Grain size percentiles and Mk values of coastal sediments from Schleswig Holstein, western Baltic Sea

In einer Fülle sedimentpetrographischer Arbeiten wird versucht, aus der Korngrößenverteilung und der Mineralzusammensetzung von Sanden Schlüsse auf ihre Herkunft, ihre Transportrichtung oder ihr Ablagerungsmilieu abzuleiten, die für die Lösung geologischer und ebenso auch wasserbaulicher Probleme nötig sind. Diese Literatur steckt noch voller Widersprüche und Fehlschlüsse. In der vorliegenden Arbeit wird daher versucht, den Mechanismus des Sandtransports vom Grundsätzlichen her besser verständlich zu machen. Das geschieht anhand zweier ausgewählter und eingehend untersuchter Beispiele aus dem Küstenbereich der westlichen Ostsee unter Einbeziehung der Erfahrungen an vielen Vergleichsproben aus verschiedensten Sedimentationsräumen. Unentbehrlich für das Verständnis der transportbedingten Veränderungen an den Sanden ist das sog. 'Äquivalenzprinzip' (Abschnitt 2). Es stellt fest, daß es in einem von einer Strömung transportierten Sediment immer Körner zwar verschiedener Korngröße, aber auch entsprechend verschiedener Dichte und/oder Kornform gibt, die miteinander transportiert und abgelagert werden, weil unter den herrschenden hydraulischen Bedingungen diese Eigenschaften einander voll kompensieren. In Abschnitt 3 wird kurz die von Rittenhouse angegebene Methode geschildert, mit der man an natürlichen Sedimenten unter der sehr allgemein gehaltenen 'Äquivalenzbedingung' gleicher Transportierbarkeit bestimmen kann, welches Korngrößenverhältnis ein bestimmtes Verhältnis der Dichten kompensieren kann. Die von Rittenhouse am Beispiel von Flußsanden gefundene Funktion zwischen der Dichte der Körner und ihrem Äquivalenzverhältnis gegen Quarzkörner wird hier als erste Näherung auch für die Transportverhältnisse von Strandsanden zugrunde gelegt. In Abschnitt 6 wird gezeigt, daß das auch gerechtfertigt ist. In Abschnitt 4 wird eine allgemein brauchbare Methode abgeleitet, mit der man nicht nur unter stark vereinfachenden Annahmen, sondern auch an Sanden mit realen, stets komplexen Korn-größenverteilungen die Folgen des Äquivalenzprinzips für die Verteilung von Mineralen verschiedener Dichte berechnen kann. Für jede Serie von Sanden, deren Korngrößenverteilungen entlang des Transportweges eine bestimmte, von den Transportbedingungen abhängige Entwicklung durchmachen, ergibt sich damit eine Kurvenschar, die beschreibt, wie sich die Mengen von Mineralien mit verschiedenen Dichten in den einzelnen Korngrößenklassen dabei ändern müßten, vorausgesetzt, daß sie im gesamten Korngrößenbereich gleich verfügbar wären. Diese Kurvenschar ist die 'Charakteristik' des betreffenden Transportfalles. Durch den Vergleich zwischen den nach der Charakteristik in den einzelnen Klassen zu erwartenden Mineralmengen mit den in dem betrachteten Transportfall tatsächlich gefundenen läßt sich deren relative, d. h. auf die Menge des Quarzes bezogene 'Verfügbarkeit' berechnen. Sie wird durch die sog. 'hydraulischen Verhältnisse' (Rittenhouse) ausgedrückt, die im Gegensatz zu den 'Klassenverhältnissen' von der Korngrößensonderung beim Transport unabhängig und nur von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials bestimmt sind, solange beim Transport allein das Äquivalenzprinzip wirksam ist. In den untersuchten Fällen von Sandtransport an zwei Strandabschnitten der westlichen Ostsee (Abschnitt 5) zeigte dieser Vergleich (Abschnitt 6), daß die beobachtete Verteilung von Schwermineralen nicht allein durch Transportsonderung unter Gültigkeit des Äquivalenzprinzips erklärt werden kann, sondern daß dabei offenbar auch mechanische Zerkleinerung der Körner während des Transports mitgewirkt haben muß. Nur ein solcher, von der Transportsonderung unabhängiger Effekt kann als Transportrichtungs-Kriterium benutzt werden, wenn die Entwicklung der Korngrößenverteilungen allein keine Entscheidung erlaubt. Wie die Beispiele zeigen, läßt sich Klarheit über die bisher noch sehr umstrittene Frage nach dem Ausmaß der transportbedingten mechanischen Zerkleinerung von Sandkörnern nur gewannen, wenn in Zukunft versucht wird, bei der Bearbeitung natürlicher Beispiele den Einfluß der stets vorhandenen Transportsonderung auf Veränderungen des Mineralbestandes unter Anwendung des Äquivalenzprinzips rechnerisch auszuschalten. Über dieses wesentlichste Ergebnis hinaus erlauben die dargestellten Zusammenhänge auch eine kritische Stellungnahme zu den oben erwähnten allgemeinen Problemen und führen zu methodischen und sachlichen Verbesserungsvorschlägen für weitere Untersuchungen an klastischen Sedimenten.

Settlement characteristics of quartz grains on certain sediment surface forms of tidal beaches along the Baltic and Wadden Sea

Sind in einem Sediment, das unter dem Einfluß einer Strömung abgelagert wurde, richtungsanzeigende Indikatoren vorhanden, so werden sie je nach den momentanen Bedingungen, die zur Zeit der Sedimentation herrschten, ein mehr oder weniger gutes Abbild der Strömungsverhältnisse liefern. Zahlreich sind Strömungsanzeiger organischen Ursprungs, wie z. B. Molluskenschalen u. a. Doch auch anorganische Partikel in Psephiten und Psammiten lassen häufig in ihrer Lagerung eine Abhängigkeit von der Strömungsrichtung erkennen: sie sind "geregelt". Die Autoren der verschiedenen Arbeiten, in denen Regelungen in klastischen Sedimenten untersucht wurden, gingen von der Tatsache aus, daß viele Sedimentpartikel statistisch gesehen keine Kugelform, sondern eine längliche Gestalt besitzen. Die langen Achsen dieser länglich geformten Sedimentkörner werden im folgenden als "Langachsen" bezeichnet. In Sanden sind es vor allem Quarzkörner von annähernd zylindrischer oder ellipsoidischer Form ("Langquarze"), die geeignet sind, durch die Lage ihrer Langachsen strömungsbedingte Regelungen anzuzeigen. Mit der Orientierung solcher Langquarze in marinen und fluviatilen Sanden haben sich bisher vorwiegend amerikanische Autoren befaßt. So untersuchten z. B. Dapples & Rominger (1945) die Sandsohle eines künstlichen Gerinnes. Sie stellten fest, daß die Hauptorientierungsrichtung der Langquarze mit der Strömungsrichtung des fließenden Wassers zusammenfiel. Dabei zeigte das spitze Ende tropfenförmiger ("polarer") Quarze stromab und das stumpfe Ende stromauf. Nanz (1955) maß die Langachsenrichtungen von Langquarzen in Sanden des nassen und trockenen Strandes von Texas und Florida und fand, daß sich diese Achsen vorwiegend parallel zur Auf- und Ablaufrichtung der Wellen und damit senkrecht zum Streichen der Strandlinie einregeln. Curray (1956 b) beobachtete die gleiche Regelung. Er wies ferner darauf hin, daß in Strandwällen und Strandhaken die bevorzugte Richtung der Langquarze senkrecht zum Streichen des Sedimentkörpers liegt. Zahlreiche weitere Autoren beschäftigten sich ebenfalls mit den Fragen der Langquarzregelung, so Schwarzacher (1951), Griffith & Rosenfeld (1953), Vollbrecht (1953), Rusnak (1956), Wendler (1956), Sriramadas (1957). Ganz allgemein war das Ergebnis aller dieser Untersuchungen, daß die aus einer Strömung abgelagerten Langquarze eine Regelung parallel zur Strömungsrichtung zeigen. Eigene Untersuchungen und Überlegungen ergaben, daß die bisher veröffentlichten Ergebnisse und die an sie angeschlossenen Vorstellungen z. T. bestätigt werden können, jedoch z. T. auch erheblich modifiziert werden müssen.