Die Landschaften im Nordwesten der USA und ihre Nutzungen 2017

Tage 9 bis 11: Missoula - Yellowstone National Park

Verfasst von:

E. Hellberg
​M. Kempke
B. Riegel

 

Butte


Butte ist eine Stadt im US-Bundesstaat Montana und wurde gegen Ende des 19. Jahrhunderts als Bergbausiedlung des Anakonda-Kupferwerks gegründet. Die reichhaltig vorhandenen Bodenschätze sorgten für eine rasante Entwicklung von Butte, sodass sich die Bevölkerung in 40 Jahren von etwa 3.500 (1880) auf fast 60.000 (1920) erhöhte. Butte wurde aufgrund seiner hohen Silber-, Gold- und Kupfervorkommen zeitweilig als "reichster Hügel der Welt" bezeichnet. Nachdem die meisten Edelmetalle abgebaut worden waren, schlossen immer mehr Betriebe, sodass es zu einer wirtschaftlichen und sozialen Degradation kam. Viele Menschen verloren ihre Arbeitsplätze und wanderten aus. Die derzeitige Einwohnerzahl von Butte beläuft sich auf etwa 34.000.

 

 

Abbildung 1: Belmont Senior Citizen Center und ein historischer Förderturm in Butte - Montana. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 1: Belmont Senior Citizen Center und ein historischer Förderturm in Butte - Montana. Quelle: Kempke 2016

 

 

Die sogenannte Berkeley Pit in Butte ist ein ehemaliger Kupfertagebau mit den Ausmaßen von 1600 m Länge, 800 m Breite und 540 m Tiefe. Neben gelösten Schwermetallen wie Arsen, Cadmium und Quecksilber ist eines der größten Probleme das vorhandene Pyrit (FeS2), welches, unter anaeroben Bedingungen, von Mikroorganismen zu Schwefelsäure umgesetzt wird. Dies resultiert in einem Absinken des pH-Werts auf etwa 2,5. 1995 starben 324 Schneegänse am kontaminierten sauren Wasser und sollte der Wasserspiegel in dem Tagebau weiter ansteigen, besteht eine akute Gefahr der Grundwasserkontamination.

 

 

Abbildung 2: Berkeley Pit - ein ehemaliger Kupfertagebau. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 2: Berkeley Pit - ein ehemaliger Kupfertagebau. Quelle: Kempke 2016

 

 

Earthquake Lake


In der Nacht des 17. August 1959 bebte die Erde mit einer Stärke von 7.5 auf der Richterskala in der Nähe des Hebgen Lakes. Innerhalb von Sekunden sank die Erdkruste um 5,5 Meter. Als Folge des Erdbebens rutschten 80 Millionen Tonnen Gestein in den Canyon des Madison Rivers und stauten diesen zu dem Earthquake Lake auf. Zudem schlugen riesige Wellen gegen den Staudamm des Hebgen Lake, in dem sich Risse bildete. Glücklicherweise hielt der Staudamm. Jedoch fielen Teile des Highways 287 in den See. Hunderte Menschen wurden von der Außenwelt abgeschnitten. 28 Menschen starben und ein Schaden von ca. 11 Millionen Dollar entstand. In den Monaten nach dem Unglück wurden zwei Kanäle, in den durch den Erdrutsch entstandenen Damm, gegraben, damit der Madison River nicht weiter aufgestaut wird und der See langsam abfließen kann.

 

 

Abbildung 3: Erdrutsch und Earthquake Lake: Im Vordergrund sind die Baumskelette der ertrunkenden Bäume, die früher am Flußufer des Madison River standen, zu sehen. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 3: Erdrutsch und Earthquake Lake: Im Vordergrund sind die Baumskelette der ertrunkenden Bäume, die früher am Flußufer des Madison River standen, zu sehen. Quelle: Riegel 2016

 

 

Yellowstone National Park


Der Yellowstone-Nationalpark wurde am 1. März 1872 gegründet und ist damit der älteste Nationalpark der Welt. Mit einer Fläche von 8.987 km2 ist der Yellowstone-Nationalpark der zweitgrößte Nationalpark der USA. Er liegt zu 96 % seiner Fläche in Wyoming und zu kleinen Teilen in Montana und Idaho. Seine Namensgebung gründet sich auf dem größten Fluss des Yellowstone-Parks – dem Yellowstone River, der sich durch gelbgefärbtes (metamorphiertes Rhyolithgestein) erodiert. Seit 1978 trägt der Park den Titel des UNESCO Weltnaturerbes. 2015 besuchten etwa 4.100.000 Menschen den Yellowstone-Nationalpark, von dessen Fläche nur etwa 1 % durch Infrastruktur bebaut ist. Auf diesem 1 % konzentriert sich fast die gesamte touristische Belastung - die restlichen 99 % sind weitestgehend naturbelassen.

 

 

Abbildung 5: Ausblick über den Yellowstone-Nationalpark vom Gipfel des Avalanche Peaks (links der Yellowstone Lake). Quelle: Kempke 2016
Abbildung 4: Ausblick über den Yellowstone-Nationalpark vom Gipfel des Avalanche Peaks (links der Yellowstone Lake). Quelle: Kempke 2016

 

 

Vegetation im Yellowstone National Park


Mehr als 80% des Yellowstone Nationalparks ist mit Nadelwald, 15% mit Wiesen und ca. 5% mit Wasser bedeckt. Der Nadelwald besteht vorwiegend aus der Lodgepole Pine (Pinus Contorta). Die Nadeln der Lodgepole Pine wachsen in markanten Zweierpaaren. Die Borke hat eine gelbbrauen Farbe. Sie sind lichtbedürftig, aber sonst sehr standorttolerant. Nach Waldbränden gehört sie zu den Pionierarten, denn die Zapfen öffnen sich bei hohen Temperaturen.

 

Firemanagment im Yellowstone National Park


Bis zum Sommer 1988 war der Park mit dichtem Nadelwald bedeckt und die Vegetation mit ca. 300 Jahren stark überaltert. Geringe Niederschläge und ein heißer Sommer begünstigten starke Waldbrände. Die Parkverwaltung entschied die Feuer, die kaum zu kontrollieren waren, nicht zu bekämpfen, sondern nur zu beobachten. Ungefähr 4.000 km² brannten und veränderten das Erscheinungsbild des Nationalparks nachhaltig. Die Höhenlage und die kalten Winter lassen den jungen Wald nur langsam wachsen. Seit 1988 hat sich das Feuermangement gewandelt: Feuer werden nicht gelöscht, sondern beobachtet, und teilweise werden gezielt Brände gelegt, um das Ausmaß von `88 zu vermeiden. Auch die positiven ökologischen Effekte der Brände werden geschätzt. So öffnen sich beispielsweise die durch Harz verschlossenen Zapfen der Lodgepol Pine erst bei starker Hitze. Bei einem Brand werden Millionen von Samen freigesetzt. Während unseres Aufenthalts konnten wir einige Waldbrände sehen.

 

 

Abbildung 6: Aushängende Feuerinformationen mit den aktiven Bränden zur Zeit unseres Aufenthalts. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 5: Aushängende Feuerinformationen mit den aktiven Bränden zur Zeit unseres Aufenthalts. Quelle: Riegel 2016

 

 

Abbildung 7: Waldbrand in der Nähe des West Eingangs am Madison River. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 6: Waldbrand in der Nähe des West Eingangs am Madison River. Quelle: Riegel 2016

 

 

Abbildung 8: In der Ferne der Rauch der Waldbrände. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 7: In der Ferne der Rauch der Waldbrände. Quelle: Kempke 2016

 

Fauna des Yellowstone National Parks


Der Park biete durch den konservierenden und restaurierenden Managementansatz den indigenen Arten einen Rückzugsraum. Im gesamten Parkgebiet gilt – mit Ausnahme des Fischens ohne Netz – ein Jagdverbot. Auch durch die Vielfalt an Lebensräumen (Wälder, Hydrothermale, Seen, Flüsse etc.) ist die Biodiversität sehr hoch. Unteranderem sind Bären, Bisons, Elche, Wapitis, diverse Reptilien wie die Prärieklapperschlange und seit einigen Jahre auch wieder Wölfe heimisch. Wölfe wurden im Laufe des 19. Jahrhunderts bis in die 1920er durch intensive Jagd ausgerottet. Im Jahr 1995 wurden erfolgreich kanadische Wölfe angesiedelt. Der Wolf nimmt als Top-Prädator eine komplexe Rolle im Ökosystem ein. Seit der Rückkehr der Wölfe ist die Wapiti Population geschrumpft. Auch Grizzly Bären töten vermehrt Wapitis.

Das Wildlifemanagement umfasst das Monitoring, Analysieren, Konservieren und die Restauration von einheimischen Spezien. Mehrere Programme befassen sich mit unterschiedlichen Bereichen. Einige Beispiele sind das Wild Health -, Bird-, Bear- und Wolf Program.

 

 

Abbildung 9: Einige Wapitis in der Nähe eines Parkplatzes im Westen des Parks am frühen Abend. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 8: Einige Wapitis in der Nähe eines Parkplatzes im Westen des Parks am frühen Abend. Quelle: Kempke 2016

 

 

Abbildung 10: Teilweise nähern sich die Bisons Autos bis auf wenige Meter. Hier läuft ein Bison in den Abendstunden dicht neben der Straße. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 9: Teilweise nähern sich die Bisons Autos bis auf wenige Meter. Hier läuft ein Bison in den Abendstunden dicht neben der Straße. Quelle: Riegel 2016

 

 

Abbildung 11: Ein Bison am Waldrand. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 10: Ein Bison am Waldrand. Quelle: Riegel 2016

 

 

Der Versteinerte Baum


In der Nähe des Tower-Roosevelts steht noch einer von ehemals drei versteinerten Redwoods. Die Entstehung der versteinerten Bäume ist im Eozän vor 50 Millionen Jahren zu datieren. In dieser Zeit kam es zu einer Reihe starker Eruptionen, weshalb ganze Wälder aus einem Gemisch von Wasser, Asche und Sand bedeckt wurden. Der dann einsetzende Prozess wird Verkieselung, auch Silifizierung, genannt und beschreibt die Umwandlung eines natürlich vorkommenden organischen Materials zu mikrokristallinem Siliziumdioxid (SiO2). Namensgebend und zentral für den Ablaufenden Prozess ist die Kieselsäure, eine auf Silizium basierende schwache anorganische Säure. Unter Luftausschluss treten auch keine Fäulungsprozesse auf, sodass der Prozess der Verkieselung gezielt auf die Zellstruktur der organischen Substanz eingehen kann. Die Zellstruktur wird hierbei nicht zerstört.

 

 

Abbildung 12: Versteinerter Baumstamm nahe Tower-Roosevelt. Quelle: Hellberg 2016
Abbildung 11: Versteinerter Baumstamm nahe Tower-Roosevelt. Quelle: Hellberg 2016

 

 

Hydrothermale Formenschätze des Yellowstone National Parks


Die vielen verschiedenen hydrothermalen Landschaftselemente des Yellowstone-Nationalparks basieren auf seiner vulkanischen Aktivität. Regenwasser versickert und bleibt etwa für 60 Jahre im Boden. Dabei kann es mehrere Kilometer tief eindringen und über 250 °C heiß werden. Während dieses Zeitraumes lösen sich Minerale aus dem Umgebungsgestein und Gase im Grundwasser, welches durch den Umgebungsdruck auch bei Temperaturen über 100 °C den flüssigen Aggregatzustand beibehält. Die Struktur des Untergrundgesteins und die Zufuhr von Wasser bestimmen über die Ausprägung der hydrothermalen Formenschätze.

Geysire kommen in aktiven vulkanischen Gebieten vor. Sie besitzen einen Kanal in Form einer Röhre, der in ein unterirdisches Wasserreservoir mündet; es können sich auch mehrere Wasserreservoire hintereinander befinden. Typischerweise werden Geysire über das Grundwasser gespeist. Das ausgestoßene Wasser hat eine Temperatur zwischen 90 °C und knapp über dem Siedepunkt, während das Wasser im Reservoir meist auf wesentlich höhere Temperaturen überhitzt ist. Der Eruptionskanal oder die Verengungen im Eruptionskanal spielen eine wesentliche Rolle bei den Eruptionen des Geysirs. Deshalb kann zwischen verschiedenen Geysir-Modellen unterschieden werden. Der bekannteste Geysir im Yellowstone-Nationalpark ist der Old Faithful, welcher seinen Namen aufgrund seiner sehr regelmäßigen Eruptionen zu verdanken hat. Zu Beginn der Aufzeichnungen lag das Eruptionsintervall 1870 bei durchschnittlich 61 Minuten, heute liegt es bei durchschnittlich 91 Minuten. Veränderungen der Eruptionsrate lassen sich auf kleinere Erdbeben und Grundwasserveränderungen sowie, man spekuliert, auf Bodenversiegelung zurückführen.

Die Wärme in der Magmakammer erhitzt das Grundwasser auf über 100 °C. Durch den Druck der darüber stehenden Wassersäule siedet das Wasser zunächst nicht. Erst wenn die Temperatur im Reservoir auf weit über den Siedepunkt angestiegen ist, steigen einzelne Dampfblasen durch die Engstelle im Kanal aufwärts und pressen einen Teil der Wassersäule nach oben. Dadurch sinkt unten der Druck ab und das überhitzte Wasser geht schlagartig in Dampf über.

 

 

Abbildung 13: Ausbruch des Old Faithful-Geysirs. Quelle: Hellberg 2016
Abbildung 12: Ausbruch des Old Faithful-Geysirs. Quelle: Hellberg 2016

 

 

Fumarolen: Eine Fumarole ist eine vulkanische Exhalation im Bereich von vulkanisch aktiven Gebieten, aus der Wasserdampf und zum Teil vulkanische Gase austreten. Fumarolen entstehen, wenn sich in der Tiefe des Wasserreservoirs  nur wenig Wasser befindet. Durch den fehlenden Druck wird das Wasser vor seinem Austritt vollständig in Dampf umgewandelt. Fumarolen werden durch die Temperatur und Art der Gase, die aus ihnen austreten, klassifiziert. Die Temperaturen der Gase können zwischen 200 °C und 800 °C liegen. Exhalationen, die reich an Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff sind, werden Solfataren genannt; Kohlendioxid-Exhalationen heißen Mofetten. In der Umgebung von in Bodensenken liegenden Mofetten kann sich das Kohlendioxid anreichern, da es schwerer ist als Luft, und so bei Tieren und Menschen zum Tod durch Erstickung führen.

 

 

Abbildung 14: Eine Fumerole im Lower Geyser Basin. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 13: Eine Fumerole im Lower Geyser Basin. Quelle: Kempke 2016

 

 

Mudpots: Auch Schlammtöpfe genannt, sind heiße Quellen, die sich in geothermal aktiven Gebieten bei schwachem Grundwasserzufluss bilden. Grundwasser speist die Quelle und ein großer Teil davon verdampft. Das restliche Wasser steigt zusammen mit überhitztem Wasserdampf und vulkanischen Gasen an einer Stelle zur Oberfläche auf, wo der Boden reich an vulkanischer Asche, Ton oder anderen feinen Partikeln ist. Diese vermischen sich mit Wasser zu Schlamm. Der Schlamm nimmt die Gestalt einer zähflüssigen, durch den Wasserdampf häufig blubbernd kochenden Suspension an. Der Vulkanschlamm ist im Allgemeinen von weißer bis grauer Färbung (Schwefelverbindungen), mitunter treten durch Beimengungen von Eisen auch rote oder rosa gefärbte Anteile auf. Quellen mit solchen bunten Farben werden auch paint pots (Farbtöpfe) genannt.

 

 

Abbildung 15: Ein rosafarbener Mudpot im Lower Geyser Basin. Quelle: Hellberg 2016
Abbildung 14: Ein rosafarbener Mudpot im Lower Geyser Basin. Quelle: Hellberg 2016

 

 

Thermalquellen und Sinterterrassen: Eine Thermalquelle ist eine hydrothermale Quelle, bei der Wasser austritt, das signifikant wärmer ist als das sie umgebende Grundwasser. Generell treten Thermalquellen in Bereichen mit erhöhter vulkanischer Aktivität und bzw. oder in der Nähe von tiefreichenden Störungssystemen auf. Das Wasser wird unterirdisch erhitzt, entweder durch vulkanische Aktivitäten oder indem das Wasser bis in tiefere Bereiche der Erde zirkuliert und sich dort entsprechend der geothermischen Tiefenstufe erwärmt. Das Gebiet mit der weltweit größten Konzentration von heißen Quellen an Land ist das obere Geysir-Becken im Yellowstone-Nationalpark.

 

 

Abbildung 17: Grand Prismatic Spring von unten. Quelle: Busche 2016
Abbildung 15: Grand Prismatic Spring von unten. Quelle: Busche 2016

 

 

Die Grad Prismatic Spring ist etwa 75 m lang, 91 m breit und 49 m tief und ist damit die drittgrößte Thermalquelle der Welt. Jede Minute strömen durchschnittlich 2000 Liter 71 °C warmen Wassers aus der Grand Prismatic Spring. Weitere markante Thermalquellen sind die Quellen der Mammoth Hot Spring und die Sulphur Caldron. Bei letzteren ist so viel Schwefel im Wasser gelöst, dass der pH-Wert bei 1-2 liegt. Wenn das mineralhaltige und gasgesättigte Wasser aus den Thermalquellen austritt kommt es häufig zur Bildung von Sinterterrassen. Das bekannteste Beispiel im Yellowstone National Parks sind die Mammoth Hot Springs. Die Terrassenbildung hängt von einigen Faktoren ab. In Tiefen von mehreren Kilometern herrscht ein so großer Druck, dass Wasser auch bei 250 °C und mehr weiterhin im flüssigen Aggregatzustand vorkommt und mit Mineralen und Gasen gesättigt vorliegt. Im Fall der Mammoth Springs sind in dem austretenden Quellwasser Carbonate und Kohlenstoffdioxid gelöst. Die Löslichkeit von Carbonat korreliert mit der Menge an gelösten CO2. Durch den schlagartigen Druckabfall, bei Erreichen der Erdoberfläche, entweicht ein großer Teil des CO2, sodass sie die Gleichgewichtsreaktion zwischen Carbonat und CO2 wieder einstellt und Carbonat als Folge daraus auskristallisiert. Dieser Prozess wiederholt sich immer wieder, sodass mächtige Sinterterrassen entstehen können. Aus den Mammoth Hot Springs fließen jede Minute ca. 2000 Liter Wasser und akkumulieren somit bis zu zwei Tonnen Aragonit (Kalkstein). Charakteristische Farben können durch verschiedene Kationen im Kristallgitter des Karbonatgesteins hervorgerufen werden.

 

 

Abbildung 18: Sulphur Caldron nahe der Fishing Bridge. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 16: Sulphur Caldron nahe der Fishing Bridge. Quelle: Kempke 2016

 

 

Abbildung 19: Thermalquelle der unteren Mammoth Springs Sinterterrassen. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 17: Thermalquelle der unteren Mammoth Springs Sinterterrassen. Quelle: Kempke 2016

 

 

Abbildung 20: Untere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs (1). Quelle: Busche 2016
Abbildung 18: Untere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs. Quelle: Busche 2016

 

 

Abbildung 21: Ebenfalls untere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 19: Ebenfalls untere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs. Quelle: Kempke 2016

 

 

Abbildung 22: Obere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 20: Obere Sinterterrassen der Mammoth Hot Springs. Quelle: Kempke 2016

 

 

Abbildung 23: Sinterterrassen des Grad Prismatic Springs. Quelle: Kempke 2016
Abbildung 21: Sinterterrassen des Grad Prismatic Springs. Quelle: Kempke 2016

 

 

Grand Canyon


Der Grand Canyon im Yellowstone-Nationalpark ist ein durch den Yellowstone River weiter ausgeprägtes und vermutlich in der letzten Eiszeit vor 14.000 bis 18.000 Jahren entstandenes Tal. Es misst etwa 240  bis 430 m in der Tiefe und 480 bis 1400 m in der Breite und besteht hauptsächlich aus vulkanischem Gestein. Das Rhyolith enthält relativ große Mengen Eisen, welches bei der Verwitterung die markanten Gelb- und Orangefarbtöne annimmt. Der Upper Falls und der Lower Falls sind die beiden größten Wasserfälle, die in den Canyon münden.

 

 

Abbildung 24: Grand Canyon mit Upper Falls. Quelle: Hellberg 2016
Abbildung 22: Grand Canyon mit Upper Falls. Quelle: Hellberg 2016

 

 

Gewässer des Grand Canyon National Park


Die Gewässer im Park sind als „Outstanding National Ressource“ klassifiziert und unterliegen damit dem Höchsten Level um es zu schützen. Der Einfluss auf das Ökosystem durch Gewässer wird untersucht. Regelmäßig werden unter anderen Wassertemperatur, PH-Wert und Sauerstoffgehalt überprüft. Das Ökosystem des Nationalparks ist nicht isoliert von der Außenwelt, so werden Schadstoffe von außerhalb in den Park transportiert und verursachen Schäden. Diagonal durch den südwestlichen Teil des Parks verläuft die nordamerikanische Hauptwasserscheide. Sie trennt den Wasserabfluss in den Pazifik und in den Atlantik.

Der Madison River beispielsweise fließt im Westen aus dem Park und über das Missouri – Mississippi – Flusssystem in den Atlantik. Der Snake River dagegen entspringt im Teton Nationalpark und fließt über den Columbia River in den Pazifik. Er wird unter anderem im Hebgen Lake durch den Hebgen Damm aufgestaut und im Earthquake Lake.

Im Park befinden sich ca. 290 Wasserfälle ab einer Fallhöhe von 4,5 Metern. Mit 94 Metern Fallhöhe ist sind die Lower Falls die höchsten.

 

 

Abbildung 25: Firehole River in der Nähe des Grand Prismatic Spring. Der Firehole River fließt mit dem Gibbon River bei Madison zusammen und wird zum Madison River. Quelle: Riegel 2016
Abbildung 23: Firehole River in der Nähe des Grand Prismatic Spring. Der Firehole River fließt mit dem Gibbon River bei Madison zusammen und wird zum Madison River. Quelle: Riegel 2016

 

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