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.

(Table 1) Oxygen and carbon isotopic values of benthic foraminifera from the Upper Maastrichtian interval of various DSDP and ODP sites

Stable isotopic data from benthic foraminifera indicate the occurrence of at least three deepwater masses in the late Maastrichtian ocean. Given mean oceanic d18Ow of -1.0 per mil, the temperature of the coolest intermediate-depth waters was 5°-7°C, that of the deepest waters was 10°C, and that of the warmest intermediate waters was 13°-15°C. The cool intermediate-depth water mass probably originated in the high-latitude Southern Ocean. The deepest waters originated at least partly in the northern Atlantic. The source region for the warmest intermediate-depth water mass is unknown. Although much of the late Maastrichtian deep water was probably preconditioned for winter sinking by low- or middle-latitude evaporation, no more than ~11% of late Maastrichtian deep water could have been directly actuated by low-latitude sea surface evaporation. At least in the southern Atlantic and Indian Oceans, heat transport by upwelling of deep water was not the primary cause of mild sea surface and coastal temperatures.

Seasonally aggregated values of dissolved inorganic phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2003)

This data set contains measurements of inorganic phosphorus in samples of soil solution collected in 2003 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below) that have been aggregated to seasonal values. In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 µm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled biweekly and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P). Here volume-weighted mean values are provided as aggregated seasonal values (spring = March to May, summer = June to August, fall = September to November, winter = December to February) for 2003 in spring, fall, and winter. To calculate these values, the sampled volume of soil solution is used as weight for P concentrations of the respective sampling date. Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (CFA SAN++, Skalar [Breda, The Netherlands]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.02 mg P l-1 (CFA, Skalar).

Seasonally aggregated values of dissolved inorganic phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2005)

This data set contains measurements of inorganic phosphorus in samples of soil solution collected in 2005 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below) that have been aggregated to seasonal values. In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 µm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled biweekly and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P). Here volume-weighted mean values are provided as aggregated seasonal values (spring = March to May, summer = June to August, fall = September to November, winter = December to February) for 2005 in spring, and winter. To calculate these values, the sampled volume of soil solution is used as weight for P concentrations of the respective sampling date. Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (CFA Autoanalyzer [Bran&Luebbe, Norderstedt, Germany]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.04 mg P l-1 (Autoanalyzer, Bran&Luebbe).