Ein Bach ist ein fließendes Oberflächengewässer beliebiger Größe, von einem winzigen Rinnsal bis zu einem mächtigen Fluss. Das Gebiet, aus dem das Wasser fließt, um einen Bach zu bilden, wird als sein Einzugsgebiet bezeichnet. Der gesamte Niederschlag (Regen oder Schnee), der in einem Einzugsgebiet fällt, fließt schließlich in den Bach, es sei denn, ein Teil des Wassers kann über das Grundwasser in ein angrenzendes Einzugsgebiet fließen. Ein Beispiel für ein Einzugsgebiet ist in Abbildung 13.4 dargestellt.
Cawston Creek ist ein typisches kleines Einzugsgebiet (ca. 25 km2) in einem sehr steilen, vergletscherten Tal. Wie in Abbildung 13.5 zu sehen ist, haben der obere und mittlere Teil des Creeks ein starkes Gefälle (im Durchschnitt etwa 200 m/km, aber zwischen 100 und 350 m/km), während der untere Teil, innerhalb des Tals des Similkameen River, relativ flach ist (<5 m/km). Die Form des Tals wurde zunächst durch tektonische Hebung (im Zusammenhang mit der Plattenkonvergenz), dann durch voreiszeitliche Stromerosion und Massenabtragung, dann durch mehrere Episoden eiszeitlicher Erosion und schließlich durch nacheiszeitliche Stromerosion bestimmt. Die niedrigste Erhebung des Cawston Creek (275 m am Similkameen River) ist sein Basisniveau. Der Cawston Creek kann nicht unter dieses Niveau erodieren, es sei denn, der Similkameen River erodiert tiefer in sein Überschwemmungsgebiet (das Gebiet, das während einer Überschwemmung überflutet wird).
Die Wasserversorgung von Metro Vancouver stammt aus drei großen Einzugsgebieten am Nordufer des Burrard Inlet, wie in Abbildung 13.6 dargestellt. Diese Karte veranschaulicht das Konzept einer Einzugsgebietstrennung. Die Grenze zwischen zwei Einzugsgebieten ist die Höhe des Landes zwischen ihnen. Ein Wassertropfen, der beispielsweise auf die Grenze zwischen dem Capilano- und dem Seymour-Einzugsgebiet (auch als Wasserscheide bezeichnet) fällt, könnte in eines der beiden Einzugsgebiete fließen.
Das Muster der Zuflüsse innerhalb eines Entwässerungsbeckens hängt weitgehend von der Art des darunter liegenden Gesteins und von den Strukturen in diesem Gestein (Falten, Brüche, Verwerfungen usw.) ab. Die drei Haupttypen von Entwässerungsmustern sind in Abbildung 13.7 dargestellt. Dendritische Muster, die bei weitem am häufigsten vorkommen, entstehen in Gebieten, in denen das Gestein (oder unverfestigte Material) unter dem Bach keine besondere Struktur aufweist und in alle Richtungen gleich leicht erodiert werden kann. Beispiele hierfür sind Granit, Gneis, vulkanisches Gestein und nicht gefaltetes Sedimentgestein. Die meisten Gebiete von British Columbia weisen dendritische Muster auf, ebenso wie die meisten Gebiete der Prärie und des Kanadischen Schildes. Dendritische Entwässerungsmuster entstehen typischerweise dort, wo Sedimentgestein gefaltet oder gekippt wurde und dann je nach Stärke in unterschiedlichem Maße erodiert. Die Rocky Mountains in B.C. und Alberta sind ein gutes Beispiel dafür, und viele der Entwässerungssysteme innerhalb der Rockies weisen Spaliermuster auf. Rechteckige Muster entwickeln sich in Gebieten mit sehr geringer Topografie und einem System von Schichtebenen, Brüchen oder Verwerfungen, die ein rechteckiges Netzwerk bilden. Rechteckige Entwässerungsmuster sind in Kanada selten.
In vielen Teilen Kanadas, besonders in relativ flachen Gebieten mit dicken Gletschersedimenten und in weiten Teilen des Kanadischen Schildes in Ost- und Zentralkanada, sind die Entwässerungsmuster chaotisch oder werden als „deranged“ bezeichnet (Abbildung 13.8, links). Seen und Feuchtgebiete sind in dieser Art von Umgebung häufig anzutreffen.
Ein vierter Typ von Entwässerungsmustern, der nicht spezifisch für ein Einzugsgebiet ist, wird als radial bezeichnet (Abbildung 13.8, rechts). Radiale Muster bilden sich um isolierte Berge (z.B. Vulkane) oder Hügel, und die einzelnen Bäche haben typischerweise dendritische Entwässerungsmuster.
Im Laufe der geologischen Zeit erodiert ein Bach sein Einzugsgebiet zu einem glatten Profil, ähnlich wie in Abbildung 13.9 dargestellt. Wenn wir dies mit einem nicht abgestuften Bach wie dem Cawston Creek (Abbildung 13.5) vergleichen, können wir sehen, dass abgestufte Bäche in ihrem Oberlauf am steilsten sind und ihr Gefälle in Richtung ihrer Mündung allmählich abnimmt. Nicht abgestufte Bäche haben an verschiedenen Stellen steile Abschnitte und weisen typischerweise Stromschnellen und Wasserfälle an zahlreichen Stellen entlang ihrer Länge auf.
Ein eingeebneter Bach kann uneingeebnet werden, wenn es zu einer erneuten tektonischen Hebung kommt, oder wenn sich das Grundniveau ändert, entweder durch tektonische Hebung oder aus anderen Gründen. Wie bereits erwähnt, wird das Grundniveau des Cawston Creek durch das Niveau des Similkameen River definiert, aber dieses kann sich ändern und hat sich auch in der Vergangenheit geändert. Abbildung 13.10 zeigt das Tal des Similkameen River im Bereich Keremeos. Der Flusskanal befindet sich direkt hinter der Baumreihe. Das grüne Feld in der Ferne wird von Material unterlagert, das von den dahinter liegenden Hügeln erodiert und von einem kleinen Bach (nicht Cawston Creek) neben dem Similkameen River abgelagert wurde, als sein Pegel höher war als heute. Irgendwann in den vergangenen Jahrhunderten erodierte der Similkameen River durch diese Ablagerungen hindurch (und bildete das Steilufer auf der anderen Seite des Flusses), und der Grundpegel des kleinen Baches wurde um etwa 10 m abgesenkt. In den nächsten Jahrhunderten wird dieser Bach versuchen, durch Erosion durch seinen eigenen Schwemmfächer wieder abgestuft zu werden.
Ein weiteres Beispiel für eine Veränderung des Grundwasserspiegels ist entlang des Juan de Fuca Trail im Südwesten von Vancouver Island zu sehen. Wie in Abbildung 13.11 dargestellt, fließen viele der kleinen Bäche entlang dieses Küstenabschnitts als Wasserfälle in den Ozean. Es ist offensichtlich, dass sich das Land in diesem Gebiet in den letzten paar tausend Jahren um etwa 5 m angehoben hat, wahrscheinlich als Reaktion auf die Deglazialisierung. Die Bäche, die früher direkt in den Ozean flossen, müssen sich nun stark absenken, um neu eingegraben zu werden.
Der Ozean ist der ultimative Grundpegel, aber Seen und andere Flüsse dienen als Grundpegel für viele kleinere Bäche. Wir können einen künstlichen Grundwasserspiegel an einem Fluss erzeugen, indem wir einen Damm bauen.
Übung 13.2 Die Wirkung eines Staudamms auf den Grundpegel
Wenn ein Staudamm an einem Fluss gebaut wird, bildet sich hinter dem Damm ein Reservoir (künstlicher See), das vorübergehend (zumindest für viele Jahrzehnte) einen neuen Grundwasserspiegel für den Teil des Flusses oberhalb des Reservoirs schafft. Wie wirkt sich die Bildung eines Stausees auf den Bach aus, wenn er in den Stausee eintritt, und was passiert mit dem Sediment, das er mit sich führte? Das Wasser, das den Stausee verlässt, enthält keine Sedimente. Wie wirkt sich das auf den Bach unterhalb des Staudamms aus?
Sedimente sammeln sich im Überschwemmungsgebiet eines Baches an, und dann, wenn sich der Grundwasserspiegel ändert oder wenn es weniger Sedimente zum Ablagern gibt, kann sich der Bach durch diese vorhandenen Sedimente hindurchschneiden und Terrassen bilden. Eine Terrasse am Similkameen River ist in Abbildung 13.10 zu sehen und einige am Fraser River in Abbildung 13.12. Das Foto am Fraser River zeigt mindestens zwei Ebenen von Terrassen.
Im späten 19. Jahrhundert schlug der amerikanische Geologe William Davis vor, dass sich Flüsse und das sie umgebende Terrain in einem Erosionszyklus entwickeln (Abbildung 13.13). Nach einer tektonischen Hebung erodieren die Bäche schnell und bilden tiefe V-förmige Täler, die relativ geraden Pfaden folgen. Das Gefälle ist hoch, und die Profile sind nicht gestuft. Stromschnellen und Wasserfälle sind häufig. In der reifen Phase erodieren die Bäche breitere Täler und beginnen, dicke Sedimentschichten abzulagern. Das Gefälle wird langsam reduziert und die Gradation nimmt zu. Im Alter sind die Bäche von sanften Hügeln umgeben und nehmen breite, sedimentgefüllte Täler ein. Mäandrierende Muster sind üblich.
Davis‘ Arbeit entstand lange vor der Idee der Plattentektonik, und er war nicht mit den Auswirkungen der glazialen Erosion auf Bäche und ihre Umgebung vertraut. Obwohl einige Teile seiner Theorie veraltet sind, ist sie immer noch ein nützlicher Weg, um Fließgewässer und ihre Entwicklung zu verstehen.
