Spuren der Erdgeschichte im Alpstein
Herausgegeben von Peter Kürsteiner und Adrian Pfiffner
der Erdgeschichte im SPUREN ALPSTEIN
Mit Beiträgen von Peter Fux, Christian Klug, Peter Kürsteiner, René Löpfe, Martina Pacher, Adrian Pfiffner, Antoine Pictet, Leandra Reitmaier-Naef, Michael Soom, Karl Tschanz, Fabio Wegmüller, Stephan Wohlwend
Dieses Buch wurde in grosszügiger Weise finanziell unterstützt von folgenden Institutionen, Stiftungen und Gesellschaften, denen wir für ihr Entgegenkommen und kulturelles Engagement danken:
Stiftung Dr. med. Claus Hilsdorf und Josefine Hilsdorf-Fontana
Schweizerische Geologische Gesellschaft
Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (SCNAT)
Schweizerische Paläontologische Gesellschaft
Bertold-Suhner-Stiftung
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© 2026 by FormatOst, CH-9100 Herisau
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Umschlagbilder: Vorderseite: Peter Kürsteiner (oben), Andreas Butz (unten), Rückseite: Thomas Schüpbach (links), Museum Appenzell (rechts)
Gestaltung Umschlag und Inhalt: Brigitte Knöpfel Gesetzt in ITC Stone Serif und Korolev Herstellung: Verlagshuus, Herisau
ISBN 978-3-03895-052-3 formatost.ch
Inhalt
8 Einführung
Peter Kürsteiner, Adrian Pfiffner
15 Sedimente und Lebensräume
Karl Tschanz, Antoine Pictet, Christian Klug
15 Sedimente und ihre Bildung
15 Kreislauf der Sedimente
18 Die wichtigsten Sedimentgesteine im Alpstein
21 Nutzung der Gesteine
23 Stratigrafie
23 Einordnung von Sedimentablagerungen
23 Gesteinsabfolge im Alpstein
25 Typlokalitäten
33 Spuren einer diskontinuierlichen Sedimentbildung
35 Ablagerungsraum und Schelfmeer
35 Helvetischer Schelf
37 Karbonatplattform
43 Lebewelten
43 Altmann-Member vor 130 Millionen Jahren
45 Schrattenkalk-Formation vor 125 Millionen Jahren
50 Garschella-Formation vor 100 Millionen Jahren
52 Heteromorphe Ammoniten der Kreidezeit
57 Grossforaminiferen
58 Riffe
62 Spurenfossilien
65 Der Alpstein wird zum Gebirge
Adrian Pfiffner
66 Plattentektonik – Wechselspiel zwischen Europa und Adria
69 Falten – starre Schichten werden verbogen
78 Brüche – starre Schichten zerbrechen
79 Querbrüche – zerschnittene Schichten
81 Überschiebungen – aufeinandergestapelte Schichten
85 Abschiebungen – auseinandergerissene Schichten
85 Gebirgsbildung – ein Prozess in vielen kleinen Schritten
91 Klüfte und Mineralien
Peter Kürsteiner, Michael Soom
92 Mineralien
93 Aragonit
93 Baryt
94 Calcit
96 Chalcedon
96 Dickit
96 Dolomit und Ankerit
97 Fluorit
98 Gips
98 Hämatit
99 Markasit
99 Pyrit
100 Pyrrhotin
101 Quarz
103 Realgar
104 Strontianit
104 Dopplerit
105 Mineralvorkommen
105 Kristallhöhle Kobelwald
109 Dürrschrennenhöhle
111 Chobelwand
114 Öhrli und Umgebung
115 Kluftbildung und Mineralentstehung
121 Spuren der Eiszeiten und der jüngsten geologischen Geschichte
René Löpfe, Stephan Wohlwend
122 Vergletscherungen – eiszeitliche Ablagerungen und Formen
123 Letzteiszeitliches Maximum
126 Gletscherstände im Gelände
132 Holozäne Gletscherstände und Firn
134 Moränen
135 Erratische Blöcke
136 Schluchtenbildung
138 Nacheiszeitliche Ablagerungen und Erosionsformen
138 Bergstürze
144 Sackungen und Rutschungen
148 See- und Deltaablagerungen
152 Hangschuttbildungen und Trockenschuttkegel
152 Schwemmschutt, Bachschutt und Alluvionen
153 Sumpf-, Riet- und Torfgebiete
155 Karst- und Höhlenbildung
155 Was ist eine Karstlandschaft, wie entsteht sie?
157 Karsterscheinungen
161 Höhlenbildung
164 Erforschung der Höhlen im Alpstein
164 Höhlen im Alpstein
181 Tropfsteine – ein spannendes Klimaarchiv
184 Periglaziale Phänomene
185 Zwergwuchs im Hexenwäldli
189 Windlöcher und der Kamineffekt
193 Eishöhlenbildung
197 Hydrologie und Hydrogeologie
199 Bergseen
204 Quellen
206 Bäche und kleinere Gewässer
213 Der Höhlenbär und andere Knochenfunde in Höhlen
Martina Pacher
215 Kurze Forschungsgeschichte der Eiszeit im alpinen Raum
219 Höhlenfunde aus dem Eiszeitalter
219 Wildkirchli – die erste alpine Höhlenbärenfundstelle
225 Eishöhle am Chreialpfirst – Knochenfunde unter Höhleneis
225 Alpeel-Höhle – eine mögliche weitere Höhlenbärenhöhle
226 Ende der Megafauna und holozäne Wiederbesiedlung
227 Höhlen mit holozäner Wiederbesiedlung
227 Altwasser-Höhle 1 – ältester Nachweis holozäner Wiederbesiedlung im Alpstein
228 Steinbockhöhle – eine Fundstelle mit wenigen Resten
228 Stiefelwaldschacht – eine holozäne Tierfalle
229 Loohöhle – eine Braunbärenhöhle im Alpstein
230 Neuschneehöhle – eine Ansammlung holozäner Funde
230 Ausblick
231 Archäologische Funde aus dem Alpstein
Leandra Reitmaier-Naef, Fabio Wegmüller, Peter Fux
232 Höhlenfundstellen aus der Altsteinzeit
234 Wildkirchli – ein mittelpaläolithischer Siedlungsplatz
240 Altwasser-Höhle 1 – ein spätpaläolithischer Lagerplatz
242 Funde aus späteren prähistorischen Epochen
243 Steingeräte vom Blumenrain in Appenzell
243 Abri Unterkobel bei Oberriet
249 Geotope
Adrian Pfiffner
250 Flyschgebirge Fähneren
253 Glazialkomplex Weissbad–Schwende
255 Bergsturz von Sennwald–Salez
257 Sax-Schwende-Bruch
257 Faltengebirgslandschaft Fählensee–Altmann
258 Falten und Schuppen am Wildhuser Schofberg
259 Säntis-Überschiebung am Dunkelberndli
261 Riesenkonglomerat Seckbachtobel
262 Glaziallandschaft Aueli/Tosbach
264 Glaziallandschaft Oberes Luterental
266 Erosionstrichter Ofenloch
268 Molassekar Rossmoos
269 Typlokalität der Öhrli-Formation
270 Typlokalität der Tierwis-Formation und Paratypuslokalität des Altmann-Members
271 Typlokalität der Kamm-Bank
272 Anhang
272 Literaturverzeichnis
279 Geologische Karten und Erläuterungen
280 Internetlinks
280 Besitzer abgebildeter Mineralien und Fossilien
281 Glossar
284 Herausgeber
285 Autorinnen und Autoren
Einführung
Peter Kürsteiner und Adrian Pfiffner
Der Alpstein mit dem Säntis als dominierendem Hauptgipfel ist, bedingt durch seine vorgeschobene Lage am Alpennord-Kamm, selbst aus sehr grosser Distanz zu sehen und nicht nur äusserst bekannt, sondern auch viel besucht. Er befindet sich auf dem Gebiet der Kantone Appenzell Innerrhoden, Appenzell Ausserrhoden und St. Gallen. Die Grenzen treffen sich auf dem Gipfel des Säntis, der mit 2502 Meter über Meer höchsten Erhebung des Alpsteins. In nördlicher und nordwestlicher Richtung wird er von den Molasse-Bergen Hoher Hirschberg, Kronberg und Hochalp begrenzt, in südlicher bis südwest-
licher Richtung von der Talung der Thur und gegen Osten vom St. Galler Rheintal. Im Zentrum dieses Gebiets befinden sich die drei nahezu parallel von Südwesten nach Nordosten verlaufenden Bergzüge des Alpsteins.
In diesem in sich geschlossenen Gebirge lässt sich auf relativ engem Raum der Schichtaufbau dieses Massivs gut studieren, was einen Einblick in die Gebirgsbildung ermöglicht. Nicht zuletzt aus diesem Grund nannte es Albert Heim, Altmeister der Schweizer Geologie und nach Arnold Escher von der Linth zweiter Geologieprofessor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, das «schönste Gebirge der Welt».
Auch Hans Heierli, der Appenzeller Geologe und frühere Lehrer an der Kantonsschule Trogen, war begeistert von den Einblicken in die Geologie, welche der Alpstein ermöglicht. Er initiierte den Geologischen Wanderweg Hoher Kasten–Stauberen–Saxerlücke – den ersten Geologischen Wanderweg der Schweiz, eröffnet 1971. Zudem verfasste er, neben zahlreichen anderen Publikationen über die Geolo-
1 Im Geländemodell der Ostschweiz und angrenzenden Länder erkennt man den Gebirgszug des Alpsteins im Quellgebiet von Thur, Necker, Urnäsch und Sitter. Das Rechteck zeigt den Ausschnitt der Abb. 2. Geländemodell: aus Atlas der Schweiz (2025), ergänzt von Adrian Pfiffner
2 Das digitale Höhenmodell des Alpsteins zeigt Höhenzüge mit scharfen Graten, die sich vom buckligen Gelände im Süden und dem fein ziselierten Gelände im Norden abheben. Neben den gestrichelt gezeichneten Kantons- und Landesgrenzen sind, zur besseren Orientierung, die vier Bergseen und die verschiedenen Luftseilbahnen eingezeichnet. 1: SäntisSchwebebahn, 2: Bergbahn Stauberen, 3: Seilbahn Hoher Kasten, 4: Luftseilbahn Alp Sigel, 5: Luftseilbahn Ebenalp, 6: Luftseilbahn Kronberg. Höhenmodell: © swisstopo, ergänzt von Adrian Pfiffner
gie des Alpsteins, eine Begleitpublikation zu diesem Wanderweg (Heierli 1972). Gut 40 Jahre später, 2012, wurden die inzwischen verblassten Tafeln des Geologischen Wanderwegs inhaltlich und konzeptionell überarbeitet und neugestaltet (Löpfe und Landtwing 2015).
Der Alpstein wurde in das Bundesinventar der Landschaften und Naturdenkmäler von nationaler Bedeutung (BLN 1612 Säntisgebiet) aufgenommen. Dies, weil er mit seinen eingebetteten Seen ein exemplarisches Falten- und Deckengebirge darstellt und weil es sich durch ausserordentliche Lebensvielfalt auf kleinem Raum sowie durch mehrere Moorlandschaften mit Feucht- und Trockenbiotopen auszeichnet. Der reichhaltige glaziale Formenschatz ist kombiniert mit Karstverwitterung, Höhlen und Kluftmineralisationen. Schliesslich belegen auch Höhlen mit altsteinzeitlichen Funden, dass das Gebiet schon früh von Menschen aufgesucht wurde.
Die Schutzziele des BLN 1612 Säntisgebiet beinhalten den Erhalt der natürlichen und kulturge-
schichtlichen Landschaften wie auch des tektonisch bedingten Formenschatzes. Letzterer gewährt Einblick in die Erdgeschichte, das zentrale Thema dieses Buches. Das BLN 1612 Säntisgebiet gliedert sich in vier Sektoren, die sich über die Kantone Appenzell Ausserrhoden, Appenzell Innerrhoden und St. Gallen erstrecken: Im Norden ist es die Kronbergkette mit Schwägalp und Fähneren, im Südosten das Rheintal, und der zentrale Teil umfasst den inneren Alpstein sowie das Thurquellgebiet.
Wer mit offenen Augen durch den Alpstein wandert, kann – oder eher: könnte – überaus tiefe Einblicke in dessen Naturgeschichte erhalten. Voraussetzung dazu sind aber gewisse Kenntnisse der Ereignisse, die im Verlaufe der Erdgeschichte stattgefunden haben und weiterhin stattfinden. Das vorliegende Buch soll Laien wie Fachpersonen die Gelegenheit geben, die heute sichtbaren Spuren dieser Geschehen im Gelände zu erkennen und zu verstehen.
Unter dem Begriff Erdgeschichte ist in diesem Buch nicht nur die eigentliche geologische Geschich-
Wildhaus
Nesslau
te gemeint. Auch Spuren von Fachgebieten, die mit der Geologie verwandt sind, wie Archäologie, Archäozoologie, Glaziologie, Hydrogeologie, Hydrologie, Klimatologie, Mineralogie, Paläontologie und Speläologie sind im Alpstein vielerorts zu erkennen. Dies etwa in Form von einstigen Vergletscherungen, in unterirdischen Bachläufen, von Zwergwuchs als Folge von Permafrost, von Mineralien und Fossilien oder von Höhlen und vielem mehr.
3 Der Alpstein vom Brisi aus, Blick gegen Norden.
Foto: Adrian Pfiffner
Für die Bearbeitung dieser breit gefassten Themen wurden verschiedene Fachpersonen hinzugezogen. Diese erzählen in für Laien verständlichen Beiträgen, was sich im Verlauf der Erdgeschichte im Alpstein abgespielt hat – von der Gesteins- und Gebirgsbildung über Vereisungen bis hin zur jüngeren Vergangenheit. Dabei zeigen die Autorinnen und Autoren auf, der Erdgeschichte folgend, wo entsprechende Spuren zu finden und zu erkennen sind, verbunden mit
anschaulichen Erklärungen. Auch wenn sich das vorliegende Buch mit dem Alpstein befasst – analoge Beobachtungen zu den Spuren der Erdgeschichte können auch ausserhalb des Alpsteins, im übrigen Alpenraum etwa, gemacht werden.
Das Buch richtet sich in erster Linie an Personen, die mit den Themen weniger vertraut sind, wie Besuchende des Alpsteins, Wandernde, Naturfreunde, Lehrpersonen, Schülerinnen und Schüler, bietet aber 3
4 Der Blick von Norden auf den Säntis zeigt schroffe Felswände und scharfe Grate im Alpstein, die in Kontrast stehen zu den weichen vegetationsbedeckten Geländeformen von Kronberg, Petersalp und Spitzli (von links) im Vordergrund.
Foto: Peter Kürsteiner
5 Blick von der Alp Wald in die Talung des Seealpsees; im Hintergrund (von rechts): Zisler, Schäfler, Altenalptürm, Hängeten, Girenspitz, Säntis, Lisengrat.
Foto: Peter Kürsteiner
6 Blick in den östlichen Alpstein, mit (von links) Alp Sigel, Bogartenfirst, Marwees, Ebenalp, Schäfler, Altenalptürm, Säntis, Öhrli und Girenspitz.
Foto: Andreas Butz
auch Fachpersonen wertvolle Einsichten. Zur Vertiefung der einzelnen Themen gibt es eine grosse Anzahl Publikationen. Diese sind im Anhang in einem umfassenden Literaturverzeichnis aufgelistet. Zudem werden in einem Glossar die verwendeten Fachbegriffe erklärt.
Unser Dank richtet sich an sämtliche Co-Autorinnen und -Autoren, die durch ihre Arbeit das vorliegende Buch erst ermöglicht haben. Personen, die Fotografien und Illustrationen zur Verfügung gestellt haben, sind in den Bildlegenden aufgeführt – auch ihnen danken wir herzlich. Unser Dank geht auch an Museen und private Sammler, von welchen wir Mineralien und Fossilien abbilden durften. Weiter bedanken wir uns beim Verlagshuus, Herisau für die Gestaltung und für die Herausgabe der Publikation. Teile der Produktionskosten wurden in grosszügiger Weise von der Schweizerischen Geologischen Gesellschaft, der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (SCNAT), der Schweizerischen Paläontologischen Gesellschaft, der Stiftung Dr. med. Claus Hilsdorf und Josefine Hilsdorf-Fontana sowie der Bertold-Suhner-Stiftung übernommen. Für ihr finanzielles Engagement danken wir herzlich.
Sedimente und Lebensräume
Die Oberfläche der Erde ist in weiten Teilen durch Gesteine und Gesteinsformationen geprägt, welche aufgrund ihrer Entstehungsprozesse in drei Gruppen unterteilt werden. Magmatische Gesteine entstehen bei der Abkühlung geschmolzener Magmen im Erdinnern und nahe der Oberfläche, sowie Laven (Ergussgesteine) an der Erdoberfläche. Die zweite Gruppe bilden die Sedimentgesteine. Sie entstehen überwiegend durch Ablagerung von Gesteinsfragmenten und Verwitterungsprodukten. Die dritte Gruppe umfasst die metamorphen Gesteine. Diese entstehen, wenn an der Erdoberfläche vorhandene Gesteinsformationen durch plattentektonische Prozesse in die Tiefe der Erde verlagert werden. Die ursprünglichen Gesteine werden dabei unter hohem Druck und erhöhten Temperaturen deformiert, teilweise oder ganz aufgeschmolzen, und ihre Komponenten umkristallisiert.
Karl Tschanz, Antoine Pictet und Christian Klug
Sedimente und ihre Bildung
Karl Tschanz und Antoine Pictet
Kreislauf der Sedimente
Die Gesteine des Alpsteins sind Sedimente, die seit Beginn der Kreidezeit (vor rund 145 Millionen Jahren) bis ins Paläogen (vor 35 Millionen Jahren) in einem Meer, der Tethys, abgelagert wurden. Dieses Meer erstreckte sich während der Kreidezeit zwischen dem europäischen und adriatischen Kontinent.
Die Entwicklung der Sedimentgesteine lässt sich vereinfacht in drei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen gliedern (Marthaler und Schlup 2023). Die erste Phase des Kreislaufs umfasst die Bildung geschichteter Ablagerungen am Meeresboden, welche sich zwei Hauptgruppen zuordnen lassen: klastischen und biogenen Sedimenten.
Bei der ersten Hautgruppe, den klastischen Sedimenten, handelt es sich um Ablagerungen von Verwitterungsresten, die unter dem Einfluss der jeweils vorherrschenden klimatischen Bedingungen entstanden sind, zum Beispiel Tonsteine und Sande. An der Landoberfläche liegende Gesteine wurden mechanisch aufgebrochen, zerkleinert und danach abgetragen. Bei der Verwitterung wurden die im Ursprungsgestein enthaltenen Minerale gelöst und zum Teil neue Verbindungen gebildet wie etwa Tonminerale oder Eisenhydroxide. Die durch Verwitterung entstandenen Sand- und Tonpartikel wurden durch Wasser oder Winde in Senken transportiert und dort abgelagert.
Die zweite Hauptgruppe umfasst biogene Sedimente wie Kalksteine. Sie bestehen vor allem aus Kalkschalen und Kalkgerüsten abgestorbener Meeresorganismen, insbesondere von planktonisch lebenden Organismen, Foraminiferen, Calpionellen und Coccolithophoriden. Letztere bilden den Hauptbestandteil der Schreibkreide, die beispielsweise auf der Ostseeinsel Rügen zu finden ist. Biogene Sedimente enthalten oft Reste von Muschel- und Schneckenschalen oder Korallen, die durch Wellengang und Gezeitenströmungen oder durch Fressfeinde (Fische) mechanisch zerkleinert und zerrieben wurden.
Im Alpstein finden sich neben reinen Sandsteinen wie in der Garschella-Formation oder biogenen Kalksteinen wie in der Öhrli- und Schrattenkalk-Formation auch Mischformen der oben aufgeführten Sedimenttypen. Bei Veränderungen der Ablagerungsbedingungen, etwa einem Anstieg des relativen Meeresspiegels oder der Zunahme des Sedimenteintrags infolge Klimawandels, verändert sich auch die Zusammensetzung der Sedimente. Im Alpstein weisen wiederkehrende Abfolgen von Tonsteinen/ Mergeln und Mergelkalken/Kalken (Wechsellagerungen) im Drusberg-Member der Tierwis-Formation auf solche Veränderungen hin.
7 Kreislauf der Sedimente. Schematische Darstellung auf der Grundlage von Marthaler und Schlup (2023).
Illustration: Karl Tschanz
Neben Umweltfaktoren wie Klima, Meeresspiegelschwankungen oder Meeresströmungen haben auch die Bewegungen der Erdplatten einen direkten Einfluss auf die Sedimentbildung. Sedimentation ist meist kein kontinuierlicher Prozess, sondern geprägt von schubweiser Sedimentbildung, abgelöst durch Perioden von Stagnation oder gar Erosion. Diese sind als Unterbrechung (Diskontinuität) im sonst gleichmässigen Aufbau der Sedimentablagerungen sichtbar. Eine niedrige Sedimentationsrate oder die Verfrachtung feiner Sedimentpartikel durch Meeresströmungen (Winnowing) kann zur Bildung eines Kondensationshorizonts führen. In solchen Horizonten finden sich oft Anhäufungen von Fossilien, die einen deutlich grösseren Zeitraum abdecken, als man aufgrund der geringen Schichtdicke erwarten würde. Im Extremfall, wenn gar kein Sediment abgelagert wird, kann sich eine Schichtlücke (Hiatus) ausbilden. Schichtlücken entstehen jedoch auch, wenn der Ablagerungsraum über das Meeresniveau angehoben und trockengelegt wird oder das ursprüng-
Anh e b u n g
Bruch
Überschiebungslinie
Sedimenteintrag
Überschiebung
Verkürzung des Gesteinskörpers
Verfaltung der Gesteine
Ver- und Überschieben von Gesteinspaketen
Gebirgsbildung
Verwitterung
Erosion
Transport ins Meer Ablagerung der Sedimente
Sedimenteintrag
Ablagerung
Kompaktion der Schichten
Sedimenteintrag
Ablagerung Komp aktion
lich abgelagerte Sediment zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgetragen wird. Eine solche Schichtlücke findet sich zum Beispiel zwischen der Oberkante der Schrattenkalk-Formation, die teilweise bereits während der Trockenlegung zur Kreidezeit verkarstet wurde, und der Garschella-Formation.
Die zweite Phase des Kreislaufs der Sedimente spielt sich im tieferen Untergrund ab, unter der kombinierten Wirkung von Druck und Temperatur. Die am Meeresboden abgelagerten Sedimente unterscheiden sich je nach Ursprung der Sedimentpartikel, der Art und Weise ihres Transports und dem Ort der Ablagerung. Durch die Überlagerung von jüngeren Schichten werden ursprünglich lockere Sedimente wie Sand oder Kalkschlamm im Laufe der Zeit verfestigt. Die Sedimentauflast führt zu einer kontinuierlichen Entwässerung und Kompaktion der abgelagerten Schichten. Durch die Auflast wird die Temperatur im Sediment leicht erhöht (etwa 1 °C pro 100 Meter Auflast). In noch bestehenden Hohlräumen (Poren) können neue Minerale gebildet wer-
Entwässerung
Zementation
den, welche die Sedimentpartikel einbetten und verfestigen beziehungsweise zementieren. Durch die Diagenese entsteht so aus weichem oder fast flüssigem Kalkschlamm ein Kalkmergel oder Kalkstein, aus lockerem Sand ein fester Sandstein.
Die dritte und letzte Phase des Kreislaufs umfasst die Bildung eines Gebirges durch plattentektonische Prozesse. Die Erdoberfläche besteht aus verschiedenen, sich gegeneinander verschiebenden Platten. Wo zwei Platten aufeinanderstossen, entstehen Gebirge. Werden Gesteinspakete in grössere Tiefen der Erdkruste verfrachtet und somit höheren Temperaturen und erhöhtem Druck ausgesetzt, verändern sich Struktur und chemische Zusammensetzung der Sedimentgesteine (Metamorphose). Bewegen sich die Kontinentalplatten, werden die Gesteine zusammengeschoben, verfaltet und vom ursprünglichen Ablagerungsraum wegtransportiert. Die Gesteine werden während der Gebirgsbildung angehoben und somit der Verwitterung ausgesetzt – der Kreislauf beginnt von Neuem.