Das Quartär im Stadtgebiet von Emmerich

Das Quartär ist geprägt durch starke Klimaschwankungen, die zu einem mehrfachen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten führten. Die drei letzten Kaltzeiten, die als Elster-, Saale- und Weichsel-Kaltzeit bezeichnet werden, führten zur Ausbreitung eines Eisschildes, der aus Skandinavien kommend bis nach Mitteleuropa vordrang. Während der Saale-Kaltzeit erreichte das Eis auch den Niederrhein. In den Warmzeiten dazwischen stellen sich Klimabedingungen ein, die den heutigen vergleichbar waren und es kam zur Wiederbewaldung der mitteleuropäischen Landschaft.

Abb. 1: Gliederung des Pleistozäns am Niederrhein und in Emmerich mit wichtigen Ablagerungen

Altpleistozän bis einschließlich Elster-Kaltzeit

Emmerich und der gesamte Niederrhein blieben im bisherigen Verlauf des Quartärs festländisch, auch wenn die Küste zu Beginn des Pleistozäns nur wenige Kilometer von Emmerich entfernt im Bereich der heutigen Niederlande lag. Bis zum Anfang der Saale-Kaltzeit war die Landschaft des Niederrheins geprägt durch das Stromsystem der Flüsse Rhein und Maas, die über zahlreiche Stromrinnen miteinander verbunden waren.

Am Niederrhein können die Ablagerungen vom Beginn des Pleistozäns bis zum Ende des Cromer-Komplexes in die Ältere Hauptterrasse, die Tegelen-Schichten und die Jüngere Hauptterrasse untergliedert werden (KLOSTERMANN 1992).

Die ältesten Quartär-Sedimente im Stadtgebiet sind kiesig-sandige, teilweise auch tonige Ablagerungen, die den Tegelen-Schichten zugeordnet werden (Abb. 1). Sie liegen unterhalb der Niederterrasse und sind nur aus Bohrungen bekannt. Sedimente der Älteren und der Jüngeren Hauptterrasse des Rheins sind im Raum Emmerich nicht erhalten geblieben.

Abb. 2: Schichtaufbau im Stadtgebiet am Beispiel von zwei Profilen

Mit dem Meeresrückzug im frühen Pleistozän konnte sich ein aus dem baltischen Raum stammendes Flusssystem bis in den Nordwesten Deutschlands ausbreiten. Seine nach Südwesten gerichtete Entwässerung brachte weiße Quarzsande bis an den Niederrhein. Eingeschaltet in die Sande sind Fossilreste und Gerölle skandinavischer Herkunft. Nach der niederländischen Gliederung gehören die fluviatilen Sande zur Harderwijk-Formation und sind ungefähr so alt wie die Tegelen-Schichten oder etwas jünger. In der Stauchendmoräne in Emmerich-Elten sind geringmächtige Lagen dieser Sande in den von den saalezeitlichen Gletschern gestauchten Moränenkörper eingearbeitet worden.

Die aus Skandinavien kommenden Gletscher erreichten in der Elster-Kaltzeit Norddeutschland. Der Niederrhein bleib jedoch wohl eisfrei und lag im periglazialen Vorland des Inlandeises. Während dieser Kaltphase wurden die sandig-kiesigen Terrassenkörper der Oberen Mittelterrassen aufgeschottert. Im Emmericher Stadtgebiet sind diese Ablagerungen nicht mehr vorhanden.

Holstein-Warmzeit

In der Holstein-Warmzeit war das Klima wärmer als in den folgenden beiden Warmzeiten (EHLERS 2011). An zahlreichen Stellen des Niederrheins wurden tonig-schluffige, teils torfige Sedimente angetroffen, die anhand pollenanalytischer Untersuchungen als Ablagerungen der Holstein-Warmzeit angesehen werden. Auch im Raum Emmerich treten im Untergrund schluffig-tonige Linsen auf, die wohl der Holstein-Warmzeit zuzurechnen sind.

Saale-Kaltzeit

In der Saale-Kaltzeit erreichten die Gletscher während des Drenthe-Stadiums den Niederrhein. Die Eisrandlage oszillierte dabei, so dass für den Niederrhein drei Eisvorstöße unterschieden werden können (SKUPIN & ZANDSTRA 2010). Das Emmericher Stadtgebiet wurde nur vom ersten und dritten Eisvorstoß erreicht (Abb. 3). Sichtbares Zeugnis der saalezeitlichen Inlandvereisung ist die Stauchendmoräne des Eltenberges.

Abb. 3: Die saalezeitlichen Eisvorstöße in den Raum Emmerich
Grafik: eigener Entwurf, Daten nach SKUPIN & ZANDSTRA (2010)

Das bis an den Niederrhein vorrückende Eis zwang den Rhein schließlich, seinen Lauf weiter nach Süden in den Bereich der heutigen Niersniederung zu verlegen. Nach dem Rückzug der Gletscher suchte sich der Fluß einen weiter nach Norden gerichteten Abfluß durch das heutige Ijsseltal. Diese Hauptentwässerungsrichtung blieb bis in die frühe Weichsel-Kaltzeit bestehen. Erst dann entstand der nach Nordwesten gerichtete Abfluss durch die Gelderse Poort, den der Rhein heute noch nimmt.

Zur Zeit der saalezeitlichen Gletschervorstöße schotterte der Rhein die Untere Mittelterrasse 2 auf. Die kiesig-sandigen Ablagerungen können in einen Teil vor dem Eintreffen des Inlandeises und einen Teil nach dem Eisrückzug untergliedert werden. Daher treten nordische Geschiebe, die durch die Gletscher aus Skandinavien erst antransportiert werden mussten, bevor der Rhein sie aufnehmen konnte, nur im oberen Abschnitt des Terrassenkörpers auf. Die Untere Mittelterrasse 2 tritt in Emmerich nirgendwo an die Oberfläche. Sie liegt unter der Niederterrasse oder Sedimenten der Eem-Warmzeit (Abb. 2).

Die gefrorenen Sedimentpakete der Unteren Mittelterrasse 2 wurden zusammen mit tertiären Lockersedimenten, den baltischen Quarzsanden aus dem frühen Pleistozän und Ablagerungen der Holstein-Warmzeit durch das vorrückende Gletschereis in der Eltener Stauchendmoräne gestaucht und verschuppt. Dabei dienten feinkörnige, auf Druck plastisch reagierende Sedimente im Untergrund als Gleitbahn. Für den Bereich Elten ist es dabei wahrscheinlich, dass das Inlandeis ziemlich genau aus nördlicher Richtung kam (BRAUN & THIERMANN 1981).

Die Stauchmoränen bei Elten (Abb. 4) standen in Verbindung mit Moränenzügen im Raum Kleve. Der Rhein, der heute im Bereich der Gelderschen Poort nördlich von Kleve die saalezeitlichen Höhenzüge durchbricht, floß während der Saale-Kaltzeit noch weiter südlich als heute.

Das typische Ablagerungsprodukt der Inlandgletscher ist die Grundmoräne. Dabei handelt es sich um den Gesteinsschutt, den die Gletscher auf ihrem Weg aufnahmen und mittransportierten. Nach dem Abschmelzen des Eises blieben diese Sedimente als ein unsortiertes Gemisch aus Ton, Schluff und Sand mit eingelagerten Geschieben zurück.

Stauchendmoräne Eltenberg

Abb. 4: Stauchendmoräne Eltenberg

Die saalezeitliche Stauchendmoräne bei Elten bildet einen markanten Höhenzug.

Im Emmericher Stadtgebiet sind kaum Reste der Grundmoräne vorhanden. Im Bereich der Stauchendmoräne von Elten und in ihrer nördlichen Fortsetzung auf niederländischer Seite gibt es kleinräumige Vorkommen von Grundmoräne. Dies zeigt, dass der Gletscherrand oszillierte. Die Gletscher, die die Sedimente in ihrem Vorfeld zu Endmoränen aufschoben, überfuhren diese anschließend noch an einigen Stellen und lagerten dort eine Grundmoräne ab.

Mit dem einsetzenden Rückzug der saalezeitlichen Gletscher traten aus der Gletscherfront Schmelzwasserbäche aus, die Sedimente in Form von Nachschüttsanden absetzten. Solche Ablagerungen sind in geringer Mächtigkeit im Gebiet des Eltenberges und auf der angrenzenden niederländischen Seite vorhanden.

Eem-Warmzeit

Die Klimaentwicklung der Eem-Warmzeit verlief ähnlich wie im Holozän, wobei es aber insgesamt etwas wärmer wurde als im Holozän (EHLERS 1994). Der Rhein begann am Anfang der Eem-Warmzeit, in weiten Mäanderbogen zu fließen. Grund war der hohe Stand des Meeresspiegels und das damit verbundene geringe Gefälle, das der Fluss zu passieren hatte. Der Rhein floß weiter östlich als heute und damit außerhalb des Emmericher Stadtgebietes.

Gelegentlich finden sich am Niederrhein humose Ablagerungen aus der Eem-Warmzeit unterhalb der weichselzeitlichen Niederterrasse. Es sind Ablagerungen, die meistens in verlandeten Altwasserarmen entstanden. Auch im Untergrund des Emmericher Stadtgebietes treten solche Vorkommen kleinräumig auf.

Weichsel-Kaltzeit

Während der Weichsel-Kaltzeit erreichte das Inlandeis den Niederrhein nicht mehr. Es herrschte ein Periglazialklima. In diese Zeit fällt die Aufschotterung der Niederterrasse des Rheins, da der Fluß mit der kaltzeitlichen Klimaänderung begann, sein mäandrierendes Abflussverhalten auf ein verwildertes Flusssystem umzustellen.

Bevor die Aufschotterung der Niederterrasse begann, gab es zunächst eine Phase starker Erosion, in der der Rhein sich in den Untergrund eintiefte. Anschließend entstanden vielerorts am Niederrhein zwei Terrassenkörper, wobei sich die Jüngere Niederterrasse erosiv in den Sedimentkörper der Älteren Niederterrasse eingeschnitten hat.

Da die Jüngere Niederterrasse durch Bims-Einlagerung aus dem Vulkanausbruch des Laacher Sees zeitlich in die Jüngere Dryas-Zeit eingeordnet werden kann, muss die Entstehung der Älteren Niederterrasse zuvor beendet gewesen sein. Im Emmericher Stadtgebiet findet sich nur die Ältere Niederterrasse. Sie ist in der Rheinebene bei Emmerich durchweg vorhanden, wird allerdings von jüngeren Sedimenten überdeckt. Die Ältere Niederterrasse in Emmerich besteht aus sandig-kiesigen Sedimenten. Ihre Mächtigkeit liegt allgemein zwischen 5 und 15 m (BRAUN & THIERMANN 1981). Wo sie die Untere Mittelterrasse der Saale-Kaltzeit überlagert, ist eine Abgrenzung im Liegenden wegen der petrographischen Ähnlichkeit beider Terrassen meistens nicht exakt durchführbar.

Im Spätglazial kam es zu Klimaschwankungen zwischen milderen und dann wieder kälteren Abschnitten. Dies hatte auch Einfluss auf das Erosions- und Akkumulationsverhalten des Rheins. Während der wärmeren Phasen des Bölling- und Alleröd-Interstadials lagerten sich Hochflutlehme auf der Oberfläche der Älteren Niederterrasse ab. Sie können rund 2 m mächtig werden. Die Absetzung von Hochflutlehmen dauerte bis in das Holozän hinein an.

In der vegetationsarmen Landschaft des Spätglazials wurden unter trockenkalten Klimabedingungen große Mengen an Sand durch den Wind aufgenommen und verfrachtet. Dieser Flugsand wurde meistens nach kurzem Transportweg wieder abgelagert. Der weichselzeitliche Flugsand wird als Älterer Flugsand bezeichnet. Er findet sich großflächig im Gebiet der Emmericher Innenstadt und besteht aus gelblich-bräunlichen Fein- und Mittelsanden, die etwa bis zu 2 m mächtig werden.

Holozän

Mit dem Holozän begann die aktuelle Warmzeit. Nach einem schnellen Temperaturanstieg im Präboreal und Boral wurde mit dem Atlanktikum das bisherige Wärmeoptimum des Holozäns erreicht (Abb. 5). Im anschließenden Subboreal und verstärkt im Subatlantikum wurde das Klima dann wieder kühler. Mit der schnellen Erwärmung am Anfang des Holozäns vollzog sich die Wiederbewaldung des Niederrheins.

Flugsandbildung fand auch noch im Holozän statt. Dieser Jüngere Flugsand liegt meistens über dem Älteren Flugsand. Er ist also in seiner Verbreitung an die Vorkommen des Älteren Flugsandes gebunden. Er entstand vornehmlich im Subboreal und Subatlantikum und ist somit eine sehr junge Bildung. Stellenweise wurde der Jüngere Flugsand zu Dünen aufgeweht, die sich als kleine Hügel morphologisch gut erkennen lassen. Eine Zone mit Jüngerem Flugsand erstreckt sich von Emmerich-Speelberg bis nach Emmerich-Borghees. Dünne Lagen von Flugsand bedecken auch an mehreren Stellen die Niederterrasse.

Abb. 5: Gliederung des Holozäns

Mit der holozänen Erwärmung begann der Rhein sein Abflussverhalten zu verändern. Im Präboreal kam es zu einer Erosionsphase. Der Fluss schnitt sich in die während der Weichel-Kaltzeit aufgeschotterte Niederterrasse ein. In der Folgezeit gab es am Niederrhein mehrere Mäandrierungsphasen, die sich in Abhängigkeit des Meeresspiegelstandes und der Niederschlagsmenge entwickelten. Dabei entstanden große Mäanderbögen, die heute als Altrheinarme in ihrem ehemaligen Verlauf noch gut zu erkennen sind.

Als Abschluss der fluviatilen Sedimentation liegen über Niederterrasse und pleistozänen Hochflutlehmen verschieden alte Auenlehme des Holozäns. Sie sind in der Rheinebene östlich des Eltenberges das am weitesten verbreitete Sediment an der Geländeoberfläche. Es handelt sich dabei um tonig-schluffige, teilweise auch sandige und meistens karbonathaltige Absätze. Ihre Mächtigkeit beträgt maximal rund 3 m.