4. Tektonik

4.1 Großtektonischer Rahmen

Das Arbeitsgebiet weist einen muldenartigen Charakter auf, welcher auf die NW–SE streichende Frankenalb-Furche zurückzuführen ist. Im NW mit der Grabfeld-Mulde beginnend, verläuft sie über die Hollfelder und die Veldensteiner Mulde bis hin zur Regenstaufer Mulde (GLA 1996). Das Arbeitsgebiet liegt auf der abgesunkenen Westflanke der Hollfelder Störung (WIPPERN 1953) und erscheint weitestgehend störungsfrei. Es konnten bis jetzt nur außerhalb des Arbeitsgebiets in NE´ Richtung erkennbare Störungen nachgewiesen werden. Die direkt in der Ortschaft Pottenstein vorkommenden Zerrüttungszone am Schloßberg konnte mangels stratigraphischer Horizonte nicht als Störung klassifiziert werden (WIPPERN 1953). Nach der Streichlinienkarte von EXLER & WIPPERN (1957), welche die Dogger/Malm-Grenze als Bezugshorizont verwendet, ergibt sich für das Arbeitsgebiet folgendes Bild: Neben der WNW-ESE verlaufenden Hauptstreichrichtung liegt ein umlaufendes Streichen in der Gegend von Gößweinstein – Sachsendorf – Tüchersfeld – Pottenstein vor, so daß die muldenartige Form Richtung S einfällt. Ebenso wird deutlich, daß sich im N ein Quersattel (Ailsbacher Sattel) befindet, der die Hollfelder Mulde im NW von der Veldensteiner Mulde im SE trennt.

Für das Arbeitsgebiet sind nun folgende großtektonische Elemente von Bedeutung:

• im N der Ailsbacher Sattel
• im NE die Oberhauensteiner Flexur
• und im S die Veldensteiner Mulde

Abb. 4: Vereinfachte tektonische Karte der nördlichen Frankenalb. Modifiziert nach VON FREYBERG (1969).

Nach WIPPERN (1953) ist die Hollfelder Störung ein Störungssystem von mehreren hundert Metern Breite. Die letzte Bewegungsphasen vor Beginn der Zertalung, an der Wende Tertiär - Quartär (SPÖCKER 1952), haben ab dem Oberturon stattgefunden. Sie erfaßte den gesamten Malm und die Kreide. Die ersten Anlagen für die Störungen entstanden bereits im Karbon (Stefan) durch die Bewegung der Süddeutschen Großscholle mit ihren vertikalen Blockbewegungen und horizontalen Kompressionen. Die NNE-SSW und N-S-Orientierung der Paläospannungsrichtung prägte zugleich zum jüngeren herzynisch (NW-SE) ausgebildeten Störungssystems der Frankenalb-Furche (frühestens ab dem Oberen Jura) in mehreren Phasen das Bruchsystem im Arbeitsgebiet und ließ auch Mischformen entstehen (GLA 1996). Nach CRAMER (1928) wurde dieses Bruchsystem durch erneute Bewegungsphasen ab dem mittleren Tertiär weiter verstärkt.

Abb. 5: Streichlinienkarte bezogen auf die Dogger-Malm-Grenze. Modifiziert nach WIPPERN (1953).

4.2 Karsttypische Erscheinungsformen und ihre Genese  

An dem ab Mesozoikum durch Ausweitung entstandenen Störungssystems konnte nun die chemische und physikalische Verwitterung ab der Kreide besonders intensiv ansetzten, und somit die heutigen Landschaftsformen in diesem fränkischen Senkungsfeld entwickeln. Ein System aus Haupttälern und Trockentälern bilden die Grundstruktur, das weiterhin von diversen karsttypischen Lösungserscheinungen geprägt ist. Die Mächtigkeit des Gesteinkörpers, die Lage des Vorfluters und die Karstgrundwasserdynamik waren und sind noch heute verantwortlich für die Tiefenwirkung der Erosion und Korrosion. Das Karstgrundwasser erzielt seine größte Lösungswirkung (siehe Kap. 5.2.2) in seinem Schwankungsbereich, aber auch unterhalb seines Wasserspiegels kann es aufgrund von Mischungskorrosion (siehe Kap. 5.2.2) zu bedeutenden Lösungserscheinungen kommen.

Des heutige Trockentalsystem besitzt z. T. seinen Ursprung in einem ehemaligen Entwässerungssystem, das während der ersten Verkarstungsphase von Ende Jura bis zum Oberturon aktiv war, und durch das oberturonische Kreidemeer mit Sanden und Tonen zugeschüttet wurde. Nach weiteren Heraushebungen der Juratafel entwickelte sich das Hauptentwässerungsnetz in anderen Bahnen, und es hat sich seitdem tief in die Landschaft eingeschnitten. Während der Eiszeiten waren es die Schmelzwässer (die in Richtung der Haupttäler abflossen), die für die Ausformung des heutigen Trockentalnetzes verantwortlich waren. Dabei wurden auch teilweise die vorgegebenen Richtungen des ehemaligen Entwässerungssystems wieder aufgegriffen. Da die Schmelzwässer nur periodisch aktiv waren, und auch ihre Tiefenerosion nicht sehr stark war, konnten sich ab dem Ende des Würm-Glazials ihre Talmündungen nicht der Tiefenerosion des aktiven Flußsystems anpassen. Es bildeten sich somit hängende Talmündungen. Das Trockentalsystem besitzen morphologisch fluviatilen Charakter und führen nur noch bei starken Niederschlägen Wasser.

Weiterhin führten korrodierende Prozesse zur allg. Kluftaufweitung und zur Bildung von Karren, Schlotten, Dolinen und den markanten Karstkegeln und Knöcken der fränkischen Alb.

Obwohl entstandene Karsthohlräume über einen längeren Zeitraum stabil sind, ist die Beschaffenheit des Gesteins und die des überlagernden Gebirges für den Zeitpunkt eines Erdfalls entscheidend. Je nach Tiefenlage des Karsthohlraums kann sich der Erdfall sofort an der Oberfläche abzeichnen, oder erst durch Nachbrechen der Decke langsam nach oben wandern. Die dabei entstehenden Dolinen bilden eine in sich geschlossene, oberflächlich abflußlose Bodensenke mit weitreichender Tiefenwirkung. I. d. R. stehen sie im direktem Kontakt mit dem Karstgrundwasser, und sind somit aus wasserwirtschaftlicher Sicht besonders bedeutend. Eine weitere Möglichkeit der Dolinenbildung besteht auch aus der Lösung von oben. Deswegen kann je nach Genese zwischen Lösungsdoline, Einsturz-, Schwund- und Nachsackungsdoline unterschieden werden (PRINZ 1997).

4.3 Das Kluftsystem im Raum Pottenstein: Auswertung und Deutung  

4.3.1 Allgemeine Grundlagen über die Situation im Untersuchungsgebiet

Die festen und kompakten Kalke und Dolomite des Untersuchungsgebiets erfuhren, wie bereits oben erläutert, eine tektonischen Beanspruchung aus dem sich ein nahezu orthogonales Kluftsystem entwickelte. Dieses Mehrkörpersystem baut sich aus diversen Trennflächen auf. Die Kluftflächen und Schichtflächen sind für die Zerteilung des ehemals in sich kompakten Malmkörpers verantwortlich. Störungsflächen konnten bis heute in dem Gebiet noch nicht nachgewiesen werden (siehe oben).

Der Begriff "Trennfläche" wird hier für alle gesteinskörper-trennenden Flächen verwendet, welche die Wasserwegsamkeit im Gesteinskörper erhöhen und seinen Zusammenhalt schwächen. Neben diesen beiden Hauptflächenarten liegen untergeordnet auch sogenannte Verwitterungsflächen vor (HUBER 1992). Sie beschreiben aber nur ein fortgeschrittenes Stadium der Trennflächenerweiterung, hervorgerufen durch das Angreifen der physikalischen Verwitterungsvorgängen (z. B. Frostsprengung) und korrodierenden Wirkung des Wassers an den bereits vorhandenen Kluft- und Schichtflächen. Die Tiefenwirkung der Verwitterung reicht meistens nur bis 50 m, selten sogar bis 100 m, in das Gestein hinein (RICHTER & LILLICH 1975). Da sich die Gesteinsmasse im Untersuchungsgebiet aus unterschiedlichen Faziesausbildungen aufbauen (z. B. Areale aus massigen und tafelbankigen Schwammkalken, Riffdolomite, etc.), ist je nach Region eine unterschiedliche Menge an Trennflächen zu beobachten.

Nach RICHTER & LILLICH (1975) stehen die Klüfte meistens senkrecht zu den Schichtflächen. Die Entstehungsgeschichte der Schichtflächen, die bei einem größeren Abstand zueinander auch Bankungsflächen genannt werden, bezieht sich auf die damaligen Sedimentationsverhältnisse. Sie stellen Anisotropiebereiche dar, die aber nur bis zu einer bestimmten Tiefenlage für die Wasserwegsamkeit von Bedeutung sind. Denn bei zunehmender Tiefe werden die Schichtflächen durch den Druck der überlagernden Gesteinsmasse ihrer Wasserwegsamkeit beraubt. Dieser Aspekt ist aber in einem Karstgebiet zu vernachlässigen.

Der gesamte Hohlraum eines Gesteinskörpers der aus Klüften besteht, wird als Kluftraum bzw. Kluftvolumen oder Kluftraumvolumen bezeichnet. Für die Wasserwegsamkeit spielt vor allem die Öffnungsweite der Kluft eine große Rolle. Je geringer ihre Öffnungsweite ist, desto stärker wird der Durchfluß erschwert. Eine Wasserbewegung durch die Schwerkraft ist ab einer gewissen Öffnungsweite nicht mehr möglich. Dieser Aspekt muß bei der Betrachtung des effektiven bzw. nutzbaren Kluftraums oder des Kluftvolumens mitberücksichtigt werden. Denn viele feine Risse und schmale Klüfte erhöhen nur das Kluftvolumen und tragen sehr wenig zum nutzbaren Kluftraum bei (RICHTER & LILLICH 1975, HUBER 1992). Aber in verkarstungsfähigem Gestein sind dies die primären Angriffsflächen für die korrodierende Wirkung von Wasser.

Eine Klassifizierung und Beschreibung der Trennklüfte können mit Hilfe der Kriterien Ebenheit, Rauhigkeit, Durchtrennungsgrad, Klufterstreckung, Kluftöffnungsweite und Öffnungswinkel erfolgen. MÜLLER (1963) erstellte eine grobe Einteilung der Klüfte durch deren Öffnungsweiten:

Ein weiteres Beschreibungskriterium von Kluftkörpern bietet HEITFELD (1966) an:

Nach PRINZ (1982) können auch Einteilungen nach der Schichtdicke der Bankung getroffen werden:

Weiterhin muß neben der Öffnungsweite von Klüften auch deren Trennflächenfüllung betrachtet werden. Liegen tonige Trennflächenfüllungen vor, kann sich die Wasserwegsamkeit in der Kluft drastisch verringern, bis hin zur völligen Undurchlässigkeit. Neben eingeschwemmten Füllungen, die sich auch aus Verwitterungsprodukten der Kluft zusammensetzen können, bilden gleichfalls Lösungsabscheidungen von zirkulierenden Wässern einen potentiellen Fließwiderstand. Dies kann soweit führen, daß diese kristallinen Absätze (z. B. Kalzit) ein "Verheilen" der Kluftfläche zur Folge hat (HUBER 1992).

Verheilte Klüfte sind im Untersuchungsgebiet in einer großen Anzahl anzutreffen. Hierbei handelt es sich von Grund auf um ehemalig geöffnete Klüfte, deren Öffnungsweiten rezent nur wenige Millimeter betrugen. Der restliche, nicht verheilte Kluftanteil im Arbeitsgebiet ist in der Regel ab der Geländeoberkante mit diversen Trennflächenfüllungen angefüllt: Gesteinsbrocken, Sand, Schluff und pflanzliche Reste bilden die Hauptbestandteile der Kluftfüllungen.

Die Hydrodynamik im Kluftgrundwasserleiter

Die Fließvorgänge des Grundwassers in einem Kluftgrundwasserleiter sind nur sehr schwer zu fassen, da das Trennflächensystem kein einheitliches räumliches isotropes Medium darstellt, und man seit Jahren bestrebt ist, diverse Modellvorstellungen zu entwickeln.

Für die theoretische Grundlage der Hydrodynamik dienen die analytischen Beschreibungen durch das NAIVER-STOKES-Gesetz, die EULER-Gleichung, das BERNOULLI-Gesetz und das Gesetz nach DARCY. Es sind nun bei allen diesen empirischen Formen der Beschreibung der Fließvorgänge sehr große Einschränkungen bei der Analyse für Kluftgrundwasserleiter zu machen. Es können hier nur angenäherte Modelle entwickelt werden, die dann mit einer gewissen Vorsicht zu betrachten sind. Denn als Grundlage für den Gültigkeitsbereich der Gesetzte werden z. B. isotrope Medien, laminare Fließvorgänge, Flüssigkeiten die "ideal", reibungslos und inkompressibel sind, vorausgesetzt. Damit in Ausnahmefällen eine Anwendung der Gesetzte erfolgen kann, ist es nötig diverse Korrekturfaktoren, die z. B. die Reibung und Viskosität mit berücksichtigen, einzufügen. Diverse Arbeiten zeigen die Schwierigkeiten der Berechnungen, aber auch daß sich Berechnungswege für ein so komplexes System wie den Kluftgrundwasserleiter vielleicht entwickeln lassen. Zu nennen wären in diesem Zusammenhang die Autoren LOUIS (1967, 1976), UBELL (1977), LOMIZE (1951), SHARP & MAINI (1972), MATTHESS (1972) (zit. in HUBER 1992).

4.3.2 Allgemeines zur Aufnahme und Auswertung der ermittelten Daten  

Die Auswertung und Darstellung der Trennflächengeometrie wurden durch die Aufnahme des kleintektonischen Inventars, insbesondere der Klüfte, im Gelände möglich. Insgesamt standen 3683 Einzelgefügemessungen aus 113 Aufschlüssen zur Verfügung (siehe Anhang 9.5). Die systematische Analyse umfaßte verschiedene Darstellungsvarianten der Daten:

Beziehung der Kluftflächen zur Terminologie des Faltenbaus

In einer Streichrose können sich mehrere Streichrichtungen voneinander abheben. Somit wird das Bild einer Kluftrose in der Regel aus einem Hauptmaximum und einem Nebenmaximum aufgebaut, die senkrecht zu einander stehen. Eine untergeordnete Position können auch noch diagonalstreichende Kluftscharen bilden. In der Regel wird in der Terminologie der Kluftflächen zwischen Quer-, Längs- und Diagonalklüften unterschieden, deren Herkunft auf die Beschreibung von Klüften, wie sie an Falten zu finden sind, zurückgeht.

Die Längsklüfte stehen für faltenachsenparallele Kluftflächen (bc-Flächen), die Querklüfte sind diejenigen, die senkrecht zur Faltenachse liegen (ac-Flächen), und die Diagonalklüfte repräsentieren die im 45° Winkel zu den Längs- und Querklüften liegende Bereiche (hk0-Flächen).

In dem Untersuchungsgebiet haben sich durch den Einfluß der NW-SE streichenden Frankenalb-Furche vier prägnante Streichrichtungen ausgebildet:

Die Längsklüfte des Gebiets stellen die NW-SE (herzynisch; ca. 135°) streichenden Kluftflächen dar, die Querklüfte repräsentieren die NE-SW (erzgebirgisch; ca. 45°) verlaufenden Klüfte und die Diagonalklüftung pendelt um die Streichrichtungen NNE-SSW (rheinisch; ca. 10°-20°), NNW-SSE (eggischen; ca. 175°) und 80°-100°.

Graphische Darstellung der Kluftflächen

Die Darstellung über Kluftrosen (Abb. 7a) gibt die Richtungshäufigkeit des Streichens, aber nicht die geometrische Beziehung und das Einfallen zwischen den einzelnen Kluftflächen wieder. Über die Projektion der Daten in die flächengetreue Polarprojektion der untere Halbkugel des Schmidt´schen Netzes kann das Streichen der Kluftflächen als Polpunktdarstellung wiedergegeben werden. Die Polpunkte ergeben sich aus den Durchstoßpunkten (Polpunkte oder auch Flächenpole) der Flächennormalen von den einzelnen Großkreisflächen (Abb. 7b). Die Flächennormale hat ihren Ursprung im Kreismittelpunkt der unteren Halbkugel. Randnahe Polpunkte stehen für steilstehende, mittelpunktnahe Polpunkte für flachliegende Kluftflächen. Die Darstellungsweise des Dichteplans (Abb. 7c) aus der gewonnenen Polpunktdarstellung kann dann zur Bestimmung der Maximumsflächen dienen. Diese Maximumsflächen können dann wiederum in ihrer 3-dimensionalen Lage im Raum als sog. Großkreise (Abb. 7d) dargestellt werden (HUBER 1992).

Anmerkungen zur großflächigen Analyse

Die Auswertung der Großstrukturen, z. B. der Verlauf und die Verteilung der Flußtal- und Trockentalsysteme, wurde mit Hilfe des 3-dimensionalen Geländemodells gemacht. Somit konnten Talstrukturen bis zu ihren Anfängen zurückverfolgt werden. Auch ermöglichte diese Darstellung eine neue Perspektive zur ehemaligen Reliefbeschaffenheit der Landschaft und zu deren heutigen Einfluß auf das Abflußverhalten.

Bei der Auswertung der Talstreichrichtungen mit StereoNett wurde auch die Länge der einzelnen Talabschnitte mitberücksichtigt. Die Einfallswinkel, der für die Talbildung verantwortlichen Trennflächen, wurde als nahezu 90 Grad angenommen. Die somit erzielten gewichteten Streichrosen sind eine naturgetreue Darstellung der Talrichtungen.

Eine Fernerkundung mittels fotografischer Luftbilder ist zur Beurteilung der tektonischen Situation ebenso hilfreich, und kann durch Vorabschätzung der Verhältnisse im Gelände ein zielgerichtetes Vorgehen ermöglichen. Anhand der Photolineation lassen sich richtungsweisende Strukturen und die Untergrundverhältnisse erkennen und Zonen mit stärkerer Karstgrundwasserbewegung abschätzen (HUBER 1992). Für das Auffinden von Dolinen, sowie Störungslineamente ist diese Methode sehr hilfreich. Die Auswertung von Luftbildern konnte aber bei dieser Arbeit aufgrund der starken Bewaldung des Gebiets nicht angewandt werden.

Anmerkungen zur kleinflächigen Analyse

Bei der Beschreibung des Streichens sind Richtungsangabe, wie z. B. herzynisch, eggisch, etc., nur als allgemein Richtungsangaben aufzufassen. Denn obwohl Kluftflächen i. allg. als parallele Scharen auftreten, variieren ihre Orientierungen untereinander. Z. B. werden Kluftflächen, deren Streichen im Bereich zwischen 120° und 140° liegt, zur herzynischen Streichrichtung gestellt.

Die Kluftrosen stellen die Orientierungen der Trennflächenscharen für einen jeweiligen Meßabschnitt dar. Die Stärke der Trennflächenstreuung bezeichnet man in der Gefügekunde entweder als eine straffe statistische Regelung, oder unstraffe, lockere Regelung (HUBER 1992). Um eine relativ straffe statistische Regelung für einen Meßabschnitt zu erhalten, wurden für die Bestimmung der Kluftflächenorientierung keine Bereiche zusammengefaßt. Denn je mehr Bereiche zusammengefaßt werden, desto lockerer wird die Regelung durch untergeordnete Scharen.

Die Anzahl der Gefügemessungen, die einer Kluftrose bzw. Großkreis zugrunde liegen, wurde nicht durch deren Menge, sondern durch die Aufschlußgröße und dessen Ausbildung bestimmt. Als Einteilungskriterium für den Beginn eines neuen Meßabschnitts wurden große Diskontinuitäten (z. B. Trockentäler, Großklüfte) im Fortlaufen des Aufschlusses herangezogen. Entlang der Talflanken des Püttlachtals bot sich diese Vorgehensweise oft an.

Bis auf wenige Ausnahmen sind die Polpunktdarstellungen nicht sehr aussagekräftig, da die Klüfte in der Regel mit nahezu 90° einfallen und somit die Polpunkte nahe am Rand liegen. Deswegen wurde zur genaueren Bestimmung der Kluftmaxima alle aufgenommenen 90°-Werte auf 85° gesetzt. Eine genaue Darstellung der Einfallswinkel und -richtung ist wegen der allgemeinen orthogonalen Situation und der schwer abschätzbaren Weiterentwicklung in die Tiefe nur sehr schwer durchzuführen. Eine Aussage über die Trennflächengeometrie kann somit nur hypothetisch erfolgen.

Die Aufschlüsse auf der Albhochfläche wurden von denen getrennt, die an den Talhängen ausgewertet wurden und auch untereinander differenziert wurden. Ebenso wurden die 3 Täler gesondert von einander betrachtet. Eine weitere Einteilung für alle Bereiche erfolgte unter Berücksichtigung der jeweiligen Fazies, in der sich die Aufschlüsse befinden. Mit Hilfe der geologischen Karte von GOETZE & MEYER (1983) konnte die genaue Zuordnung der Meßpunkte zur jeweiligen Fazies erfolgen, wodurch der fazielle Einfluß auf die Kluftmorphologie differenzierter betrachtet werden konnte.

Bei der Beurteilung eines Kluftkörpers nach der Öffnungsweite, wurden die Meßbereiche, die einen Kluftkörper im Ganzen beschreiben (z. B. einen Knock), zusammengefaßt. Im Gegensatz zu den normalen Streichrosen machen sich hier untergeordnete Scharen durch die Gewichtung nach der Öffnungsweite nicht bemerkbar.

Eine Bestimmung des Kluftvolumens ist ebenso mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Denn die absoluten Öffnungsweiten und Kluftabstände sind i. allg. nur schwer zu messen. Außerdem ist auch der Verlauf der an der Oberfläche ausstreichenden Strukturen schwierig in die Tiefe hin abzuschätzen. Eine genauere Bestimmung des Kluftvolumens kann nur über eine Betrachtung des Karstgrundwasserhaushalts gemacht werden (RICHTER & LILLICH 1975).

Über den Verlauf des tektonischen Beanspruchungsplans Richtung Veldensteiner Forst kann nur angenähert eine Aussage getroffen werden, da die Aufschlußdichte im südsüdöstlichen Bereich des Untersuchungsgebiets abnimmt.

4.3.3 Auswertung der einzelnen Kenngrößen  

Oberflächenstrukturen

Talstreichrichtungen der Püttlach und seiner Nebenbäche

Die Streichrosen der drei Fließsysteme geben den Fluß- und Bachverlauf wie erwartet wieder. Aus dem 3D-Modell konnten für die Püttlach 104 Streichrichtungen bestimmt werden. 20 Gefügedaten liegen für den Haselbrunnbach vor und weitere 24 für den Weihersbach. Da es bei Tüchersfeld zu einem Wechsel der Fließrichtung der Püttlach kommt, wurde hier eine Teilung der Datenmenge vorgenommen.

Für die Püttlach ergibt sich nun folgendes Bild:

Bis kurz nach Tüchersfeld, Richtung Pottenstein, haben sich die erzgebirgischen Flußabschnitten bevorzugt neben den herzynisch streichenden herausgebildet. Der sich ab Tüchersfeld nun ändernde Flußverlauf spiegelt sich in der Streichrose wider. Das erzgebirgische Streichen tritt deutlich zurück und es dominieren die herzynisch streichenden Elemente. Überregional betrachtet zeigt sich, daß sich das weiterführende System der Wiesent herzynisch und erzgebirgisch streichend bis zum Rand der fränkischen Malmtafel bei Streitberg ausgebildet hat.

Der Nebenbach Haselbrunnbach zeichnet sich durch eine Hauptstreichrichtung mit angenäherten rheinischen bis hin zu erzgebirgischen Richtungen aus, mit kürzeren eggischen Elementen. Der Weihersbach tritt bevorzugt mit eggischen und leicht herzynischen Streichrichtungen auf.

Trockentalverteilung

Die Trockentalsysteme können als Nebensysteme zu dem heute noch aktiven Flußsystem Püttlach, Haselbrunnbach und Weihersbach betrachtet werden. Allg. sind sie auf die Vorfluter ausgerichtet und stoßen senkrecht auf sie. Der letzte Trockentalabschnitt bildet somit ein senkrechtes zum entsprechendem Flußabschnitt streichendes Gegenstück.

Der Überblick über die Karte 1 läßt erkennen, daß die allg. Streichsituation der Trockentäler die Streichrichtungen zwischen NNE und E einnimmt, und in den tiefer gelegenen Bereichen der Albhochfläche liegt. Diese Bereiche zeichnen oftmals die ehemaligen Entwässerungsbahnen aus der ersten Verkarstungsphase nach, welche mit den Sedimenten des oberturonischen Kreidemeers aufgefüllt wurden. In diese Sedimente hinein konnten sich dann die Schmelzwässer der Eiszeiten leichter ein Abflußsystem schaffen, als in den Bereichen der resistenteren Malmfazies. Dieses Trockentalsystem besitzt einen gewissen Vorflutercharakter für das abfließende Wasser aus den resistenteren Bereichen. Der Abfluß der Kuppen formte sich dann senkrecht zu den NNE und E streichenden Trockentälern aus.

Es kann also unterschieden werden zwischen Trockentälern, die sich in der Kreideüberdeckung ausgeformt haben, und Taleinschnitten, die in der resistenteren Malmfazies liegen, und sich bevorzugt an dem dort herrschenden Kluftflächensystem orientiert haben.

Obwohl der schnelle Überblick über die Karte 1 eine dominierende Rolle der Streichrichtungen zwischen NNE und E vermittelt, so zeigen die nach der Trockentallänge gewichteten Streichrosen 1 - 8, daß ein Großteil der Trockentalsysteme in eggische Richtung, bis hin zur herzynischen Streichrichtung, streichen. Ausgenommen der Bereiche, die keine umliegenden Kuppen besitzen und somit keine auf sie gerichteten Stichtäler haben (Abb. 8: Streichrosen 1, 2 und 8; bei Streichrose 2 ist zu beachten, daß das auf den Haselbrunnbach gerichtete System mit enthalten ist.).

Das Trennflächensystem

In dem vorliegenden Bruchsystem sind 4 wichtige Hauptstreichrichtungen zu beobachten. Es haben sich Streichtendenzen um das herzynische (NW-SE) und eggische (NNW-SSE) stärker gegenüber dem rheinischen (NNE-SSW) und erzgebirgischen (NE-SW) Streichen ausgebildet. Zahlreiche diagonale Kluftflächen, die zwischen 80° und 100° streichen, sind ebenfalls zu beobachten.

Faziesabhängige Kluftentwicklung

Ein Vergleich der Großkreisverteilung mit der geologischen Karte von GOETZE & MEYER (1983) ergibt, daß der Hauptteil der Aufschlüsse in Arealen mit Riffdolomiten des Malm-δ und Malm-ε zu finden ist. Nur Rund 29 % der Aufschlüsse liegen in tafelbankigen Dolomiten. Dies mag Ursache in der leichteren Verwitterbarkeit der tafelbankigen Fazies sein, wodurch seltener einmessbare Kuppen anzutreffen sind. Es zeigt sich auch, daß sich die herzynischen und eggischen Streichrichtungen unabhängig von der Fazies gleichmäßig über das ganze Gebiet verteilen. Nur in Bereichen tafelbankiger Dolomite sind die eggischen Streichrichtungen schwach vertreten. Ebenso sind die erzgebirgischen Streichrichtungen auf ungebankte Bereiche beschränkt, wo hingegen die rheinische Ausbildung auch in den gebankten Dolomiten anzutreffen ist. Die Diagonalklüftung um die 80° und 100° zeigt, daß der Streichanteil von 80° - 90° in ungebankten Bereichen zu finden ist, während die Kluftflächen von 90° - 100°, wie die herzynischen Streichrichtung, gleichmäßig verteilt sind.

Es kann also eine fazielle Abhängigkeit von der Streichrichtung und der Menge der vorhandenen Aufschlüsse beobachtet werden.

Auswertung der Streichrichtungen

Aus insgesamt 3683 Meßwerten ergaben sich 113 Großkreisdarstellungen mit 225 Großkreisflächen für das gesamte Untersuchungsgebiet. Von den Großkreisflächen entsprechen 34,76 % herzynischem, 29,92 % eggischem, 18,04 % rheinischem und 16,28 % erzgebirgischem Streichen. Ungefähr 55 % der gemessenen Daten verteilen sich auf die Albhochfläche.

Für eine übersichtliche Konstruktion des Kluftnetzes wurde aber die Anzahl der Großkreise, durch die Eliminierung der Mischformen, reduziert und die prozentuale Verteilung noch einmal bewertet.

Aus nunmehr 89 Großkreisdarstellungen sind 105 Großkreisflächen für die Beschreibung des Untersuchungsgebiets relevant geblieben. Die herzynische Streichrichtung behält weiterhin ihre Dominanz mit 27,62%, wobei die eggischen Diagonalklüfte nur noch mit 15,24% anzutreffen sind. Das rheinische Streichen tritt hier nun wesentlich stärker auf, mit 17,14% (bezogen auf 105 Großkreise!), und die erzgebirgischen Querklüfte besitzen nur noch einen Anteil von 9,52%. Es zeigt sich ebenso, daß die Diagonalklüftung um 80° - 100° einen großen Anteil besitzen. Mit insgesamt 30,48% sind diese Streichrichtungen sehr stark vertreten. Davon streichen 11,43% um 80° - 90°, und 19,05% um 90° - 100°.

Auswertung der Einfallsrichtungen

Die aus den 225 Großkreisdarstellungen erhaltenen Einfallsrichtungen für die Kluftflächenbereiche ergibt im Gesamten folgende Trennflächengeometrie:

Bei herzynischen Streichwerten fallen 53 % von 77 Großkreisen zwischen N und NE ein. Der eggische Anteil ist mit 70 Großkreisen vertreten, die mit 50 % zwischen NE und E einfallen. Die rheinisch streichenden Großkreise (41 Stück) tendieren mit ca. 75 % in westnordwestliche Richtung. Und ca. 78 % von 37 Großkreisen mit erzgebirgischem Streichen fallen nach NW ein.

Es zeigt sich somit, daß die Trennflächengeometrie ein +/- senkrechtes Flächensystem aufbaut, und daß die Querklüfte eine leichte Einfalltendenz nach NW aufweisen. Diese Einfalltendenz war zu erwarten, da das Arbeitsgebiet weiter in südöstlicher Richtung in die Veldensteiner Mulde hin absinkt.

Auswertung nach der Öffnungsweite

Die gewichtete Darstellung der Kluftflächenstreichrichtung nach deren Öffnungsweite unterscheidet sich von der herkömmlichen Methode insofern, da hier nun nicht mehr die Anzahl der Gefügewerte, die in eine Richtung streichen, für die Rosendarstellung verantwortlich sind, sondern allein die Öffnungsweiten einer Kluft.

Eine einzige Großkluft kann somit viele Kleinklüfte unterdrücken. Es kann nun angenommen werden, daß die Streichrichtungen aus den gewichteten Rosen bedeutender für die Wasserführung sind. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn ihre Wasserwegsamkeit gegenüber den Kleinklüften bedeutend höher ist, was von der Trennflächenfüllung abhängig ist.

Die Darstellung nach der Öffnungsweite ist also eine erweiterte Darstellungsform zur Abschätzung der möglichen Fließrichtungen im Untergrund.

Aus insgesamt 54 gewichteten Kluftrosen ergaben sich 96 Streichrichtungen. Davon streichen 28,13% herzynisch, 37,5% eggisch, 22,92% rheinisch und 11,46% erzgebirgisch. Die Gewichtung nach der Öffnungsweite verdeutlicht, daß der Hauptteil der Kluftflächen mit großen Kluftweiten eggisch streicht, und daß die herzynischen Längsklüfte mit weniger weitgeöffneten Kluftflächen vertreten sind. Auch zeigt ein Vergleich mit den ungewichteten Großkreisen, daß der Anteil der weitgeöffneten rheinisch streichenden Kluftflächen zugenommen hat, und die erzgebirgische Streichrichtung nur relativ wenig Kluftflächen, die eine höhere Öffnungsweite besitzen, aufweist.

Weitere Aspekte dazu sind am Ende des Kapitels aufgeführt, in Analogie mit den Ergebnissen aus der Kluftnetzkonstruktion.

Auswertung der Kluftflächendichteverteilung

Die Auswertung der Kluftdichte für einen Bereich erfolgte über die Anzahl der Gefügemessungen pro Aufschlußgröße. Für diese Arbeit ist eine Berechnung der Kluftdichte nach STINI (1929) nicht möglich, da die für die Auswertung benötigte Meßstreckenlänge eines Meßabschnitts nicht vorhanden ist. Um aber dennoch eine angenäherte Darstellung zu ermöglichen, wurde ein Dichtplan aus der Gefügedatenmenge erstellt. Anhand der Farbkodierung können die Bereiche mit einer höheren Klüftigkeit von denen mit einer niedrigeren unterschieden werden.

Abbildung 9 kann nur einen Eindruck über die mögliche Dichteverteilung der Kluftflächen zwischen den Aufschlüssen über das gesamte Arbeitsgebiet wiedergeben. Bei der Betrachtung muß bedacht werden, daß große aufschlußlose Bereiche vorhanden sind, für die keine Meßdaten vorliegen, und somit bei der computerunterstützten Berechnung interpoliert wurden. Aufgrund dieses Umstandes kann eine Beschreibung über die Gesamtheit des Durchtrennungsgrads nicht gemacht werden.

Gegen den Erwartungen zeigt sich, daß die aufschlußreichen und stark zerklüfteten Talhänge gegenüber denen auf der Albhochfläche zurücktreten, und nur eine mittlere Position in der Verteilung einnehmen. Weitere Betrachtungen dazu werden im Abschnitt 4.3 "Das Kluftnetz " erläutert.

Durchtrennungsgrad

Die Bestimmung des Durchtrennungsgrads kann weitere wichtige Informationen für den Aufbau des Kluftkörpers und die Vernetzung der Trennflächen untereinander erbringt. Dies ist für die Wasserbewegung bedeutend.

Der Durchtrennungsgrad konnte aufgrund der unzusammenhängenden Aufschlußverteilung (siehe Kluftflächendichteverteilung) nicht für das Gebiet bestimmt werden. Auch für kleinere Bereiche und rundum aufgeschlossene Knöcke war im Rahmen der Arbeit eine detailliertere Untersuchung nicht möglich. Eine Abschätzung der Wasserbewegung muß über das Kluftnetz und die Verteilung der Kluftflächendichte erstellt werden. Es ist auch zu berücksichtigen, daß mit Abnahme der Klüftigkeit auch der Durchtrennungsgrad abnimmt.

Das Kluftnetz

Die 3 Kluftflächenarten der 89 Großkreise wurden getrennt voneinander betrachtet und miteinander verbunden. Die gestrichelten Linien auf der Karte geben den vermuteten weiteren Verlauf der Kluftflächen wieder. Das Verhalten der einzelnen Streichrichtungen stellt sich folgendermaßen dar:

Kluftverteilung und -dichte

Die Verteilung der Längsklüfte über das Gebiet und deren Kluftdichte pro Aufschluß ist relativ gleichmäßig. Es ist keine direkte Konzentrierung von Aufschlüssen mit einer hohen Kluftanzahl auf eine Region zu erkennen.

Die nur im geringen Umfang auftretenden Querklüfte zeigen hingegen eine deutliche Tendenz auf. Der nordwestliche Bereich des Arbeitsgebiets ist relativ arm an Querklüften, und deren Kluftdichte nimmt von NE kommend nach SW hin zu.

Bei den Diagonalklüften zeigen die eggischen Streichrichtungen, ebenso wie die herzynischen Längsklüfte, eine relativ gleichmäßige Verteilung bei der Aufschlußverteilung und der Kluftdichte.

Der diagonale rheinische Anteil hingegen bildet in der westlichen Hälfte einen stark beanspruchten "Streifen" aus, der von NNE nach SSW hin an Kluftdichte zunimmt. In der E-Hälfte des Gebiets sind die rheinischen Diagonalklüfte gering und mit einer niedrigen Kluftdichte pro Aufschluß vertreten.

Die zu den rheinischen und eggischen Diagonalklüften senkrecht stehenden Diagonalklüfte um 80°-100° nehmen einen hohen Anteil am Aufbau des Kluftnetzes ein. Sie sind relativ gleichmäßig verteilt und zeigen bis auf die südwestliche Ecke keine direkten Konzentrationen der Kluftdichte. Im südöstlichen Teil des Arbeitsgebiets sind weniger Kluftflächen zu beobachten, was auf die allg. abnehmende Aufschlußdichte in dieser Region zurückzuführen ist.

Verlauf der Kluftscharsysteme im Untersuchungsgebiet

Anhand der "verlängerten" Kluftflächen konnte der Verlauf der einzelnen Streichrichtungen durch das Untersuchungsgebiet konstruiert werden, und Analogien zur Öffnungsweite und zum Trockentalsystem hergestellt werden. Denn die Muldenstruktur, der Einfluß des Ailsbacher Sattels im N und das weitere Absinken Richtung S zum Veldensteiner Forst beeinflußte nicht nur das Streichen der Kluftscharen, sonder hatte auch Einfluß auf die Öffnungsweiten der Klüfte und Spalten.

Das orthogonale Kluftscharsystem aus Längs- und Querklüften verläuft nicht gleichmäßig durch das Untersuchungsgebiet, was auf den Einfluß des Ailsbacher Sattels im N zurückzuführen ist. Das aus dem SE "kommende" Kluftscharsystem zeigt Richtungsänderungen in seinem herzynischen Verlauf auf. Während das Streichen der Längsklüfte beim Durchgang durch das Gebiet "flacher" wird, richten sich die erzgebirgisch streichenden Querklüfte auf. Bei den Längsklüften ist zu erkennen, daß der mittlere Teil noch herzynisch streicht, während im SW und NE die Kluftscharen bereits Richtung W hin umbiegen (siehe Abb. 10). Einen Einfluß auf die relative Kluftöffnungsweite ist vielleicht für ein paar wenige Kluftrosen im Gebiet zutreffend, aber im Großen und Ganzen nicht beobachtet worden.

Das zu den Längs- und Querklüften zugehörige diagonale Kluftscharsystem (Streichwerte 75° - 105° und 170° - 10°) zeigt folgendes Verhalten:

Die zwischen 75° - 105° streichenden Kluftscharen können in einen nördlichen und einen südlichen Bereich aufgeteilt werden. In der südlichen Gebietshälfte liegt ein leicht "konkavförmiges" Kluftscharsystem vor, dessen Kluftflächen im W um die 105° und im E zwischen 90° und 95° streichen. Das Kluftscharsystem in der nördlichen Gebietshälfte weist ein leicht "konvexes" Muster auf. Am W-Rand streichen die Kluftflächen um 85° und verlaufen dann Richtung E bogenförmig bis hin zu einem Streichen um 105° (siehe Abb. 11C).

Das Kluftscharsystem mit Streichwerten zwischen 170° - 10° weist nur in der E-Hälfte des Untersuchungsgebiets eine leichte Abweichung aus der N - S-verlaufenden Streichrichtung auf (siehe Abb. 11D). Dies könnte einen Einfluß auf die Entstehung von Trockentälern gehabt haben.

Es zeigt sich nun, daß die Diagonalklüftung nur im NW den Kriterien folgt, denen die Längs- und Querklüftung unterworfen sind. Das Absinken in Richtung Veldensteiner Forst drückt sich in den Streichrichtung des übrigen Gebiets aus. Das W - E streichende Kluftsystem kann folglich als ein sich aufweitendes System betrachtet werden. Bestätigt wird dies durch den Vergleich mit den nach der Öffnungsweite gewichteten Kluftrosen. In der südwestlichen Ecke des Gebiets streichen Klüfte mit großen Öffnungsweiten um 100°. Auch sind um 80° streichende Großklüfte in mittiger Gebietslage ein Hinweis darauf.

Ein weiteres orthogonales Kluftscharsystem baut sich aus untergeordneten Diagonalklüften auf. Der eine Teil streicht angenähert eggisch (ca. 150°) und die dazu orthogonal stehende Kluftschar streicht um 75°. Der absinkende Einfluß zur Veldensteiner Mulde hin ist in diesem System besonders ausgeprägt und macht sich in der Öffnungsweite der Klüfte deutlich bemerkbar. Von der nordöstlichen Gebietsecke aus betrachtet öffnete sich das Kluftscharsystem Richtung SW, und nähert sich der eggischen Streichrichtung. Der Anteil mit Streichwerten um 75° zeigt auch eine leichte Tendenz zur Klufterweiterung (siehe Abb. 12 E und F). Es treten aber in dieser Streichrichtung weniger Großklüfte auf, als in eggischer Streichrichtung.

Ebenso untergeordnet und orthogonal aufgebaut hat sich ein System aus rheinisch streichenden und um 115° streichenden Kluftscharen. Dieses Kluftscharsystem zeigt aber im Gegensatz zu den anderen Systemen keine Beeinflussung durch den Verlauf des Ailsbacher Sattels und der Veldensteiner Mulde auf. Es zeigen sich keine großen Veränderungen in der Lage der Kluftflächen zueinander.

Fazit

Der aus dem Kluftnetz ableitbare tektonische Beanspruchungsplan spiegelt die allg. tektonische Situation des Arbeitsgebiets wider. Die gleichmäßige Verteilung von herzynischen und eggischen Kluftflächen mit einer relativ hohen Kluftdichte pro Aufschluß war durch die NW-SE streichende Frankenalb-Furche zu erwarten.

Die Einflüsse des Ailsbacher Sattels und der absinkenden Tendenz in Richtung Veldensteiner Forst sind zu erkennen, und führte zu folgenden Erkenntnissen:

Das dem herzynischem Verlauf der Frankenalb-Furche folgende Kluftscharsystem aus Längs- und Querklüften zeigt ein Umbiegen in westliche Richtung. Dies ist auf den Ailsbacher Sattel im N zurückzuführen.

Die anderen Kluftscharsysteme unterliegen hauptsächlich dem Einfluß, der von der im S gelegenen Veldensteiner Mulde ausgeht. Dies zeigt sich in der Zunahme der Kluftdichte gegen S, in dem nordwestlichen Einfallen des erzgebirgischen Kluftscharsystems und in dem vermehrten Auftreten von eggisch und diagonal streichenden Großklüften.

Beim Vergleich der aktiven Fließsysteme mit dem Kluftnetz wird deutlich, daß die Ausbildung der Fließwege streng der tektonischen Situation folgte, und bevorzugt die Richtungen einschlug, die durch den Einfluß der tektonischen Elemente im N und im S besonders stärker aufgeweitet wurden. Somit haben sich trotz der vorherrschenden herzynischen und erzgebirgischen Kluftstreichrichtungen auch in diagonalstreichenden Kluftsystemen Fließwege ausgeformt. Von der Fließstreckenlänge sind die diagonalstreichenden Fließrichtungen nur mit kurzen Fließabschnitten vertreten, während herzynische und erzgebirgische Fließrichtungen das allg. Fließsystem aufbauen.

Die Ausformung der Abflußsysteme der Trockentäler unterlag ebenso den tektonischen Vorgaben, wobei hier die Kompetenz des Untergrundes auf der Albhochfläche für die Abflußrichtung zu den Vorflutern entscheidend war. Hier formten sich die Hauptzüge der Trockentäler bevorzugt in den mit Lockersedimenten der Kreide aufgefüllten Täler aus. Lange Abflußabschnitte haben sich rheinisch und erzgebirgisch streichend ausgeformt. Hingegen zeigt die Auswertung der Streichrosen der Trockentäler, daß der Großteil der Trockentalsysteme in eggischer Richtung, bis hin zur herzynischen Streichrichtung, veläuft. In flachen Regionen auf der Albhochfläche haben sich Trockentalzüge ohne "Seitenäste" entwickelt.