Investigation of Manganese nodules in the southern Baltic Sea

Die Genese von Mangan-Eisen-Akkumulaten der Kieler Bucht wurde durch In-situ-Experimente vor allem in Tauchgängen unter Berücksichtigung der hydrographischen und sedimentologischen Gegebenheiten sowie natürlicher Akkumulatvorkommen und Krusten auf künstlichen Substraten untersucht. An den diagenetisch gebildeten Akkumulaten wurden chemische Zusammensetzung, Mineralogie, physikalische Parameter, Morphologie und Internstrukturen untersucht. Wichtige Faktoren für die Entstehung der Mangan-Eisen-Akkumulate sind geringe Sedimentationsraten am Entstehungsort, das Vorhandensein geeigneter Anlagerungskerne sowie ausreichende Zufuhr von gelöstem Mangan und anderen Metallen durch Diffusion aus dem Sediment und durch lateralen Transport im freien Wasser vor allem im Sommer und Frühherbst infolge absinkender Sauerstoffgehalte im Bodenwasser der Rinnen. Die Experimente ergaben eine saisonale Abscheidungscharakteristik der Mangan-Eisen-Oxide in Abhängigkeit von der hydrographischen Jahresentwicklung mit niedrigen Zuwachsraten im Winter und Frühjahr und hohen Werten im Sommer und Herbst. Die 1981 experimentell ermittelte Wachstumsrate liegt im Bereich der südlichen Kieler Bucht (Boknis Eck) bei ca. 20 mm/1000 a. Für das Vorkommen vor Schleimünde wurden in Anlehnung an SUESS & DJAFARI (1977) 30-50 mm/1000 a berechnet. Unter reduzierenden Bedingungen infolge Sedimentüberdeckung können Mangan-Eisen-Akkumulate partiell oder vollständig wieder aufgelöst werden. Für den Verbleib der Akkumulate an der Sedimentoberfläche wird die Bedeutung der Seenelke Metridium senile nachgewiesen.

Physical properties of deep sea sediments

Erstmals quantitativ bearbeitete Rutschungen aus dem Tiefseebereich des äquatorialen Ostatlantiks liegen auf Hängen von 0,4 Grad und 0,7 Grad - das ist sehr viel flacher als die für statische Rutschungsauslösung benötigte kritische Hangneigung (14 Grad bis 16 Grad ). Im Gegensatz zu Flachwassergebieten kann bei Wassertiefen von über 4000 m natürlich der Einfluß von Wellenwirkung und Tidenhub auf die Hangstabilität vernachlässigt werden. Die Sedimentationsraten sind in diesem Bereich zur Bildung eines Porenwasserüberdruckes vielfach zu niedrig. Nach den Hangstabilitätsanalysen bilden hier Erdbeben den wirksamsten Auslösemechanismus für die Rutschungen. Dies gilt auch für Rutschungen an den Kontinentalrändern von Nordwest- und Westafrika sowie für das europäische Nordmeer und für Rutschungen im nördlichen Fidji-Becken. Das Alter der besonders gut datierten Rutschungen vom nordwestafrikanischen Kontinentalrand und der Tiefsee des äquatorialen Ostatlantiks schwankt zwischen 16,000 J.v.h. und 18,000 J.v.h. sowie etwa 130,000 J.v.h.. Es handelt sich dabei um Phasen des Beginns besonders starker Meeresspiegelschwankungen. Ein Vergleich der Meeresspiegelkurve mit dem Alter älterer Rutschungen zeigt ebenfalls eine Parallele mit Zeiten von Regressionen und Transgressionen. Durch die Meeresspiegelschwankungen werden isostatische Vertikalbewegungen des Tiefseebodens von bis zu 30 m bewirkt, die Spannungen in den Lithosphärenplatten erzeugen. Sie allein sind jedoch nicht groß genug, um Brüche in intakten Plattenbereichen zu verursachen. Entlang alter, ehemals aktiver Transform-Bruchzonen (Fracture Zones) können jedoch die aufgebauten Spannungen eher wieder abgebaut werden. Dabei entstehen kleinere Erdstösse und führen zur Auslösung von Rutschungen. Ein Vergleich der Verbreitung von Transform-Störungen und Rutschungen vor Norwegen, Nordwest- und Westafrika sowie vor dem südlichen Afrika zeigt, daß in diesen Gebieten Rutschmassen tatsächlich besonders häufig entlang und in der Verlängerung von Fracture Zones auftreten. Modellrechnungen, die mit typischen Werten für Hangwinkel (0,5 Grad bis 3 Grad) von Tiefseeböschungen und passive Kontinentalränder sowie für häufig ermittelte Scherfestigkeitsgradienten im Sediment (0,5 kPa/m bis 1,7 kPa/m) durchgeführt wurden, ergaben, daß in Gebieten mit normal konsolidierten Sedimenten (ohne Porenwasserüberdruck) nur Erdbeben Rutschungen ausgelöst haben können.