Glacier Reseach in the Alps

“It has already been said, that no small part of the present work refers to the nature and phenomena of glaciers. It may be well, therefore, before proceeding to details, to explain a little the state of our present knowledge respecting these great ice-masses, which are objects of a kind to interest even those who know them only from description, whilst those who have actually witnessed their wonderfully striking and grand characteristics can hardly need an inducement to enter into some inquiry respecting their nature and origin.”

James, D. Forbes (1900): Travels Through the Alps.

Today glaciers are studied worldwide and monitored as climate proxies, and the recent measurements show that almost all of them are retreating. The story about glaciers, their influence on the landscape and their possible use to reconstruct and monitor climate is an intriguing one, with many triumphs, setbacks and changes of mind.

Alpine glaciers at the beginning of the 20th- and in the early 21st-century.

For centuries, if not even millennia, the high-altitude regions of mountain ranges were visited and traveled by man, however, they were also forbidding places. The glaciers, masses of ice enclosing peaks and extending their tongues into valleys, were considered haunted by mountain spirits.

Despite such myths, there were some early insights of what glaciers actually really are. Greek historian and geographer Strabo (63 BC – 23 AD) describes a voyage through the Alps:

“… there is no protection against the large quantities of snow falling, and that form the most superficial layers of a glacier … []. It’s a common knowledge that a glacier is composed by many different layers lying horizontally, as the snow when falling and accumulating becomes hard and crystallizes … []”

However, this early knowledge got lost and was only rediscovered in the Renaissance. Between 1538 and 1548 glaciers were labeled (even if not depicted) with the term “Gletscher” on topographic maps of Switzerland. The first historic depiction of a glacier is considered the watercolor-painting of the Vernagtferner in the Ötztaler Alps, dated to 1601. The Vernagtferner was a glacier that repeatedly dammed up the glacial lake Rofen, which outbursts caused heavy damage and loss of property, particularly in the years 1600, 1678, 1680, 1773, 1845, 1847 and 1848.

The valley of Rofen with the advancing Vernagtferner and ice-dammed lake, after Abraham Jäger , 1601.
The valley of Rofen with the Vernagtferner (on the right) in 2007.

Swiss naturalist Johann Jakob Scheuchzer, visiting in the year 1705 the Rhône Glacier, published his observations of the “true nature of the springs of the river Rhône” in the opus “Itinera per Helvetiae alpinas regiones facta annis 1702-1711″, and confirms the idea that glaciers are formed by the accumulation of snow and they move and flow. The increasing interest to study glaciers in the Alps is also encouraged by enthusiastic travel reports. A.C. Bordier describes in his “Voyage pittoresque aux glaciers” (1773) the Bosson glacier as a “huge marble ruins of a devastated city.” Swiss naturalist Horace Benedict de Saussure was fascinated by the mountains of his homeland and an enthusiastic alpinist. After 1760 he traveled more than fourteen times through the Alps (considering the possibilities in this time an extraordinary achievement) to explore valleys and mountains. In the years 1767 to 1779 the first volume of his “Voyages dans les Alpes” was published, where he collected his observations and theories about the visited glaciers. He recognized moraines and large boulders as the debris accumulated by the glacier and proposed to map them to determine the former extent of glaciers. Despite this exact statement, de Saussure failed to connect large boulders found in the foreland of the mountains to the glaciers of the Alps. He assumed that these rocks were transported to their recent locations by an immense flood. The biblical flood explained why boulders found scattered around the plains of Germany came from outcrops located in Scandinavia or the Alps. However, to transport the boulders from the mountains, the flood had to reach 1000s of meters.

Despite such problems, the idea of a flood as the explanation for “glacial” deposits in Europe was largely accepted. Even famous 19th-century geologists like Charles Lyell and Charles Darwin assumed that huge erratic boulders were transported by ice-rafts. That glaciers could flow far out of their valleys was, however, not an impossible idea for local inhabitants, who observed and experienced the growth and retreat of glaciers.

In 1815 the Swiss chamois hunter Jean Pierre Perraudin discussed with the engineer Ignatz Venetz his theory of former glaciers covering the Val de Bagnes. Impressed by such an idea, Venetz mapped geological features that made him recognize that not only the studied valley was once covered by ice, but the entire Swiss Alps. Vernetz’s lecture at the assembly of the Swiss Association for Natural History in 1829 was meet little interest. Only Jean de Charpentier, director of the salt mine in the city of Bex, was interested in this new theory. Charpentier himself started a detailed mapping project and in 1834 presented before the Swiss Association the results of his investigations, but again the ice-age theory was met with more criticism than interest. One of the critics in the public was a former student of Charpentier, named Jean Louis Rodolphe Agassiz, a young but respected paleontologist. Charpentier invited Agassiz to visit the city of Bex and surrounding mountains, to observe the recent glaciers and test the theory of former glaciers covering the Alps. In 1837 Agassiz held an enthusiastic lecture about glaciers and ice-ages. Three years later he published a detailed study of modern glaciers in his “Etudes sur les glaciers.” However, even Agassiz experienced the same skepticism as many other ice-age proponents before. His friend, the

“I think that you should concentrate your moral and also your pecuniary strength upon this beautiful work on fossil fishes … In accepting considerable sums from England, you have, so to speak, contracted obligations to be met only by completing a work which will be at once a monument to your own glory and a landmark in the history of science … [] … No more ice, not much of echinoderms, plenty of fish …”

German geographer Alexander von Humboldt in a letter to Agassiz.
Glacial polished surfaces in Agassiz‘s 1840 glacier book and on an outcrop.

However, Agassiz didn’t surrender to criticism so easily and decided to use his good connections to the most important geologists of his time to popularize the ice-age theory. Agassiz’s research on the Unteraar-glacier in Switzerland established the foundations of glaciology; he recorded the dimension of the glacier, its velocity and even ventured inside the glacier by passing through a glacial mill. Soon after, the measurements methods introduced by Agassiz were carried out on various glaciers of the Alps and repeated nearly every year. The historical records showed various fluctuations, but since 1850 the glaciers in the Alps are quickly retreating. Especially in the last decades, the vanishing glaciers are a cause of concern, as they are unequivocal signs of a warming climate.

Literatur:

  • KRÜGER, T. (2008): Die Entdeckung der Eiszeiten – Internationale Rezeption und Konsequenzen für das Verständnis der Klimageschichte. Wirtschafts-, Sozial- und Umweltgeschichte Bd., Schwabe Verlag: 619

Why Plate Tectonics was not invented in the Alps

“Like Venus, the theory of plate tectonics is very beautiful and born out of the sea.”

R. Trümpy, 2001

For over 200 years the Alps have been visited by geologists. For most of this time, they wondered how mountain ranges like the Alps formed. Folded sediments suggested forces pushing and squeezing the rocks. In the 18th century Swiss naturalist Johann Jakob Scheuchzer depicts and describes folds in the Swiss Alps, explaining them as layers deposited and then folded by the biblical flood.

The mountains around the Urnersee, from Scheuchzer´s “Helvetiae Stoicheiographia”, published in 1716.

German geologist Leopold von Buch (1774-1853) was convinced that mountains form like a bubble in Earth’s crust. Large magma intrusions displace and fold the superficial sedimentary layers. Von Buch believed that his theory could also explain the complex geology of the Alps, with magmatic and metamorphic rocks forming the inner zones and sedimentary rocks (like found in the Dolomites and the Northern Calcareous Alps) forming the outer borders. Based on von Buch’s research, French geologist Elie de Beaumont proposed that tilted and folded layers of different age were formed by periodic “magmatic” pulses. At first, the horizontally deposited sediments are uplifted by the intrusion of a magmatic core. In a second phase, the layers become tilted and then new layers form by the erosion of older layers. The undeformed layers are tilted by a new orogenic cycle and so on. However, British geologists later showed that this theory couldn’t work as proposed. If a mountain formed around a magma intrusion, all the sedimentary layers should show similar strike and dip, but the strata in the Alps were tilted chaotically.

Central Gneiss of the Tauern Window (covered by snow) surrounded by former sedimentary rocks, now thick-banked marble (mountain in the middle of the photo) and schist (on the left) of the Penninic Ocean. Seen at first as evidence of von Buch’s theory of magmatic rocks uplifting sedimentary layers, nowadays it is seen as a example of the Alpine nappe structure. Here partial erosion removed part of the nappe, forming a tectonic window, where the oldest rocks found in the Alps remerge to the surface.
Elie De Beaumont’s mountain-building theory: (1) previously horizontal beds (b), tilted up and contorted on flanks of rising core (a), and younger flat beds (c) extending up to the foot of the chain;(2) in this case, also beds (c) are disturbed and flanked by new horizontal deposits (d).

A new theory – the Contracting Earth theory – was later formulated by American geologist James Dwigth Dana. This theory explained mountains and continents as products of a cooling and shrinking Earth. Like the surface of an old and dry apple, the shrinking Earth would develop fissures (basins) and wrinkles (mountains).

Austrian geologist Eduard Suess suggested in his book Die Entstehung der Alpen (1875; The Origin of the Alps) and multi-volume work Das Antlitz der Erde (1883-1909; The Face of the Earth, English edition 1904-1924) that deep-sea trenches found along the borders of the Pacific Ocean are zones where the seafloor is pushed beneath the continents. However, also Suess imagined that “the horizontal and uniform movements” of rock layers could be explained by variations in Earth’s circumference. In 1906, Austrian geologist Otto Ampferer imagined with his “Unterströmungstheorie“ large currents in Earth’s mantle, pulling the upper crust, creating mountains like folds in a carpet. However, Ampferer and many other geologists working in the Alps used such theories only to explain very localized tectonic movements, like the thrust belt found in the Northern Calcareous Alps, mapped by Ampferer.

Thrusts had been noted in the Alps since the middle of the century, for example by Bernhard Studer (1853) and Arnold Escher (1841). In the Glarus Alps a spectacular thrust – here older Permian red beds and Mesozoic limestone cover younger Eocene to Oligocene Flysch – was explained by Escher and later by Albert Heim as a large “double fold”, a recumbent fold with inverted layers. In 1884, Marcel Bertrand proposed that a single, north-facing tectonic nappe could explain the inverted stratigraphy. The nappe was thrusted on older layers by the gravitational collapse of the mountains, when single sheets of sedimentary rocks sliding downwards get stacked atop each other.

Section with the “Glarus double fold” by Albert Heim, from Livret- Guide Géologique, 1894.

The Contracting Earth theory could explain the immense forces needed to crack and fold rocks on a global scale. However, it failed to explain the irregular distribution of mountains on Earth. According to the Contracting Earth theory,  features like mountain ranges should be distributed randomly on the uniformly shrinking planet. However, even a short glimpse on a map or globe shows that mountain ranges are not randomly distributed, but rather form long chains, like the Alps, the Caucasus and the Himalayas; or are instead found along one side of a continent, like the Rocky Mountains or the Andes, but not on the other side.

Tectonic map of Europe published by Eduard Suess in 1893. Suess was among the first to describe the tectonic structure of the Alps and together with Franz von Hauer he worked on a geological section. He recognized that European mountain-ranges were the product of at least three distinct orogenic cycles – the Alpine System (Alps, Pyrenees, Dinarides), the Variscian System (Bohemian Mass and truncated uplands in Spain and France) and the Caledonian System (truncated uplands in England and Scandinavia).

In January 1912 the German meteorologist Alfred Wegener presented in his public lecture Die Heraushebung der Großformen der Erdrinde (Kontinente und Ozeane) auf geophysikalischer Grundlage (The formation of large features of Earth’s crust (Continents and Oceans) explained on a geophysical basis) for the first time his idea of the ancient supercontinent Pangaea, from which all modern continents split apart. Three years later he publishes his book Entstehung der Kontinente und Ozeane, translated in the third edition and published in 1922 as The origin of continents and oceans. According to Wegener, ocean basins form as continents split apart, mountains are formed as continental crust collides with the oceanic crust or other fragments of continental crust. Swiss geologist Émile Argand used in 1916 Wegener’s hypothesis to explain the closure of the Tethys Ocean, once located between Europe and Africa, and subsequent folding and overthrust of marine sediments on the continental crust of Europe.

Swiss geologist Emile Argand’s 1916 diagram of the western-Alpine geosyncline during its initial contraction (embryotectonics) with syn-orogenic emplacement of mafic magma (black, Piedmont ophiolites) along the sheared lower limb of the Dolin-Dent Blanche geoanticline. Simplified legend: (1) rigid foreland, (2) epicontinental basin, (3) Valais foredeep, (4) Gran St. Bernard nappe (5) Piedmont basin, (6) Dolin-Dent Blanche nappe.
Argand adopted between 1909 and 1934 the idea of nappes in the geology of the Alps, here a generalized view of the Europe-vergent Alpine thrust belt. Note that the Eastern Alps (4) override the western Alpine nappe stack (2-3), and its root zone is indented and back-folded by the Southalpine hinterland, in turn, deformed by south-vergent thrust. The Western Alps consist of ophiolite-bearing cover sequences (3) and Penninic nappes (2), squeezed out from the contraction of Alpine geosyncline (I-III: Simplon-Ticino nappes;IV-V-VI: Gran St. Bernard-Monte Rosa-Dent Blanche nappes), and overthrown onto the sliced (a-b: Helvetic basement) and undeformed (c) European foreland (1).

Despite Argand’s nappe theory could explain many mysteries of Alpine geology, like old and young rocks found together or the tectonic structure of the Alps, it would need almost another 50 years until it was widely accepted.

Argand’s 1911 cross-section of the Swiss Alps showing the tectonic nappes of the Adriatic microplate (in red and numbered VI), subducted Penninic Ocean (blue), Briançonnais microcontinent (violet and numbered V), European Plate (pink and numbered IV). The Dent Blanche nappe hosts also the famous Matterhorn, old African continental crust overthrusted onto younger sediments and oceanic crust of the Penninic Ocean.

Wegener’s continental drift theory (a catchy phrase adopted mainly by his critics, as Wegener talks more general of displacement theory) was received with mixed feelings. Most geologists regarded it as cherry-picking of data. Only a few geologists became convinced of his idea. Wegner himself reacted to the critics and tried to respond to them in various editions of his book, however with moderate success. The greatest problem facing Wegener was the lack of direct evidence for the movements of continents. No mechanism was known to be powerful enough to move entire continents. Wegener proposed gravitational pull, tidal and centrifugal forces, but British geophysicist and astronomer Harold Jeffreys (1891-1989) demonstrated that such forces are too weak to explain moving continents. Wegener will die in 1930. His continental drift theory is in many aspects erroneous. Not the single continents move, but fragments of Earth’s crust and the driving forces comes from within the planet, not from the outside. But Wegener’s work introduced the idea of moving continents to the scientific community and the public and decades later this legacy will influence a new kind of theory – modern Plate Tectonics.

Between 1959 and 1977, geologists Marie Tharp and Bruce Charles Heezen, published the first maps of the seafloor, showing what seemed to be large rift zones, where new crust can form as lava pours out from submarine fissures. Canadian geologist John “Jock” T. Wilson introduces in the 1960s with the mid-ocean ridges (where new crust forms), subduction zones (where old crust sinks back into Earth’s mantle) and transform faults (accommodating lateral movements) the modern elements of plate tectonics. Harry Hammond Hess, US Navy commander at Iwo Jima, a prospector in Zambia and later professor at Princeton, in 1962 publishes a paper that will become one of the most widely cited geophysics paper for years. He hypothesized that the seafloor widens along the mid-ocean rifts and crust movements are driven by currents in Earth’s mantle, providing also a mechanism for plate tectonics and so mountain building. (to be continued).

Austrian geologist Albrecht Spitz’s geologic cross sections of the Engadin Dolomites (1914), showing tectonic nappes and faults – a novelty at a time when most structures in the Alps were interpretated as large-scale folds.

References:

  • DalPIAZ, G.V. (2001): History of tectonic interpretations of the Alps. Journal of Geodynamics 32: 99-114
  • FRANKS, S. & TRÜMPY, R. (2005): The Sixth International Geological Congress: Zürich, 1894. Episodes, Vol. 28, no. 3: 187-192
  • HEIM, A. (1919-1922): Die Geologie der Schweiz.
  • SEARLE, M. (2013): Colliding Continents: A geological exploration of the Himalaya. Oxford University Press: 438
  • STÜWE, K. & HOMBERGER, R. (2011): Die Geologie der Alpen aus der Luft. Weishaupt Verlag: 296
  • TRÜMPY, R. (2001): Why Plate Tectonics was not invented in the Alps. Int J Earth Sciences Vol. 90: 477-483

Battlefield Dolomites: How Geology Shaped Mountain Warfare

The Great War (1914-1918), fueled by technological innovations and the industrial revolution, was a new type of war. Every corner of the world was touched, from the sea to the highest peaks of the Alps. Entire landscapes were devastated by high-energy explosives.

The Lagazuoi overlooking the Falzarego-Pass in the Dolomites. During WWI the Austrian front-line followed the crest of the mountain, the Italians occupied the ridge in the middle of the cliff.

May 23, 1915, Italy declares war on Austria-Hungary, bringing the war also into the Dolomites. The Austrian military high command fears that the Italian army now can reach the capital city of Vienna in just a few days, so the local troops are ordered to fortify the most important routes and mountain passes in the region. There was no experience with combat in such an extreme environment. Braced by snow-capped mountains, neither side can find a way to dislodge their enemy.

Simplified geological map of the Alps.

Of strategic importance was the Falzarego-Pass. The nearly vertical cliffs of the Lagazuoi, a 2.835 meter-high mountain, overlook this pass. The Austrian forces fortified the mountain summit, attacked from below by the Italian forces. It was almost impossible to directly attack the enemy, defending himself with machine-gun nests and taking shelter behind rocks. The military tried to solve this problem with tactics first successfully adopted in the plains of France. Tunnel warfare involves the construction of long tunnels beneath the enemy lines, large quantities of explosives are then detonated to form a breach. In the Dolomites, explosions were also used to trigger rockfall and kill the enemy.

Machine-gun nest overlooking the Lagazuoi, hidden in a cavern built into Cassian-Dolomite.

In July 1916, to reach the Italian position located on a rock ledge (formed by a large fault) on the southern side of the Lagazuoi, the Austrian army started to dig a tunnel from the northern side. Adopting a similar strategy, the Italian army tried to dig a tunnel beneath the peak of the Lagazuoi. The Austrians detonated the first mine on January 14, 1917.

The Lagazuoi is composed of the Cassian-Dolomite, the dolostone core of a former Triassic reef. The relative plain summit of the Lagazuoi is formed by erodible marl deposits of the Heiligkreuz- and Travenanzes-Formation. The Falzarego-Pass and nearby Valparola-Pass are located in the former basin sediments (soft sandstone and marl formations) separating the Lagazuoi reef from nearby carbonate platforms.

Cross-section through the Lagazuoi. a) San Cassiano Fm; b) shallow-water deposits of the San Cassiano Fm; c) Cassian Dolomite; d) Heiligkreuz Fm ; e) Dibona sandstone, (1) lower member of marls, calcarenites and sandstones; (2) upper carbonate beds; f) Travenanzes Fm; g) Dolomia Principale (Trombetta 2011).

The hard dolostone is deformed and broken by tectonic forces. However, the rock was much harder to excavate than expected. Working incessantly the miners were able to advance 9 meters a day. Between 1915 to 1917, when the war in the Dolomites ended, more than 34 such tunnel blasting operations were attempted, 20 by the Italian and 14 by the Austrian military.

WWI trench on the Lagazuoi summit dug into the softer Heiligkreuz- and Travenanzes-Formation.

In 1917, shortly before detonating a mine, the Italian soldier Luigi Panicalli wrote: “I realize that in just some moments the results of all the months of work and suffering will become visible. I’m like petrified. In the last moments my thoughts are by the enemy – poor guys – do they feel death approaching? Do they know, that the enemy is inside the mountain, ready to blast them from the mountain down into their graves?“

Detonation of a mine on the Lagazuoi by the Italian forces May 22,1917, to dislodge the Austrain forces still occupying the summit. 41 soldiers were killed.
Crater and debris formed by a mine on May 22, 1917.
Crater and debris formed by mine detonation on June 20, 1917.

References:

Erdpyramiden im Pustertal

“Piramidi di terra”! Meravigliose rovine, meravigliosi resti della naturale opera di demolizione … delle acque e delle intemperie su un’altra opera costruita dalla natura.”

Giuseppe Nangeroni
Erdpyramiden in Südtirol.

Die Erdpyramiden von Platten sind das bedeutendste Erdpyramidenvorkommen des Pustertales, auch wegen der Vielfalt der Gebilde. Sie bestehen aus hellgrüngrauem, vorwiegend granitischem Grundmoränenschutt der entlang des Litschbaches über Wielenberg vorkommt. Vor einige hundert Jahren gab es durch ein Unwetter einen Erdrutsch, der den damals bestehenden Karrenweg zwischen Thalerhof und Aschbach unterbrach. Es wäre zwar leicht gewesen, die Abbruchstelle mit Erde aufzufüllen, doch es tat niemand, da es keine wichtige Verbindung war. Im Jahre 1882 kam es wieder zu einem großen Unwetter und es bildete sich ein großer Graben. Durch wiederholtes abschwemmen und auswaschen des eiszeitlichem Moränengeschiebes entlang der Seitenhänge des Litschbaches blieben die lehmhaltige Säulengebilde mit den daraufliegenden Steinen stehen. Heute liegt die Erosionszone in einer Höhe von 1550 bis 1750 Meter. Die mit einem Deckstein versehenden Erdpyramiden weisen verschiedene Formen auf, dünn und zart die einen, dick und klobig die anderen. Diese Erdpyramiden verändern sich ständig, besonders im Winter und Frühling bilden sich immer wieder neue Säulen.

Die Erdpyramiden von Terenten sind insofern interessant, als ihre Geschichte sehr genau bekannt ist – sie gehen auf ein Unwetter (mit mehreren Toten) im Jahre 1837 zurück, als der Terner Bach den Steilhang freilegte und so die Erosion der überkonsolidierten Moräne begann. Sie bestehen aus hangwärts geschichtetem, kristallinem Moränenschutt an der Ostseite von Terenten in rund 1450 Meter Höhe. Um 1920 sind einige zerschnittene Kämme beschrieben, um 1935 einige Erdpyramiden mit Deckstein und um 1956 bereits eine „Erdpyramidenlandschaft.“

„Die unterste Lage des Gletscherschutts ist hellgrau und undeutliche geschichtet; sie enthält fast ausschließlich grobkörnige Granitmaterial und ziemlich abgerundete Steine und Felsblöcke. Die darüberliegenden Schicht ist dunkler und enthält Granit, Orthogneis und etwas Grünschiefer; sie ist deutlich geschichtet und völlig ohne größere Gesteinsbrocken. Die oberste, ein paar Meter hohe Lage besteht wieder aus hellem Material. Gegen den Berg hin herrschen Racheln und Ruinenstädte mit mächtigen Pfeilern vor […] talwärts stehen hingegen spitzkegelige und klassische Pyramiden. Interessant ist die Tatsache , daß die Erosion hier auf zwei Schuttmassen mit fast gleichen Eigenschaften eingewirkt hat: in der mit Felsblöcken kam es zur Bildung von Pyramiden der klassischen Form, in der anderen, die keine Felsblöcke enthält, konnten sich nur Ruinenstädte und Racheln bilden.“

PERNA (1971): Erdpyramiden im Trentino und in Südtirol.

Die Ablagerungen sind im Gegensatz zu klassischen Moränen schwach geschichtet, Hinweiß das es sich um umgelagertes Moränenmaterial, wahrscheinlich durch fluviatile Prozesse vor dem sich zurückziehenden eiszeitlichen Talgletscher, handelt.

Literatur:

  • BENL, G. (): Über Südtiroler Erdpyramiden und ihre Entstehung.
  • CLERICI, A. (2013): Passeggiate Geologiche in Valle Isarco. Casa Editrice A. Weger, Bressanone: 363
  • KLEBELSBERG, R. (1956): Südtiroler geomorphologische Studien – Das Pustertal (Rienz-Anteil). Schlern Schriften Bd.151:
  • PERNA, G. (1977): Piramidi di terra nel Trentino-Alto Adige. Manfrini Editore.
  • STAINDL, A. (1976): Kurze Geologie von Südtirol.

Geologie der Dolomiten: Der Brixner Granit und der Kampf um Tirol

“Im Inneren des Erdballs hausen geheimnisvolle Kräfte, deren Wirkungen an der Oberfläche zutage treten: Als Ausbrüche von Dämpfen, glühenden Schlacken und neuen vulkanischen Gesteinen, als Auftreibungen zu Inseln und zu Bergen.”

Alexander von Humboldt

Anfang des 19. Jahrhunderts machte sich die französische Armee unter der Führung von Napoleon Bonaparte auf, ganz Europa zu unterwerfen. Das österreichische Reich wurde 1805 geschlagen und Tirol wurde dem Königreich Bayern zugeschlagen. Die Regierung in Wien wagte keinen offenen Widerstand gegenüber Napoleon, förderte aber insgeheim lokale Aufstände. Erst im April 1809 erklärte Österreich offen Frankreich und seinen Verbündeten den Krieg, wobei die regulären österreichischen Truppen bereits im Juli besiegt wurden. Die Tiroler Freiheitskämpfer wurden in den breiten Tälern rund um Innsbruck rasch von den überlegenen Truppen überrannt. Im August 1809 zogen sich die Aufständigen deshalb in die engeren Tälern südlich von Sterzing zurück. Die feindlichen Truppen, die Soldaten aus Thüringen, Bayern und Sachsen umfassten, verfolgten sie. Man brach am 4. August in Sterzing mit rund 2000 Mann auf und erlebte noch am selben Tag im schluchtartigen Eisacktal zwischen Oberau und Niederau (heute Ortschaft Franzensfeste) den Untergang der Division. Schützen und Landsturm hatten sich das Gelände zunutze gemacht und Steinlawinen vorbereitet, die auf die Soldaten niederdonnerten. Die feindlichen Truppen zogen sich am nächsten Tag unter schweren Verlusten zurück, die Sachsen mussten am längsten aushalten. Nach der Schlacht ging die Gegend daher als Sachsenklemme in die Geschichte ein.

Benitius Mayr, Kampf in der später “Sachsenklemme” genannten Verengung des Eisacktales am 4./5. August 1809.

“Der vierte August war der denkwürdige Tag, wo unsere Division bei den Ortschaften Mittewalde und Niederau, 4 Stunden von Sterzing, auf dem Wege nach Brixen von einem stark überlegenen Korps Tyroler Bauern und Scharfschützen unerwarteter Weise angegriffen wurde, welche den Sandwirt Franz (!) Hofer, den Chef des Inn- und Eisachthales …, zu ihrem Heerführer erkoren hatten. … denn wir defilierten in einer Kolonne am diesseitigen Ufer der Eisach vorwärts, ohne uns zugleich das jensetige zu sichern, zu welchem eine Brück bei Sterzing himüberführt. Der Weg zieht sich am Ende des Thals an diesem Bache zwischen einer Reihe hoher Berge durch, die ihn so eng einschliessen, dass nirgends auszuweichen ist. Kaum waren wir bei Mittewald angelangt, als das 4. Regiment unserer Division (Weimar-Gotha) an der Spitze der Kolonne einer fürchterlichen Kugelregen von beiden Seiten der Berge erhielt, deren Bäume den feindlichn Schützen zur Anlage und zur Schutzwehr dienten, während die Kolonne im Vordringen durch einen starken Verhau und grosse Felsenstücke aufgehalten, und von herabgerollten Steinen in der linken Flanke angegriffen wurde. … Wir folgten ihnen laufend nach, während eine Menge Steine sich zwischen unsere Kolonne herabstürzten, und uns zu zertrümmern droheten. Wir hatten aber so kaum 1/4 Stunde Weges zurückgelegt, als vor Niederau, wo der Gebirgspass am engsten ist, das Gewehrfeuer von vorne anfing und mit dem Steinigen furchtbarer … Dieser Bach, … der sich, mit Schaume bedeckt, zwischen grossen Steinklumpen durchdrängt, die aus den Fluten hervorragen, erregt durch seinen starken Fall und das Abprallen gegen die Steine ein so entsetzliches Geräusch, das man fast betäubt wird, und er alles mit wilder Wut fortzureissen drohet, was ihn berührt. Der felsige Weg bildet sein hohes Ufer, und einige Soldaten hatten das Unglück, von Steinen hinabgeschleudert zu werden, … Kurz, das Wilde und Grausige der Natur war hier mit den Schrecknissen der Waffen gepaart, und keine Gegend der Erde konnte deshalb schicklicher zum Morden gewählt sein.”

Beschreibung des anhaltischen Stabsarztes Dr. Kretschmer, der im Sommer 1809 den Feldzug nach Tirol mitmachte.
“Mörderisches Gefecht am Brenner”, wobei die Kämpfe in der “Sachsenklemme” zu verstehen sind, zeigt die Tiroler beim Lösen eines Felssturzes hoch über den feindlichen Soldaten in der Sachsenklemme. Abbildung aus einer Reihe mit bildlichen Schilderungen vom aktuellen Kriegsgeschehen, herausgegeben von Friedrich Campe in Nürnberg.

Die Sachsenklemme verdankt ihre Entstehung den verschiedenen Gesteinstypen die hier vorkommen. Sterzing liegt in einer großen Talmulde, umgeben von relativ leicht verwitterbaren metamorphen Schiefern des Altkristallins. Südlich von Sterzing liegt dagegen der Brixner Granit. Der Eisack und mehrere Zubringer haben hier enge Schluchten in das harte Gestein gegraben und reichlich Geröll in der Tallage abgelagert.

Der Brixner Granit ist eigentlich ein mittel- bis grobkörniger Granodiorit mit reichlich Orthoklas, Quarz, Plagioklas, Biotit und Spuren von Chlorit, Epidot, Zoisit, Prehnit, Calcit, Turmalin, Granat, Zeolithe, Flourit, Muskovit und Talk. Bei einer genaueren Betrachtung zeigen sich verschiedene Gesteinstypen innerhalb der Intrusion des Brixner Granits, wie Leukogranit, Amphibol-Granit, Gabbro, Pegmatite und Aplite, wobei der Granodiorit dominiert. Eine Unterscheidung erfolgt aufgrund des Vorhandenseins von mafischen (dunklen) Mineralien, sowie Hell- und Dunkelglimmer. Das Rotes Mandl (2417 Meter) in den Sarntaler Berge besteht aus rötlichen Brixner Granit, der dort bis ins Flaggertal hinunterzieht. Es handelt sich um eine rosafarbene Orthoklas-reiche Granitvarietät am Rand der Intrusion, die auch als Flagger Kalkgranit bezeichnet wird, aufgrund des Kalziumgehalts des Feldspats. Pegmatite treten in begrenzten Linsen auf, häufiger längs der rechten Talseite bei Grasstein. Im Puntleider Tälchen lag auch ein historisches Bergbaurevier.

Handstück von Brixner Granit.
Handstück von Gabbro.

Granitintrusion können entlang aller tektonischen Plattengrenzen gefunden werden, sind aber besonders häufig in Gebirgen, die durch den Zusammenstoß von zwei Kontinente aufgefaltet werden. Die Magmaintrusion des Brixner Granits geht auf die Kollision mehrerer Kontinente, und die darauf folgende Entstehung des Superkontinents von Pangea vor 285 bis 275 Millionen Jahren, zurück. Unter den Superkontinent kam es zu einem Wärmestau und Aufschmelzung des Erdmantels, was zur Bildung der verschiedenen Magmatypen führte.

Nach den Tiroler Freiheitskriegen spielte der Granit noch eine Rolle als Bau- und Dekorstein. Erschließung und Abbau des Brixner Granits in einem größeren Umfang gehen mit dem Bau der Brennerbahnlinie, die in 1867 eröffnet wurde, einher.

Köcherfliegenlarve (Limnephilidae) Gehäuse überwiegend aus Glimmerschiefer, einige weiß-graue Quarz- und rötliche Quarzkörner, eingebaut wurden auch einige größere Biotit-Kristalle. Fundort: Flaggertal, im Bachbett mit Geschiebe. Einzugsgebiet mit Glimmerschiefern und Phylliten, Brixner Granitintrusion, darunter auch rötliche Granit-Variante.

Literatur:

Alexander von Humboldt in the Dolomites

In September 1822 the two German geologists Alexander von Humboldt and Leopold von Buch visited the village of Predazzo in the valley of Fassa, Italian Dolomites.

Alexander von Humboldt and other famous geologists visited and studied the Dolomites.

In the 19th-century this site was famous among geologists due to a geological mystery found nearby.

According to Neptunism, a scientific theory very popular at the time among German geologists, all rocks were formed by sedimentation from a primordial sea. Coarse-grained granite was the first rock to crystallize, always followed by younger layers of metamorphic and sedimentary rocks. However, near Predazzo a massive granite intrusion covers the layers of limestone and therefore is the younger geological formation. Von Buch explained the puzzling observation as a result of a large landslide disturbing the order of the rocks, but Humboldt was not convinced by this explanation.

The outcrop above the village of Predazzo today and a sketch from 1849. The limestone-marble (“Kalkstein”), also referred to as “predazzite“, surrounds a large intrusive body of “granite” (a monzonite-syenite). This was impossible according to the prevailing geological theories of the 19th-century, as the crust of the Earth was imagined to consist of ordered layers of various rock-types.
Samples of Predazzite – a contact-metamorphic limestone named after the village of Predazzo.
The volcanic rocks of Predazzo are associated with the volcanic system of Monzoni, a large volcano that erupted some 230 million years ago. It’s also the type locality of the granite variety “Monzonite.”

After his visit to the Dolomites, Humboldt quickly “converted” to Plutonism. Plutonists, a group of geologists named after the Roman god of the underworld, believed that volcanism played a major role in the formtion of rocks. Large chambers of molten magma exist within Earth’s crust. Volcanoes are connected to those magmatic chambers by volcanic conduits and as the magma erupts, it cools quickly and forms the fine-grained lava. If the magma cools slowly still stuck in the subterranean chambers, it will form an igneous rock with large crystals. Later erosion will remove the overlying rocks and expose the crystallized rock as granite. This, so Humboldt, likely happened also near Predazzo.

228-237 million years old magmatic dikes cutting through marbles (former reef limestone), as seen at the locality of Mountain of Dos Capel near Predazzo.
Contact metamorphism between a basaltic dike and former reef limestone.
Basaltic dikes (“serpentinite”) cutting through marbles (“modified limestone”) in contact with a magmatic intrusion of “granite”. Figure from Geo-Mineralogische Skizzen über einige Täler Tirols, 1848.

We nowadays know that 230 million years ago molten magma was injected under great pressure in the older limestone formation, deposited in an ancient sea. The magmatic intrusion and magmatic dikes cut through the limestone, causing the rock succession that baffled 19th-century geologists. Slowly cooling over the ages, the magma solidified and crystallized to form the monzonite-syenite and the limestone was transformed by the great heat into marble.

Geological section of the Alps with the Dolomites in the Berghaus-Atlas (1845-1862), a collection of maps printed as supplement to Humboldt’s Cosmos.

Literatur:

  • AVANZINI, M. & WACHTLER, M. (1999): Dolomiti – La storia di una scoperta. Athesia, Bolzano: 150
  • DELLANTONIO, E. (1996): Geologia delle Valli di Fiemme e Fassa. Museo Civico “Geologia e Etnografia” Predazzo: 72

Die Entstehung der Dolomiten

„Hier erblickt der Reisende zum ersten Male die Berge der Dolomiten, sie fesseln unseren Blick durch das Sonderbare ihrer Formen und das Malerische ihrer Umrisse, durch ihre scharfen Spitzen und Hörner, welche sich zuweilen in der Gestalt von Zinnen und kühnen Obelisken erheben, während andere sich wieder in eingesägten Rücken hinziehen und mit spitzen Zähnen, gleich dem Rachen eines Alligators, besetzt sind. Oft stürzen sie mit mehreren 1000 Fuß hohen Wänden senkrecht in die Täler ab und sind gewöhnlich von zahlreichen, tiefen Klüften durchschnitten. Sie sind vollkommen nackt und von jeder Vegetation entblößt und haben meist eine lichtgelbe oder weißliche Färbung.
Die Dolomitberge bilden einen vollkommenen Gegensatz zu allen anderen Gebirgen. Zuweilen nehmen sie die Gestalt von Türmen an, und bei anderen sind die Spitzen so schlank und in solcher Menge zusammengehäuft, daß man unwillkürlich an ein Bündel Bajonette oder Schwertklingen erinnert wird.

Handbook for Travellers in Southern Germany“ (Handbuch für Reisende in Süddeutschland, 1837)
Abbildung der Geislergruppe in den Südtiroler Dolomiten, um 1918.
Die Geislergruppe.

Die Eigenart der Dolomiten ist auf die Gesteinsbildung (Lithogenese), Gebirgsbildung (Orogenese) und Oberflächen- und Landschaftsbildung (Morphogenese) zurückzuführen.

Im Jahre 1789 durchquerte der französische Naturgelehrte Diedonnè-Silvain-Guy-Tancrede de Gvalet de Dolomieu zusammen mit seinem Schüler Kerl Fleuriau de Bellevue die Alpen. In Tirol, zwischen den Städten von Bozen und Trient, bemerkte er ein weißes Karbonatgestein, das jedoch im Gegensatz zu klassischen Kalkstein mit Säure nicht reagierte. Er veröffentlichte diese Beobachtung zwei Jahre später im “Journal of Physique”. Nicolas de Saussure, Sohn des großen Alpinisten und Naturforschers Horace Bénédict de Saussure, forderte daraufhin von Dolomieu einige Proben an um diese chemisch zu analysieren. De Saussure stellte fest, dass das Gestein aus einer Verbindung von Kalzium, Kohlensäure und reichlich Magnesium bestand und es sich um ein neues, unbekanntes Mineral handeln musste. 1792 publizierte er seine Analysen in einem Artikel mit dem Titel “Analyse de la Dolomie”. Das neue Mineral wurde daraufhin rasch als Dolomit bekannt und der Name des Minerals wurde bald auf die weißen Gipfel der Dolomiten übertragen (übrigens der einzige Fall wo das Mineral einer Gegend den Namen gab und nicht umgekehrt).

Leopold von Buch´s Karte “Esquisse d´une carte geologique de la parte meridionale du Trentino” (1822) zeigt die Verteilung von Karbonatgesteinen in Tirol – hellblau Kalkgestein, dunkelblau Dolomitgestein. Dolomieu sammelte die ersten Proben von Dolomit wahrscheinlich im Bereich des Brenners oder entlang der Etsch, nicht in den heutigen Dolomiten, die damals noch weit abseits der bekannten Reiserouten lagen.

Die Entstehung der Dolomiten war eines der großen geologischen Rätsel des 19. Jahrhunderts. Fossilien ließen vermuten, dass die einzelnen Gesteinsschichten die in den Bergen beobachtet werden können, im Meer abgelagert wurden. Allerdings war unklar warum einzelne schroffe Gipfel und Klippen plötzlich aus einer ansonsten recht anmutigen Landschaft, mit ihren grünen Almen, herausragen.

Der Langkofel.

Am Ende des 18. Jahrhundert umsegelten die ersten wissenschaftlichen Expeditionen die Erde und erforschten die tropischen Meere, die Lebensformen die sich dort tummeln und die seltsamen geologischen Erscheinung, die dort angetroffen werden können – wie Vulkaninsel, tropische Atolle und Korallenriffe. Blumentiere oder Korallen waren schon länger bekannt, kurioserweise aus den kalten Gewässern des Nordatlantiks. In 1768 erbaten sich Fischer vom norwegischen Bischof von Trondheim, Johan Ernst Gunnerus (1718-1773), göttliche Hilfe gegen die Korallen, da diese immerzu die Fangnetze aufschlitzten. Leider half der bischöfliche Segen wenig, aber als die beschädigten Netze an Bord der Schiffe zurückgeholt wurden, kamen dabei einige Bruchstücke der Korallen zutage. Der an Naturkunde interessierte Gunnerus beschrieb die Entdeckung der Kaltwasserriffe und sandte auch einige Zeichnungen der Blumentiere an den Naturkundler Carl von Linné, der sie als Korallenart Lophelia pertusa identifizierte.

Margarosmilia sp. eine Koralle aus den Cassianer Schichten, Trias, Pragser Dolomiten.

Der junge deutsche Naturforscher Georg Forster (1729-1798) erkundete den Pazifik zusammen mit seinem Vater im Zuge einer Erkundungsmission von James Cook. Er schlug vor, dass die Korallenriffe durch die Aktivität der Korallen vom Grund des Meeres bis zur Oberfläche wuchsen. Er bemerkte auch einen engen Zusammenhang zwischen Vulkanen und Atollen.

Im Jahre 1842 veröffentlichte Charles Darwin ein Buch über die Korallenriffe des Pazifiks, die er während seiner Reise um die Welt besucht hatte, in dem er eine Arbeitshypothese zu ihrer Genese und eine vorläufige Klassifikation vorschlug. Darwin erkannte richtigerweise, dass die Korallentiere, die in selbst gebauten Kalkgehäuse leben, auf die obersten Meter des Meeres beschränkt sind. Korallenpolypen leben in Symbiose mit einzelligen, photoautotrophe Algen, es ist daher nicht möglich, dass hunderte Meter mächtige Korallenstöcke vom dunklen Meeresgrund heraufgewachsen sind. Darwin kehrte das Problem einfach um. Vulkane sinken langsam in die Tiefe, während die Korallen das Absinken durch ihr Wachstum ausgleichen. Dabei entstand im Laufe geologischer Zeiträume ein mächtiger Korallenstock, der weit über seine Umgebung herausragt.

Es war dieser Vorschlag Darwins, der den österreichischen Geologen Baron Ferdinand F. von Richthofen (1833-1905) auf die Idee brachte, dass die Dolomiten genau eine solche ehemalige Unterwasserlandschaft darstellen. Richthofen, und vor allem der Geologe Edmund Mojsisovics von Mojsvar (1839-1907), konnten so die Entstehung der einzigartigen Landschaft der Dolomiten erklären. Die Gipfel der Dolomiten waren Kalkgestein, dass durch die Aktivität der Korallen und anderen Organismen gebildet worden war. Zwischen den früheren Atollen lagen große Ozeanbecken, in denen sich Ton, Schlamm und Ascheschichten von Vulkanausbrüchen ablagerten (Wengen-Formation und St.Cassian-Formation). Der scharfe Kontakt zwischen den Riff und den Beckensedimenten bildet eine Verzahnung von Riffschutt mit den feinen Beckensedimenten. Nach der Heraushebung der Alpen wurde die weicheren Schichten abgetragen, während der harte Kalkstein stehen blieb.

Das sogenannte “Richthofen-Riff” in den Südtiroler Dolomiten zeigt die Schuttzungen von den Abhängen des ehemalige Riffkerns die mit braunen Sand- und Tonsteinen (Wengen-Formation und St.Cassian-Formation) des ehemaligen Ozeanbeckens verzahnen.
Zeichnung und Interpretation des Aufschluss aus MOJSISOVICS 1879.

Rätselhafte riesige Blöcke, die in den Ton- und Sandsteinen der Wengen– und St.Cassian-Fm. gefunden werden, können so auch erklärt werden. Es handelte sich um Blöcke, die von den Abhängen des Riffs in die Becken gestürzt waren und dort einsedimentierten.

Längsschnitt durch das Schlermassiv mit Übergang von Riff zu Beckensedimente aus MOJSISOVIC 1879.
Kalksteinblöcke die in den geschichteten Sand- und Tonsteinen der Wengen-Fm. eingebettet sind.

Literatur:

  • BRANDNER, R.; GRUBER, A. & KEIM, L. (2007): Geologie der Westlichen Dolomiten: Von der Geburt der Neotethys im Perm zu Karbonatplattformen, Becken und Vulkaniten der Trias. Geo.Alp, Vol.4: 95-121
  • FISCHER, A.G. & GARRISON, R.E. (2009): The role of the Mediterranean region in the development of sedimentary geology: a historical overview. Sedimentology 56: 3-41
  • MCKENZIE, J.A. & VASCONCELOS, C. (2009): Dolomite Mountains and the origin of the dolomite rock of which they mainly consist: historical developments and new perspectives. Sedimentology 56: 205-219
  • SCHLAGER, W. & KEIM, L. (2009): Carbonate platforms in the Dolomites area of the Southern Alps – historic perspectives on progress in sedimentology. Sedimentology 56: 191-204