Geologie des Stadtgebietes von Mülheim

Geographischer Überblick

Mülheim an der Ruhr ist eine kreisfreie Stadt im westlichen Ruhrgebiet mit rund 170000 Einwohnern. Naturräumlich liegt Mülheim im Grenzbereich des Bergisch-Sauerländischen Unterlandes im Süden, des Westenhellwegs im Osten, der Mittleren Niederrheinebene im Nordwesten und der Bergischen Heideterrassen im Südwesten.

Geologischer Überblick

Die ältesten Gesteine, die im Mülheimer Stadtgebiet an der Oberfläche anstehen, stammen aus dem Karbon. Es sind klastische Sedimente, die unter marinen bis limnisch-terrestrischen Bedingungen abgelagert wurden. Diese Sedimente wurden von der Variszischen Gebirgsbildung erfasst, gefaltet und verstellt.

Während das Karbon im Süden und kleinräumig auch in der Mitte des Stadtgebietes an der Oberfläche ausstreicht oder bis fast an die Oberfläche reicht, wird es nach Norden von zunehmend mächtigeren Schichten der Kreide überlagert, die aber ihrerseits auch nur an wenigen Stellen bis direkt an die Oberfläche reichen. Überdeckt wird die Kreide von Sedimenten aus dem Quartär, die unter kaltzeitlichen Bedingungen entstanden und einen Großteil des Stadtgebietes bedecken (Abb. 1).

Neben der Grundmoräne und Terrassenablagerungen der Ruhr sind dies vor allem Löss und Flugsand. Als äolische Sedimente lagern sie als dünner Schleier über älteren Schichten. Als jüngste Ablagerungen treten holozäne Auensande und Auenlehme der Ruhr auf.

Karbon (358 - 298 Mill. Jahre vor heute)

Im Untergrund des gesamten Ruhrgebietes finden sich mächtige Ablagerungen des Karbons, die im Süden des Ruhrgebietes auch die Oberfläche erreichen. Die Karbon-Schichten, die im Rahmen der Variszischen Gebirgsbildung gefaltet wurden, werden in Richtung Norden von einem zunehmend mächtigeren Deckgebirge überdeckt.

Nur im Süden und Südwesten der Stadt Mülheim reicht das Karbon auf beiden Seiten der Ruhr bis an die Oberfläche. Dabei handelt es sich um Gesteine der Namur-Stufe, die meistens unter geringer Löss- oder Grundmoränenbedeckung liegen, teilweise aber auch direkt anstehen. Die nach Norden hin abtauchende Karbon-Oberfläche erreicht in den nördlichen Stadtteilen nirgendwo mehr die Geländeoberfläche.

Unterkarbon

Im Unterkarbon war das heutige Ruhrgebiet Teil des Rhenoherzynischen Beckens. Plattentektonisch war dieses Becken Teil des Kleinkontinentes Avalonia, der im Rahmen der Kaledonischen Gebirgsbildung mit anderen Platten zu einer Landmasse kollidiert war, die als Laurussia oder Old-Red-Kontinent bezeichnet wird.

Das Rhenoherzynische Becken war dem in Nordeuropa gelegenen Old-Red-Kontinent südöstlich vorgelagert und vertiefte sich zu Beginn des Unterkarbons und griff nach Norden und Nordwesten vor (Grabert 1998). Dabei entwickelten sich im Becken zwei unterschiedliche Faziesbereich. Im Nordwesten bildeten sich karbonathaltige, fossilreiche Flachwasserkalke, die als Kohlenkalk-Fazies bezeichnet werden. Weiter im Südosten und somit in größerer Küstenferne kamen Alaun- und Kieselschiefer, Tuffe und Grauwacken zur Ablagerung. Dieser Bereich wird als Kulm-Fazies bezeichnet. Die Grenze beider Faziesräume lag im westlichen Ruhrgebiet und damit etwa im Raum Mülheim.

Oberkarbon

Das Rhenoherzynische Becken bildete den Nordrand eines größeren Meeres, das als Rheischer Ozean bezeichnet wird. Dieser Ozean wurde im Verlauf des Karbons durch die Nordwanderung des Gondwana-Kontinents allmählich geschlossen. Gondwana und weitere vorgelagerte Mikroplatten kollidierten mit Avalonia, der ehemalige Meeresraum wurde als Gebirge herausgehoben.

Während im Devon und Unterkarbon der Sedimenteintrag vor allem aus nördlicher Richtung in das Rhenoherzynische Becken kam, änderte sich dies im Oberkarbon. Jetzt lieferte das gehobene Land im Süden den meisten Sedimenteintrag. Mit der Heraushebung der im Rhenoherzynischen Trog angehäuften Sedimente wurde das Meer schließlich auf einen schmalen, nördlich des aufsteigenden Gebirges gelegenen Streifen begrenzt, der als Subvariszische Saumtiefe bezeichnet wird (Abb. 2).

Die Schichten der Subvariszischen Saumtiefe entstanden als Ablagerungen eines langgezogenen Beckens, das sich von England, Nordfrankreich und Belgien über das Ruhrgebiet bis nach Osteuropa erstreckte. Das Becken nahm den Abtragungsschutt des aufsteigenden Variszischen Gebirges auf und konnte über lange Zeiträume im Oberkarbon ein Gleichgewicht zwischen Absenkung und Sedimentauffüllung wahren. Es bildete sich eine flache Küstenebene, in der sich unter tropischen Klimabedingungen große Moorgebiete ausbreiten konnten. Diese Ebene war gekennzeichnet durch hohe Grundwasserstände und gelegentliche Meereseinbrüche, wobei der marine Einfluss im Verlauf des Oberkarbons abnahm.

In diesem Ablagerungsraum entstand ein mehrere tausend Meter mächtiger klastisch-organogener Schichtstapel, der gegen Ende des Oberkarbons verfaltet wurde. Die Sedimente wurden dabei durch die Druck- und Wärmeerhöhung verdichtet und aus den Torflagen entstanden Kohlenflöze, die für die wirtschaftliche Entwicklung des Ruhrgebietes von überragender Bedeutung waren.

Das Oberkarbon im Mülheimer Stadtgebiet beginnt mit dem Namur B, das in seinem unteren Abschnitt noch flözleer ist. Gesteine aus dieser Zeit sind auf der Westseite des Ruhrtals verbreitet und dort an einigen Stellen aufgeschlossen. Sie werden in die Hagen- und die Ziegelschiefer-Formation gestellt. Es handelt sich überwiegend um Wechselfolgen aus Grauwacken, Sandsteinen, Ton- und Schluffsteinen.

Die Hagen-Formation (Abb. 3), die etwa im mittleren Namur B entstand, besteht aus einer Ton-Sandstein-Wechsellagerungen. Während die dunklen Tonsteine marine Bildung sind, sind die Sandsteine, die oft Schrägschichtung und einen Anteil hellen Glimmers besitzen, wohl Schüttungen der im Süden aufgetauchten Mitteldeutsche Kristallinzone. Mit diesen Ablagerungen hatte sich der Übergang vom Flysch- zum Molasse-Stadium der Variszischen Vortiefe vollzogen.

Die im Hangenden folgende Ziegelschiefer-Formation (Abb. 4) besteht aus eher feinkörnigen Ablagerungen. Es treten insbesondere Schluffsteine mit Tonsteinlagen und Sandsteinbänken auf, die in einem küstennahen marinen Ablagerungsmilieu entstanden. Die Tonsteine wurden früher als Rohstoff für die Ziegelindustrie verwendet, was der Formation ihren Namen gab.

Im höheren Namur B setzt in der Kaisberg-Formation und anschließend in der Sprockhövel-Formation die Flözführung im Ruhrkarbon ein. Das Meer war einer Küstenebene gewichen. Damit endete ein seit dem Devon andauernder fast ausschließlich marin geprägter Zeitabschnitt. In die Ton-, Schluff- und Sandsteinabfolge sind immer wieder Steinkohlenflöze eingelagert. Zudem sind konglomeratische Sandsteine und mehrere marine bzw. marin beeinflusste Horizonte eingeschaltet. Schichten aus dem Namur bilden im Südwesten Mülheims die Karbon-Oberfläche und reichen bis nahe an die Oberfläche. Aufschlüsse gibt es jedoch nur wenige (Abb. 3 und Abb. 4).

Die Witten-Formation aus dem Westfal A beginnt mit dem marinen Sarnsbank-Horizont und endet unterhalb des ebenfalls marinen Plaßhofsbank-Horizontes (Abb. 5). Der marine Einfluss ist geringer als in der Sprockhövel-Formation. Die Witten-Formation bildet eine Folge von Ton-, Schluff- und Sandsteinen. Letztere können teilweise konglomeratisch sein, wie z.B. der Finefrau-Sandstein. Die Sandsteine werden als Küsten- oder Deltaablagerungen gedeutet. In die Witten-Formation sind zahlreiche Kohlenflözen eingeschaltet. Schichten der Witten-Formation sind in der Regel unter Löss bedeckt und damit nicht unmittelbar an der Oberfläche aufgeschlossen. Im Untergrund des östlichen Stadtgebietes sind sie im Zentrum der Essener Mulde, deren Muldenzentrum sie aufbauen, weiträumig vorhanden.

Die Bochum-Formation gehört in das Obere Westfal A (Abb. 5). Ähnlich wie die Witten-Formation handelt es sich um eine Abfolge von Ton-, Schluff- und Sandsteinen mit zahlreichen Einschaltungen von Steinkohlenflözen. Die Formation beginnt mit dem marinen Plaßhofsbank-Horizont und endet unmittelbar unter dem marinen Katharina-Horizont. Die im mittleren Teil der Schichtenfolge enthaltenen Kaolin-Kohlentonsteine stellen wichtige stratigraphische Leithorizonte dar. Schichten der Bochum-Formation streichen nirgendwo an der Oberfläche aus.

Jüngere Ablagerungen des Oberkarbons, wie sie etwa aus dem benachbarten Essen bekannt sind, fehlen im Untergrund von Mülheim bereits, da diese Schichten nach der Heraushebung des Variszischen Gebirges erodiert wurden.

Perm (298 - 251 Mill. Jahre vor heute)

Mit dem Perm begann die postvarizische Ära. Sedimente aus dieser Zeit treten im Stadtgebiet Mülheim nicht auf. Im ariden Klima des Perms wurde das Variszische Gebirge Mitteleuropas schnell abgetragen. Die rotfarbigen, oft groben Verwitterungsprodukte, die nach seltenen, aber heftigen Starkregen transportiert wurden, sammelten sich in Senken, die in das Gebirge einsanken.

Zu Beginn des Zechsteins gelangte das Meer aus nördlicher Richtung über die Niederrhein-Ems-Senke bis in das westliche Münsterland und an den Niederrhein. In diesem Niederrheinischen Becken kam es bei ariden Klimabedingungen zur Entstehung mehrerer salinarer Zyklen. Die Grenze dieser flachen Salzpfanne verlief am Nordwestrand des Ruhrgebietes. Mülheim lag aber nicht mehr in ihrem direkten Einzugsbereich.

Trias (251 - 201 Mill. Jahre vor heute)

Im Ruhrgebiet herrschten zur Zeit der Trias weitgehend festländische Bedingungen. Unter den semiariden bis wechselfeuchten Klimaverhältnissen zur Entstehungszeit des Buntsandsteins sedimentierten aus der Eifel kommende Schüttungen mindestens bis in den Raum Duisburg. Es ist unsicher, ob diese Ablagerungen auch Mülheim erreichten. Während der Bildungszeit des Muschelkalks breitete sich in Mitteleuropa ein flaches Schelfmeer aus, das auch den Rand des Ruhrgebietes erreichte. Ablagerungen in Form von Kalksteinen, Mergeln und Evaporiten sind am Niederrhein in mehreren Bohrungen angetroffen worden. Sie finden sich aber nicht auf Mülheimer Stadtgebiet. Dies gilt auch für die Ablagerungen des eher festländischen Keupers.

Jura (201 - 145 Mill. Jahre vor heute)

Im Jura wurden erneut große Bereiche Mitteleuropas vom Meer bedeckt. Allerdings blieb die Rheinische Masse und mit ihr ein Teil des Ruhrgebietes als Insel in diesem Schelfmeer bestehen. Im Lias erreichte von Norden her ein Meeresvorstoß die Niederrheinische Bucht und das westliche Ruhrgebiet. Im Bislicher Graben bei Wesel und im Dinslakener Graben sind liassische Sedimente in geschützter Positionen erhalten geblieben. Möglicherweise reichte das Lias-Meer auch bis in den Raum Mülheim. Ab dem höheren Jura waren Mülheim und das Ruhrgebiet wieder festländisch.

Kreide (145 - 66 Mill. Jahre vor heute)

Das Ruhrgebiet bildete während der Oberkreide den Randbereich eines Flachmeeres, dessen Beckenzentrum im zentralen Münsterland lag. Daher liegt heute ein Deckgebirge aus Ablagerungen der Kreide in annähernd horizontaler Lage über den variszisch gefalteten und eingeebneten Schichten des Oberkarbons. Im Süden Mülheims findet sich die südliche Verbreitungsgrenze der Kreide. Diese Linie stellt eine Erosionsgrenze darstellt. Ursprünglich dürfte das Meer noch etwas über das Stadtgebiet hinaus nach Süden gereicht haben (Abb. 6). Die Mächtigkeitsabnahme der Kreide-Schichten nach Süden hin deutet aber darauf hin, dass die Küste nicht sehr weit entfernt war. Die Kreide ist in Mülheim nur an ganz wenigen Stellen an der Oberfläche aufgeschlossen. In aller Regel wird sie von Sedimenten aus dem Quartär überdeckt.

Unterkreide

Im Hauterive gelangte das Meer von Norden her bis an den Rand des Ruhrgebietes. Sedimente dieses Meeresvorstoßes sind bis in den Raum Duisburg nachweisbar. Mülheim dürfte damals in Küstennähe gelegen haben. Eindeutig marine Bedingungen stellten sich dann im Alb ein, als das Meer weit auf die Rheinische Masse übergriff und das Ruhrgebiet zu einem marinen Ablagerungsraum machte. Am Ende der Alb-Zeit zog sich das Meer kurzzeitig zurück.

Oberkreide

Endgültig marine Verhältnisse stellten sich ab dem Cenoman zu Beginn der Oberkreide ein. Das vorrückende Meer überflutete eine weitgehend eingeebnete Landschaft, in der die Gesteine des Oberkarbons an der Oberfläche anstanden. Im Stadtgebiet von Mülheim bildete der Kassenberg im Stadtteil Broich eine aus Karbon-Gesteinen aufgebaute Klippe, die aus dem Kreide-Meer herausragte (Jansen & Drozdzewski 1986). Davon zeugen Brandungsgerölle und Erosionsspuren, die die Brandung an dieser ehemaligen Steilküste verursachte.

Das Mülheimer Stadtgebiet lag bereits in Küstennähe, so dass hier die Sedimentationsbedingungen unruhiger waren als im weiter nordöstlich gelegenen Beckenzentrum bei Münster. Hohe Quarz- und Glaukonitgehalte in den Sedimenten zeigen die Küstennähe an. Glaukonit ist ein Tonmineral aus der Glimmer-Gruppe und bildet sich bei geringen Wassertiefen und verminderten Sedimentationsraten. Hohe Glaukonitanteile verursachen eine typische grünblaue Färbung der Gesteine und sind stets an hohe Sandgehalte gebunden.

Die Cenoman-Stufe wird durch die Essen-Grünsand-Formation gebildet (Abb. 6). Sie beginnt stellenweise mit einem Basiskonglomerat und einem Brauneisenstein-Horizont, über dem der eigentliche Essen-Grünsand aus mergeligem Sandstein oder Sandmergelstein folgt. Den Abschluss bildet eine harte Kalkmergelbank, die einen weiträumigen Leithorizont für das Ruhrgebiet und das Münsterland bildet.

Die im Cenoman noch vorhandenen Reliefunterschiede waren im Turon weitgehend verschwunden, so dass im Turon ausgeglichenere Sedimentationsbedingungen herrschten. Generell ist das Turon im südwestlichen Ruhrgebiet in einer stärker sandigen, küstennahen Fazies entwickelt, während höhere Karbonat- und niedrigere Sandanteile in nordöstlicher Richtung landfernere Ablagerungsräume anzeigen.

Das Turon beginnt mit der Büren-Formation (früher labiatus-Schichten) (Abb. 7), die aus gleichförmigen Kalkmergel- und Tonmergelsteinen besteht. Häufiges Fossil ist die Muschel Inoceramus labiatus. Darüber folgen die Bochum-Grünsand- und die Soest-Grünsand-Subformation, die hohe Glaukonitanteile aufweisen und aus Fein- und Mittelsandsteinen mit schwachem Karbonatgehalt und wechselndem Schluffgehalt bestehen. Im östlichen Ruhrgebiet können beide Subformationen durch die eingeschaltete Oerlinghausen-Formation (früher lamarcki-Schichten) abgegrenzt werden. Im Westen des Ruhrgebietes, wo die lamarcki-Schichten nicht auftreten, sind beide Grünsande nicht unterscheidbar und werden daher zusammengefasst.

Im Hangenden folgt ein undeutlicher Übergang zur Erwitte-Formation (früher schloenbachi-Schichten) der Coniac-Stufe. Diese besteht im Raum Mülheim aus glaukonithaltigen Sand- und Mergelsteinen. Die Mergel der folgenden Emscher-Formation umfassen die Schichtenfolge bis in die höhere Santon-Stufe. Dabei entstanden zu Beginn des Santons karbonatisch-glaukonithaltige Fein- und Mittelsandsteine, die als Emscher-Grünsand-Subformation bezeichnet werden und sich in die Mergel einschalten. Im oberen Santon gehen die Mergel mit unscharfem Übergang in die Osterfeld-Schichten der Haltern-Formation über, die aber möglicherweise nur nördlich des Mülheimer Stadtgebietes auftreten.

Tertiär (66 - 2,6 Mill. Jahre vor heute)

Zu Beginn des Tertiärs kam es im Paleozän zu einem Meeresvorstoß an den nördlichen Niederrhein. Das Ruhrgebiet wurde davon nicht berührt. Auch im folgende Eozän blieb das Ruhrgebiet Teil einer flachen, reliefarmen Landschaft, die durch träge fließende Flüsse entwässert wurde. Unter annähernd tropischen Klimaverhältnissen kam es zu einer tiefgründigen Verwitterung der anstehenden Gesteine. Die Landschaft wurde dabei weitgehend eingeebnet.

Im Oligozän begann das Einsinken der Niederrheinischen Bucht, was dazu führte, dass das Meer ab dem Mitteloligozän entlang der Senkungslinie von Nordwesten her an den Niederrhein und bis in die Randlagen des Bergischen Landes vorstieß. Die Küste dürfte etwa im Bereich Mülheim oder etwas weiter östlich verlaufen sein.

Sedimente dieser oligozänen Transgression finden sich mit den feinsandigen Ablagerungen der Walsum- und der tonigen Ratingen-Subformation auch im Untergrund des Mülheimer Stadtgebietes. An der südwestlichen Stadtgrenze zu Duisburg, im Bereich von Mülheim-Uhlenhorst und Mülheim-Saarn, liegen Sedimente der Ratingen-Subformation an oder nahe der Oberfläche (Abb. 1). Es handelt sich dabei um dunkle, leicht karbonathaltige Tone mit geringen Schluff- oder Sandanteilen.

Tektonische Hebungen an der Oligozän-/Miozän-Grenze verdrängten das Meer aus dem westlichen Ruhrgebiet. Es finden sich daher keine weiteren tertiärzeitlichen Ablagerungen in Mülheim. In einer weiteren Hebungsphase am Ende des Tertiärs tiefte sich die Ruhr in das sich hebende Rheinische Schiefergebirge ein.

Quartär (ab 2,6 Mill. Jahre vor heute)

Vor 2,6 Millionen Jahren begann das Quartär, das bis heute andauert. Es ist geprägt durch den wiederholten Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Die drei letzten Vereisungsphasen werden als Elster-, Saale- und Weichsel-Kaltzeit bezeichnet. In diesen Kaltzeiten erreichten die in Skandinavien angewachsenen Eisschilde den mitteleuropäischen Raum. In den Warmzeiten dazwischen stellten sich Klimabedingungen ein, die ungefähr mit den heutigen vergleichbar waren. Die Kenntnisse über die früheren Kalt- und Warmzeiten sind dagegen spärlich, was damit zusammenhängt, dass nur wenige Sedimente aus der Frühphase des Quartärs überliefert sind. Schon beim ersten Eisvorstoß während der Elster-Kaltzeit wurden nämlich die Hinterlassenschaften der vorherigen Kalt- und Warmzeiten im nördlichen Mitteleuropa fast völlig beseitigt.

Die Oberfläche Mülheims wird fast ganz eingenommen von Ablagerungen des Quartärs. Dabei ist die Mächtigkeit der Quartär-Bedeckung im Norden des Stadtgebietes größer als im Süden, wo mit ansteigendem Relief das Karbon bis nahe an die Oberfläche kommt und die Auflage jüngerer Sedimente abnimmt.

Zu den kaltzeitlichen Ablagerungen gehören die Flussterrassen, die Rhein und Ruhr aufschotterten, die vom Inlandeis gebildete Grundmoräne und eine dünne Auflage äolischer Sedimente (Abb. 8), die heute einen Großteil der Geländeoberfläche bedecken.

Altpleistozän bis einschließlich Elster-Kaltzeit

Im Mülheimer Stadtgebiet finden sich Ablagerungen der Hauptterrassen von Rhein und Ruhr. Sie entstanden im Altpleistozän noch vor der Elster-Kaltzeit. Petrographisch lassen sich beide Terrassensedimente gut unterscheiden, da Rhein und Ruhr gänzlich verschiedene Einzugsgebiete besitzen und sich daher in ihrer Geröllführung unterscheiden. Das Schwermineralspektrum beider Hauptterrassen ist dagegen identisch. Es treten vor allem Epidot, Zirkon und Turmalin auf.

Die Hauptterrasse des Rheins ist nur in kleinen Überresten westlich des Ruhrtals erhalten geblieben. Sie ist sandreicher als die Hauptterrasse der Ruhr und besitzt zudem höhere Quarzgehalte. Wesentlich weiter verbreitet ist die Hauptterrasse der Ruhr. Sowohl im Stadtzentrum, als auch südlich und insbesondere nördlich des Mülheimer Zentrums findet sich der Terrassenkörper entweder an der Oberfläche oder unter einer Deckschicht äolischer Sedimente.

Während der Elster-Kaltzeit erreichten die Gletscher das nördliche Mitteleuropa. Die südwestliche Vereisungsgrenze lag im Bereich des Teutoburger Waldes. Das Ruhrgebiet blieb eisfrei und lag im Bereich einer trockenen Kältesteppe. Während dieser Zeit wurden zwei Terrassenkörper der Oberen Mittelterrasse aufgeschottert. Ihre kleinflächigen Vorkommen im Ruhrtal sind heute aber weitgehend überbaut. Daher sind Zusammensetzung und heutige Verbreitung nur ungenau bekannt.

Saale-Kaltzeit

Die Saale-Kaltzeit besteht aus mehreren Kälte- und Wärmeschwankungen, so dass man heute eher von einem Saale-Komplex spricht. Während dieser Zeit erreichte das Inlandeis von Skandinavien kommend Mitteleuropa. Dabei wurde auch das Ruhrgebiet von den Eismassen bedeckt (Abb. 9). Bevor die Gletscher den Raum Mülheim erreichten, konnte die Ruhr die Untere Mittelterrasse aufschottern. Diese wird aufgebaut aus sandigen Kiesen mit geringen Schluffanteilen, die maximale Mächtigkeit liegt bei 15 m (Jansen & Drozdzewski 1986).

Die Untere Mittelterrasse tritt im Ruhrtal morphologisch als Geländestufe oberhalb der weichselzeitlichen Niederterrasse in Erscheinung. Im Südwesten des Mülheimer Stadtgebietes liegt sie an oder nahe der Oberfläche, während sie an der Stadtgrenze zu Oberhausen großflächiger vorhanden ist, dort aber von jüngeren Sedimenten bedeckt wird.

Ebenso wie die Untere Mittelterrasse konnte der Ältere Löss nur unter periglazialen Bedingungen entstehen, als die Gletscher Mülheim noch nicht erreicht hatten. Da das vorrückende Eis den Löss anschließend überfuhr, wird er von saalezeitlicher Grundmoräne überlagert. Älterer Löss besteht aus bräunlich-gelblichem Schluff mit wechselndem Ton- und Feinsandgehalt. Primär ist er kalkhaltig, in Oberflächennähe ist Löss meistens entkalkt und zu Lösslehm verwittert.

Die Grundmoräne ist das direkte Entstehungsprodukt des Inlandeises. Im Mülheimer Stadtgebiet tritt überwiegend eine Lokalmoräne auf, d.h. die Zusammensetzung der Moräne wird stark beeinflusst von den ausstreichenden Karbon- und Kreide-Schichten, die die Gletscher beim Vorrücken in das Ruhrtal überfuhren.

Im Bereich von Mülheim-Uhlenhorst liegt die Grundmoräne direkt an der Oberfläche. Ansonsten ist sie unter Jüngerem Löss bedeckt oder bereits wieder abgetragen worden. Gebietsweise zeugen Steinsohlen oder vereinzelte Geschiebe als letzte Überreste von der ehemals kompletten Überdeckung Mülheims mit Grundmoräne.

Weichsel-Kaltzeit

Die Weichsel-Kaltzeit wird in ein Früh-, Hoch- und Spätglazial unterteilt. Das Ruhrgebiet blieb die ganze Zeit eisfrei. In einer trockenen, kalten Steppenlandschaft waren die Entstehung der Niederterrasse der Ruhr und die äolischen Ablagerungen in Form von Löss, Sandlöss und Flugsand die wichtigsten Elemente der Landschaftsformung.

Unterhalb der Stelle, wo die Ruhr ihr enges Tal verlässt und die Niederrheinische Bucht erreicht, konnte sie während der Weichsel-Kaltzeit eine mehrere Kilometer breite Niederterrasse ausbilden. Petrographisch besteht der Terrassenkörper aus sandigen, gelegentlich auch schluffigen Kiesen. Er ist die Hinterlassenschaft eines verwilderten Flusssystemes, das sich unter den kaltzeitlichen Bedingungen ausbildete.

Üblicherweise steht die Niederterrasse nicht unmittelbar an der Oberfläche an, sondern wird von Auensedimenten, Flugsand oder Dünen überlagert. Im Stadtteil Styrum reicht die Niederterrasse direkt bis an die Oberfläche. Dort fehlt die äolische Überdeckung. Da das Ruhrtal heute von holozänen Auenablagerungen eingenommen wird, ist die Niederterrasse im Ruhrtal entweder abgetragen oder unter jüngeren Sedimenten bedeckt.

In den Wärmeschwankungen zu Beginn des Frühglazials, dem Amersfoort- und Brörup-Interstadial, war die Landschaft noch bewaldet, so dass keine Auswehung von Sedimenten stattfinden konnte. Ab dem späten Frühglazial aber bot sich dem Wind bei geringer Vegetationsbedeckung und trockenem Klima günstige Gelegenheit, große Mengen Schluff, Fein- und Mittelsand von den Hochflutflächen der verwilderten Flusssysteme von Rhein und Ruhr aufzunehmen und zu verfrachten.

Ablagerungsprodukte des äolischen Transportes waren Löss, Sandlöss und Flugsand. Während im nördlichen Ruhrgebiet Flugsand dominiert, überwiegt nach Süden hin der Löss, der in Oberflächennähe zu Lösslehm verwittert ist (Abb. 10). In einer schmalen Zone dazwischen Föugsand und Löss tritt Sandlöss als Übergangssediment auf.

Der weichselzeitliche Löss wird als Jüngerer Löss bezeichnet. Im Mülheimer Stadtgebiet ist er östlich der Ruhr großflächig anzutreffen. Dabei handelt es sich um einen karbonathaltigen Schluff mit geringen Ton- und Sandanteilen. Seine Mächtigkeit kann mehrere Meter betragen. Hauptaufwehungszeit des Lösses war das Hochglazial, als das Klima extrem kalt und trocken war. Wie überall im Ruhrgebiet ist der ursprüngliche Löss weitgehend zu Lösslehm verwittert und in Hanglagen umgelagert und verschlämmt worden.

Anders als Löss, der über große Distanzen transportiert werden kann, sind die Transportweiten bei Flugsand gering. Flugsandaufwehungen fanden insbesondere im Spätglazial und bis in das Holozän hinein statt. Meistens handelt es sich um Fein- bis Mittelsande mit mäßigem Schluffanteil. Größere Areale mit Flugsandbedeckung finden sich im Westen Mülheims, etwa in den Stadtteilen Uhlenhorst und Speldorf.

Holozän

Mit dem Holozän setzte die aktuelle Warmzeit ein. Nach einem schnellen Temperaturanstieg im Präboreal und Boral wurde mit dem Atlanktikum das bisherige Wärmeoptimum erreicht. Im anschließenden Subboreal und verstärkt im Subatlantikum wurde das Klima dann wieder kühler.

Im Präboreal zu Beginn des Holozäns schnitten sich die Flüsse und Bäche kräftig in den Untergrund ein, so dass sich vielerorts eine Erosionskante zwischen der Niederterrasse und der eingetieften holozänen Talaue entwickelte.

Der Talboden der Ruhr wird eingenommen von holozänen Auenlehmen und Auensanden. Neben dem Niveau der rezenten Talaue finden sich auch höher gelegene Niveaus, die mit einer Geländekante gegen den heutigen Talboden grenzen. Die holozänen Auensedimente liegen oft auf der Niederterrasse, wobei ihre genaue Abgrenzung gegen spätglaziale Hochflutlehme nicht immer möglich ist. In Flussnähe wurde der Terrassenkörper erodiert oder umgelagert. Die Auenablagerungen befinden sich dort anstelle der Niederterrasse.

Tektonik

Die Lagerungsverhältnisse der Karbon-Schichten ist das Resultat der Variszischen Gebirgsbildung, die die Ablagerungen am Ende des Karbons in Sattel- und Faltenstrukturen legte. Die Karbon-Oberfläche ist heute eine Kappungsfläche, die nach Nordwesten abtaucht und an der diese Falten angeschnitten sind. Auch zahlreiche Abschiebungen durchziehen das Steinkohlengebirge und zudem die Deckschichten und gliedern den Untergrund in Graben- und Horststrukturen. Angelegt wurden sie wohl noch während der Variszischen Gebirgsbildung. Sie sind jedoch vor allem Ausdruck tektonischer Bewegungen in postvariszischer Zeit. Dabei kam es sowohl zu Dehungs- als auch zu Einengungsbewegungen.

Tektonik im Paläozoikum

Die aktuellen Lagerungsverhältnisse des Karbons sind vor allem das Ergebnis der Variszischen Gebirgsbildung, die an der Westfal-/Stefan-Grenze mit der Asturischen Phase ihren Höhepunkt erreichte. Dabei durchlief die Faltungsfront von Süden kommend den Bereich der Subvariszischen Saumtiefe. Die orogene Einengung nimmt von Südosten nach Nordwesten stetig ab und läuft im westlichen Münsterland schließlich aus. Der gesamte Schichtstapel wurde im Rahmen der Gebirgsbildung nicht nur gefaltet, sondern auch von Bruchtektonik durchsetzt.

Die Karbon-Oberfläche, als Kappungsfläche des ehemaligen Gebirges, sinkt heute etwa nach Nordwesten ab und wird in dieser Richtung von einem zunehmend mächtigeren Deckgebirge überlagert. So steht Karbon nur im Mülheimer Süden direkt an der Oberfläche an, in den nördlichen Stadtteilen wird es von mesozoischen und känozoischen Sedimenten überlagert.

Die Hebungsbeträge nahmen vom Zentrum des Variszischen Gebirges in Richtung des nördlichen Vorlandes ab. Die stärkere Heraushebung im Süden bewirkte dort auch eine stärkere Abtragung, so dass entsprechend tiefere, d.h. ältere Schichten an der Karbon-Oberfläche angeschnitten werden als weiter im Norden und Nordwesten (Abb. 11).

Man kann im Steinkohlengebirge drei Faltungsstockwerke unterscheiden. Das bedeutet, dass sich die tektonischen Strukturen zur Tiefe hin ändern. Im oberen Stockwerk treten weitgespannte Mulden und schmale Sättel auf, die im Ruhrgebiet als Hauptmulden und Hauptsättel bezeichnet werden. Durch die unterschiedlichen Hebungsbeträge des Gebirges werden die gefalteten Schichten schräg angeschnitten. Noch komplizierter wird es dadurch, dass die Faltenachsen keine horizontal liegenden Geraden im Raum bilden, sondern ein welliges Auf- und Absteigen zeigen, was die Anschnittflächen der Falten weiter modifiziert.

Das obere tektonischen Stockwerk, dessen Struktur an der Karbon-Oberfläche sichtbar wird, wird im Raum Mülheim durch den Ausstrich der Essener Hauptmulde gebildet, die im Nordwesten vom Gelsenkirchener und im Südosten vom Wattenscheider Hauptsattel eingerahmt wird (Abb. 12). Die Essener Hautmulde stellt eine etwa Südwest-Nordost streichende flache Trogmulde mit nach Nordosten abtauchender Faltenachse dar.

Das mittlere der drei Faltungsstockwerke ist gekennzeichnet durch Spezialfaltung innerhalb der Hauptmulden und zahlreiche Überschiebungen. Das tiefste Stockwerk schließlich zeigt kleinräumige Spezialfaltung, so dass die Untergliederung in Hauptmulden und Hauptsättel hier verloren geht (Drozdzewski & Wrede 1994). Auch spielen Überschiebungen keine große Rolle mehr.

Neben der hier beschriebenen Faltung ist das Steinkohlengebirge von Querstörungen durchsetzt, die meistens Nordost-Südwest gerichtet sind. Sie wurden in der Endphase der variszischen Ära angelegt. Diese Abschiebungen, die als Sprünge gezeichnet werden, zergliedern das Steinkohlengebirge in Gräben und Horste. Damit wird der Ausstrichbereich an der Karbon-Oberfläche weiter modifiziert, da auf der abgeschobenen Scholle höherliegende und somit jüngere Schichten angeschnitten werden als auf der relativ gehobenen anderen Seite der Verwerfung. Schließlich treten auch Überschiebungen im Streichen der Falten und Blattverschiebungen auf, die spitzwinkelig zum Streichen der Falten angelegt sind.

Tektonik im Mesozoikum

Zwar wurden die das Steinkohlengebirge durchsetzenden Abschiebungen schon in der Spätphase der varisizischen Faltung angelegt. Ihre Ausgestaltung ist aber vor allem Ausdruck von in West-Ost-Richtung wirkenden postvariszischen Dehnungskräften, die insbesondere in der Trias ansetzten und der Altkimmerischen Phase im Keuper zugerechnet werden. Auch im Jura gab es noch tektonische Dehnungsbewegungen.

Die Querstörungen haben auch das mesozoische Deckgebirge durchsetzt. Während der Oberkreide wurden diese Störungen in der Laramischen Phase erneut aktiviert, wobei sie nun auch die Kreide-Schichten erreichten. Einengungsbewegungen entlang der Störungsbahnen führten jetzt zu Aufschiebungen und Horizontalverschiebungen. Auch entstanden in den Kreide-Schichten flexurartige Verbiegungen.

Literatur

Drozdzewski, G. & Wrede, V. (1994): Faltung und Bruchtektonik - Analyse der Tektonik im Subvariszicum. - Fortschr. Geol. Rheinld. u. Westf. 38: 7-187, 101 Abb., 2 Tab., 2 Taf.; Krefeld

Juch, D. (1994): Kohleninhaltserfassung in den westdeutschen Steinkohlenlagerstätten. - Fortschr. Geol. Rheinld. u. Westf. 38: 189-307, 55 Abb., 7 Tab., 2 Taf.; Krefeld

Grabert, H. (1998): Abriß der Geologie von Nordrhein-Westfalen. - 351 S., 204 Abb., 11 Tab.; Stuttgart

Jansen, F. (1991): Erläuterungen zu Blatt 4506 Duisburg. - Geol. Kt. Nordrh.-Westf. 1:25000, 179 S., 13 Abb., 17 Tab., 5 Taf.; Krefeld

Jansen, F. & Drozdzewski, G. (1986): Erläuterungen zu Blatt 4507 Mülheim an der Ruhr. - Geol. Kt. Nordrh.-Westf. 1:25000, 200 S., 18 Abb., 17 Tab., 4 Taf.; Krefeld