Sediment and pore water chemistry and physical oceanography of samples obtained during Baltic Sea research cruises

Sediment samples from approximately 40 stations in the Western, middle and eastern Baltic Sea were investigated for manganese and iron content. In a series of interstitial water samples and numerous deep and surface water samples, the manganese content was likewise determined. A strong enrichment of these elements in the basin sediments was shown. In many instances, several percent manganese were present. As a maximum value, 13% was found in a 1 mm thick layer. Furthermore, a distinct decrease in manganese content with increasing sediment depth was shown in the upper 10 to 20 cm of the Sediment at almost all stations. Both phenomena may be explained by the release of manganese from the Sediment through diffusion. In the flat parts of the Baltic and those parts having good bottom water circulation, this diffusion progresses especially vigorously as a result of a steep gradient of the Mn++ concentration in the interstitial water-deep water interface. The manganese which hereby passes into the water overlying the bottom (manganese contents between 10 and 100 y Mn/l were determined in numerous deep water samples) is partly reprecipitated on the Sediment surface, and partly carried by currents into the deeper basins where it is finallv deposited. It is bound there as a manganese-rich mixed carbonate, the composition of which can be proved chemically and by x-ray methods. Iron is likewise of higher content in the basinal sediments, however, the extent of its enrichment is far less since it is less soluble than manganese under the reducing conditions in the sediments. The fine bands of manganese- and iron-rich layers in the basin sediments may likewise be explained as a result of diffusion.

(Table1) Frequency of well defined bioturbation in sediments of the Eckernförder Bay, Western Baltic Sea

The lamination and burrowing patterns in 17 box cores were analyzed with the aid of X-ray photographs and thin sections. A standardized method of log plotting made statistical analysis of the data possible. Several 'structure types' were established, although it was realized that the boundaries are purely arbitrary divisions in what can sometimes be a continuous sequence. In the transition zone between marginal sand facies and fine-grained basin facies, muddy sediment is found which contains particularly well differentiated, alternating laminae. This zone is also characterized by layers rich in plant remains. The alternation of laminae shows a high degree of statistical scattering. Even though a small degree of cyclic periodicity could be defined, it was impossible to correlate individual layers from core to core across the bay. However, through a statistical handling of the plots, zones could be separated on the basis of the number of sand layers they contained. These more or minder sandy zones clarified the bottom reflections seen in the records of the echograph from the area. The manner of facies change across the bay, suggests that no strong bottom currents are effective in the Eckernförde Bay. The marked asymmetry between the north and south flanks of the profile can be attributed to the stronger action of waves on the more exposed areas. Grain size analyses were made from the more homogeneous units found in a core from the transition-facies zone. The results indicate that the most pronounced differences between layers appear in the silt range, and although the differences are slight, they are statistically significant. Layers rich in plant remains were wet-sieved in order to separate the plant detritus. This was than analyzed in a sediment settling balance and found to be hydrodynamically equivalent to a well-sorted, finegrained sand. A special, rhythmic cross-bedding type with dimensions in the millimeter range, has been named 'Crypto-cross-lamination' and is thought to represent rapid sedimentation in an area where only very weak bottom currents are present. It is found only in the deepest part of the basin. Relatively large sand grains, scattered within layers of clayey-silty matrix, seem to be transported by flotation. Thin section examination showed that the inner part of Eckernförder Bay carbonate grains (e. g. Foraminifera shells) were preserved throughout the cores, while in the outer part of the bay they were not present. Well defined tracks and burrows are relatively rare in all of the facies in comparision to the generally strongly developed deformation burrowing. The application of special measures for the deformation burrowing allowed to plot their intensity in profile for each core. A degree of regularity could be found in these burrowing intensity plots, with higher values appearing in the sandy facies, but with no clear differences between sand and silt layers in the transition facies. Small sections in the profiles of the deepest part of the bay show no bioturbation at all.

Mineralcomposition of beach sediments from the area "Fähre Großenbrode-Kliff Wulfen" on Fehmarn

Um die Insel Fehmarn und an der Nordküste Wagriens wurden rund 2500 Strand-, Flachwasser- und Seesandproben zum Erkennen der Materialtransportwege sedimentpetrographisch untersucht. Für die Schwermineralbestimmung wurde hauptsächlich die Fraktion 0,2-0,1 mm herangezogen, da diese für die vorliegenden Sedimente charakteristisch ist. Da die Mineralzusammensetzung der Sedimente im gesamten Untersuchungsgebiet gleich ist, also nirgends örtlich sog. Leitminerale zugeführt werden, wurden bei der Auswertung der Analysenergebnisse die hydrographischen Verhältnisse der westlichen Ostsee und die Abhängigkeit des Sedimentes von der Kraft des bewegten Meerwassers beachtet. Bezüglich der Abhängigkeit des transportierten Materials von der Wasserkraft werden drei voneinander abweichende Systeme, nämlich der Strand, die Brandungszone und das tiefere Wassergebiet, erkannt. Am Strand ist die angewandte Untersuchungsmethode sowohl an langgestreckten Küsten als auch in stark untergliederten Ufergebieten zum Erkennen der Sandwanderbahnen geeignet. Erosion und Neuzuführung von Material auf dem Transportwege zeigen das gleiche mineralische Bild, und eine Entscheidung, welcher dieser beiden Fälle tatsächlich vorliegt, kann nur im Gelände getroffen werden. Die Korngrößenanalyse allein ist zur Beantwortung vorliegender Fragestellungen nicht brauchbar, weil durch gegebene hydrographische Bedingungen die Korngröße in Transportrichtung sowohl abnehmen als auch zunehmen kann. In Strandgebieten mit veränderter natürlicher Beschaffenheit der Sedimente und an Küsten mit ausgedehnten vorgelagerten materialliefernden Abrasionsflächen ist die Grenze der Methode aufgezeigt. Höfte, Haken und Sandinseln zeigen jeweils typische mineralische Zusammensetzungen ihres Strandes, aus welchen die Entstehung der betreffenden Anlandungsformen abgeleitet werden kann. Quer über die Brandungszone weisen die Sedimente auf engem Raum wechselnde Mineralzusammensetzung auf, aus der auf die örtlichen hydrographischen Verhältnisse geschlossen werden kann. Zum Vergleich sedimentpetrographischer Ergebniswerte sind nur Sande, die unter gleichen Ablagerungsbedingungen entstanden sind, geeignet. Zum Erkennen der Materialwanderwege wurden entweder Sandproben von den Riffkämmen oder aus den Rinnen zwischen zwei Sandanhäufungszonen untersucht. In beiden Fällen wurden die Transportrichtungen erkannt. In Gebieten, in denen die Strandsanduntersuchungen negativ verliefen, ließen die Riffsandproben Schlüsse auf die Materialschüttungsrichtungen zu. An exponierten Küsten mit mehreren wirksamen Windrichtungen darf jedoch nicht von dem einen auf das andere Wandersystem geschlossen werden. Eine Umkehr der Materialvertriftung zwischen Flachwasser und Strand kann vorliegen. Im tieferen Wasser ist es möglich, mit gleicher Methode unter Berücksichtigung der Morphologie des Meeresgrundes die Materialschüttungsrichtung zu erkennen. Zur Sedimentuntersuchung auf Linienprofilen sind nur Proben gleicher Wassertiefe geeignet; die Sonderung des Materials nach der Tiefe muß beachtet werden. Aus den ermittelten sedimentpetrographischen Werten lassen sich eine Reihe von Beziehungen ablesen, die zur Deutung der Mineralgesellschaft und für die Auswertung der Untersuchungsergebnisse herangezogen werden können. Als regionales Ergebnis der vorstehenden Untersuchung kann eine Karte der Küsten Fehmarns und Nordoldenburgs vorgelegt werden, in der die Sandwanderungswege am Strand, in der Flachwasserzone und in den daran anschließenden tieferen Wassergebieten dargestellt sind.