Grain size and heavy mineral analysis of Sander in Schleswig-Holstein, Germany

Die Sandergebiete sind von 5 Zentren her geschüttet, den Gletschertoren bei Flensburg, Frörup/Översee, Idstedt/Lürschau, Schleswig, Owschlag. Die Körnung der Schmelzwassersande nimmt mit zunehmender Entfernung von den Gletschertoren zunächst schnell, von Medianwerten über 1 mm auf Medianwerte um 0,4 mm in 10 km, dann langsam bis auf Medianwerte unter 0,2 mm in 30 km Entfernung ab. Sortierung und Symmetrie der Sande steigen entsprechend. Aus den Kornverteilungen lassen sich die Fließgeschwindigkeiten bei der Ablagerung ablesen. Sie sind geringer gewesen, als es die mächtigen und verbreiteten Akkumulationen erscheinen lassen. Bereits in 6 km Entfernung vom Eisrand flossen die Schmelzwässer als träge Bäche (0,3 m/sec) ab. In den Gletschertoren traten stoßweise extreme Fließgeschwindigkeiten auf, waren aber nur in geringem Maße am Gesamtaufbau der Sander beteiligt. Die Verbreitung der Würmsande paßt sich den Formen einer älteren Landschaft an. Sie läßt sich im behandelten Gebiet mit Hilfe der Schwermineralanalyse deutlich gegenüber den rißzeitlichen Ablagerungen abgrenzen, da die Verteilungen in den verschiedenaltrigen Sedimenten unterschiedlich sind. Vor Allem das Hornblende/Epidotverhältnis (Hornblendezahl nach STEINERT) ist ein gutes Kriterium. Da rißzeitliche Ablagerungen von den Schmelzwässern aufgearbeitet wurden, und zudem die Hornblenden im Laufe des Transportes stark abrollen, verwischen sich die Unterschiede in weiter Entfernung vom Eisrand. Schmelzwassersande der Würmvereisung sind vor Allem im Norden des Arbeitsgebietes weit nach Westen, bis an die nordfriesischen Inseln, geschüttet worden. Die Schmelzwässer benutzten als Durchlässe zu den Senken des Eemmeeres an der Westküste Täler in rißzeitlichen Hochgebieten. Die Wassermengen wurden hier gebündelt, sodaß sich auf den Eemablagerungen im Anschluß an die Durchlässe "Sekundärsander" ausbreiteten. Die Mächtigkeit der anstehenden Würm-Sandergebiete beträgt bis zu 20 m, meistens zwischen 10 und 15 m. An der Westküste sind die Schmelzwasserablagerungen von marinem Alluvium überdeckt. Teile der morphographisch als junge Sanderebenen erscheinenden Gebiete bestehen in Wirklichkeit aus rißzeitlichen, von jungen Schmelzwässern allenfalls oberflächlich umgearbeiteten Ablagerungen der älteren Vereisung. So ist der westliche und südwestliche Teil des Schleisanders schon während der Rißvereisung aufgeschüttet.

A preliminary study on fingerprinting approach in marine sediment dynamics with the rare earth elements

Locating the quantitized natural sediment fingerprints is an important work for marine sediment dynamics study. The total of 146 sediment samples were collected from the Shelf of the East China Sea and five rivers, including Huanghe (Yellow), Changjiang (Yangtze), Qiantang, Ou and Min River. The sediment grain size and the contents of rare earth elements (REEs) were measured with laser particle size analyzer and ICP-MS technology. The results show that absolute REE content (Sigma REE) and the concentration ratio of light REEs to heavy REEs (L/HREE) are different in the sediments among those rivers. There are higher REE contents in being less than 2 m and 2-31 mu m fractions in the Changjiang Estuary surface sediments. The REE contents of bulk sediment are dominated by the corresponding values of those leading size-fractions. Sigma REE of sediment is higher close to the estuaries and declines seaward on the inner shelf of the East China Sea (ECS). The L/HREE ratio has a tendency of increase southward from 28 degrees N. Hydrodynamic conditions plays a predominate role on spacial distributions of the surficial sediment's REE parameters. In some situations, the currents tend to remove the coarser light grains from initial populations, as well as the deposit of the finer heavy mineral grains. In other situations, the currents will change the ratio of sediment constituents, such as ratio between silts and clays in the sediments. As a result, the various values of Sigma REE or L/HREE ratio in different bulk sediments are more affected by the change of size-fractions than source location. Under the long-term stable hydrodynamic environment, i.e., the East China Sea Shelf, new sediment transport model based on the size and density gradation concept may help to understand the spatial distribution patterns of REE parameters.

Grain entrainment and transport rates of magnetic minerals of coastal sediment samples from the Bay of Plenty, New Zealand

Heavy (magnetic & non-magnetic) minerals are found concentrated by natural processes in many fluvial, estuarine, coastal and shelf environments with a potential to form economic placer deposits. Understanding the processes of heavy mineral transport and enrichment is prerequisite to interpret sediment magnetic properties in terms of hydro- and sediment dynamics. In this study, we combine rock magnetic and sedimentological laboratory measurements with numerical 3D discrete element models to investigate differential grain entrainment and transport rates of magnetic minerals in a range of coastal environments (riverbed, mouth, estuary, beach and near-shore). We analyzed grain-size distributions of representative bulk samples and their magnetic mineral fractions to relate grain-size modes to respective transport modes (traction, saltation, suspension). Rock magnetic measurements showed that distribution shapes, population sizes and grain-size offsets of bulk and magnetic mineral fractions hold information on the transport conditions and enrichment process in each depositional environment. A downstream decrease in magnetite grain size and an increase in magnetite concentration was observed from riverine source to marine sink environments. Lower flow velocities permit differential settling of light and heavy mineral grains creating heavy mineral enriched zones in estuary settings, while lighter minerals are washed out further into the sea. Numerical model results showed that higher heavy mineral concentrations in the bed increased the erosion rate and enhancing heavy mineral enrichment. In beach environments where sediments contained light and heavy mineral grains of equivalent grain sizes, the bed was found to be more stable with negligible amount of erosion compared to other bed compositions. Heavy mineral transport rates calculated for four different bed compositions showed that increasing heavy mineral content in the bed decreased the transport rate. There is always a lag in transport between light and heavy minerals which increases with higher heavy mineral concentration in all tested bed compositions. The results of laboratory experiments were validated by numerical models and showed good agreement. We demonstrate that the presented approach bears the potential to investigate heavy mineral enrichment processes in a wide range of sedimentary settings.