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Die Oberrheinische Tiefebene ist 30 bis 40 Kilometer breit, etwa 300 Kilometer lang und erstreckt sich von Basel bis Frankfurt. Geologisch gesehen ist die Tiefebene ein Grabenbruch. Dieser Rheingraben ist Teil einer Schwächezone der Erdkruste, welche sich von Norden nach Süden durch ganz Europa bis nach Afrika zieht.
Die Rheinebene zwischen Basel und dem Kaiserstuhl besteht aus den tieferliegenden Rheinauen und beidseitig aus höher gelegenen Niederterrassen der letzten Eiszeit, der Würm-Eiszeit. Die Grenze zwischen Aue und Niederterrasse, das Hochgestade, kann bis 15 Meter hoch sein und bildet somit eine scharfe Grenze.
Im Süden liegt auf elsässischer Seite die Hügellandschaft des Sundgaus. Sie ist eine eingesenkte Zone zwischen Schwarzwald und Faltenjura. Der Sundgau geht ab Belfort in die Burgundische Pforte über und bildet gleichzeitig die kontinentale Hauptwasserscheide zwischen den Einzugsgebieten des Rheins (Nordsee) und der Rhône (Mittelmeer). Auf beiden Seiten des Rheins erfolgt der Übergang von der Niederterrasse zu den Mittelgebirgen Schwarzwald und Vogesen durch Hügelländer. Auf badischer Seite schliesst das Bruchschollenland des Markgräfler Hügellandes an, welches bei der Grabensenkung nicht so tief eingesunken ist wie der zentrale Rheingraben. Sein elsässisches Pendant ist die Vorbergzone der Vogesen.
Über Mitteleuropa lag einst während Jahrmillionen ein Meer, welches das zuvor abgetragene ältere Gebirge weitgehend überdeckte. Auf seinem Grund lagerten sich mächtige Sedimentschichten ab. Vor etwa 40 Millionen Jahren, zu Beginn des Tertiärs, drängten im Erdinneren heisse Massen nach oben. Dies führte zu einer Aufwölbung und Hebung der Erdkruste. Riesige Kräfte bewirkten, dass das Gewölbe in zwei Platten zerbrach: in die westliche Platte mit den Vogesen und die östliche mit dem Schwarzwald. In der Mitte dieses Gewölbes sank der Rheingraben ab. Die Absenkung betrug zwischen 1000 und 4000 Metern. Gleichzeitig wurden durch die Dehnung die Randpartien um 1000 bis 2000 Meter gehoben. An den Rändern blieben Schollen liegen, die heutigen Hügelländer. Im Bereich der Bruchstellen drang Magma aus dem Erdinnern an die Oberfläche und bildete so den Vulkankegel des Kaiserstuhls, der vor etwa 15 Millionen Jahren ausgebrochen ist. Der Graben ist Teil eines mächtigen Bruchsystems, welches über den Rhône-Saône-Graben bis ins Mittelmeer reicht.
Mit der Hebung begann die Verwitterung die Gesteinsschichten der höher gelegenen Gebiete zu zerstören. Bäche und Flüsse transportierten das Erosionsmaterial in die Senke und füllten den Graben. Die gehobenen und kaum zerbrochenen Schichten wurden bis zu einer Schichtstufenlandschaft abgetragen. Schwarzwald und Vogesen wurden am stärksten gehoben. Deshalb war die Erosion da am stärksten und trug die Gesteinsschichten bis auf das alte Grundgebirge ab. Die weiter vom Rheingraben entfernten Gebiete wurden weniger stark gehoben und somit auch weniger abgetragen. Bei der Abtragung wurden weiche Schichten stark abgetragen, während die harten Schichten übrigblieben. Sie bilden heute Schichtstufen.
Zeitweise reichte erneut ein Meeresarm bis in die Region Basel und hinterliess Ablagerungen. In den letzten zwei Millionen Jahren wurden mit dem von den Gletschern und Flüssen transportierten Geschiebe die Schotterterrassen gebildet. Diese bestimmen zur Hauptsache das heutige Landschaftsbild auf der Talsohle.
Der Rheingraben reicht an seinem südöstlichen Ende bis ins Birstal (Angenstein, Blauenkette). In diesem Bereich waren die Kräfte nicht so gross und somit die Absenkung nicht so stark. Deshalb wurden die Schichten im Bereich zwischen Tafeljura und Birstal nicht mehr zerbrochen, sondern S-förmig verbogen. Diese Rheintalflexur bildet somit die Grenze zwischen Rheingraben und Tafeljura und verläuft auf der Nord-Süd-Achse Grenzacher–Horn–Rütihard–Arlesheim–Angenstein. Nördlich davon geht die Flexur in das Bruchsystems der Schwarzwaldrandverwerfung über.
Die in der Erdkruste gespeicherte Wärme ist durch den radioaktiven Zerfall im Gestein sowie aus dem Wärmeaustausch mit dem tieferen Erdinneren entstanden. Durch die Bruchsysteme im Rheingraben befindet sich diese Erdwärme relative nahe der Erdoberfläche.
EU-Projekt in Soultz-sous-Forêts, 50 km nördlich von Strasbourg: Das Geothermieprojekt zur Stromerzeugung mit Wärme startete vor 20 Jahren. Inzwischen bestehen drei Bohrungen bis in eine Tiefe von 5000 Meter. Wasser wird mit Pumpen in die Tiefe gepresst und kommt anschliessend als 200 Grad heisses Gemisch aus Wasserdampf und flüssigem Wasser wieder an die Oberfläche. In einem kleinen Kraftwerk wird die Wärme genutzt. Mit 1,5 Megawatt versorgt die Zentrale eine Siedlung mit 1500 Einwohnern.
Deep Heat Mining Projekt in Basel: Im Jahr 2005 fanden erste Probebohrungen im Rheinhafengelände beim Hafenbecken 2 im Norden Basels statt. Bei einer Bohrung auf 5000 Meter Tiefe kam es nach dem probeweisen Einpumpen von Wasser zu einigen recht heftigen Erdbeben der Stärke 3,4, die zahlreiche Schäden verursacht haben. In der Zwischenzeit ist das Projekt wegen der Erdbebengefahr endgültig eingestellt worden.
Das Klima der Oberrheinebene ist für mitteleuropäische Verhältnisse mild. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die warmen und feuchten Luftmassen des westlichen Mittelmeerraumes von Südwesten durch die Burgundische Pforte ungehinderten Zugang haben. Gegen kalte Luftströmungen vor allem aus dem Osten ist der Oberrheingraben durch seine relativ hohen Randgebirge weitgehend geschützt. Bei Westwindlagen entstehen an der Luv- beziehungsweise Westseite der Vogesen Steigungsregen. Gleichzeitig wehen dann im Lee, der Ostseite, föhnartige trockenere und wärmere Winde ins Tal. Colmar ist daher einer der trockensten Orte Frankreichs.
Bis ins 19. Jh. waren die rheinnahen Gebiete durch Sümpfe und häufige Überschwemmungen geprägt und für Landwirtschaft und Bebauung schlecht geeignet. Dies änderte sich mit der Begradigung des Rheins zwischen 1817 und 1876 durch Johann Gottfried Tulla und seine Nachfolger.
Die Vielfalt der landwirtschaftlichen Nutzung reicht heute vom Weinbau in den Vorberg- und Hügelzonen über den Getreide-, Mais-, Sonnenblumen- und Hackfruchtbau sowie den grossflächigen Anbau von Tabak und Hopfen auf den Niederterrassenflächen bis zum lokalen, hochspezialisierten Obst-, Gemüse- und Gartenbau mit Zwetschgen, Spargeln, Erdbeeren, Blumen und anderen. Der Wald beschränkt sich heute vorwiegend auf Standorte, auf denen sich die Landwirtschaft in früheren Zeiten nicht durchsetzen konnte, wie zum Beispiel in feuchteren Gebieten entlang des Rheins oder der Ill.
HPM