirges.

Im Oligozän und Miozän durchlief das nordalpine Vorlandbecken, das sich infolge der Überschiebung der Adriatischen Platte auf den Rand der Europäischen Platte gebildet hatte, das Molassestadium. Am Nordrand der alpinen Gebrigsfront wurde ein Teil der Molasse vom Untergrund abgeschert, herausgedrückt und in die Faltungsbewegung einbezogen. Als Abscherungshorizont dienten die Tonmergelschichten der Unteren Meeresmolasse (Abb. 9). Typisch für diese als Faltenmolasse oder Subalpine Molasse bezeichneten allochthonen Schichten ist die tektonische Lagerung in breiten Mulden mit schmalen, oft abgescherten Sattelkernen. Die oberflächennah steilen Störungen gehen zur Tiefe hin in immer flachere Überschiebungsflächen über.

Abb. 9: Profil durch die Molasse am Alpennordrand

Die tektonisch verstellte Faltenmolasse, die das Gebirge auf mehr als 200 km Länge begleitet, ist mit ihren nacheinander gestaffelten, parallel zum Alpenrand verlaufenden Mulden strukturell noch Bestandteil der Alpen. Ihr Ausstrichsbereich erreicht im Allgäu eine maximale Breite von rund 18 km, nach Osten hin nimmt dieser Wert deutlich ab. Im westlichen Allgäu treten die harten Konglomerat- und Sandsteinbänke der Faltenmolasse als Höhenbildner in der Landschaft hervor (Abb. 6) und können in der Nagelfluhkette Höhen von über 1800 m erreichen.

In den Mulden und Schuppen der Faltenmolasse streichen vor allem die Schichten der Unteren Meeresmolasse und der Unteren Süßwassermolasse aus. Diese älteren Schichten sind im Bereich der Vorlandmolasse im tieferen Untergrund verborgen.

Dort, wo die Faltenmolasse entlang der Überschiebungsbahnen im Kontakt zur Vorlandmolasse steht, sind deren Schichten aufgebogen und saiger gestellt oder sogar überkippt worden. Dieser Übergangsbereich wird als Aufgerichtete Vorlandmolasse (Aufrichtungszone) bezeichnet.

Mit dem Ausstrichsbereich der Vorlandmolasse beginnt das Alpenvorland. Meistens stehen hier Sedimente der Oberen Süßwassermolasse an, weitgehend von eiszeitlichen Ablagerungen des Quartärs überdeckt. Da das Molassebecken eine leichte Einmuldung aufweist, liegen an den Rändern des Beckens auch ältere Schichten der Molasse an oder nahe der Oberfläche.

Literatur

GEYER, O.F. & GWINNER, M.P. (1991): Geologie von Baden-Württemberg. - 482 S.; Stuttgart

LEMCKE, K. (1988): Das bayerische Alpenvorland vor der Eiszeit. - 175 S.; Stuttgart

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SCHOLZ, H. (2016): Bau und Werden der Allgäuer Landschaft. - 354 S.; Stuttgart