Sedimentologie und Mineralogie. Was sagen Korngröße und (Schwer-) Mineralogie über die Landschaftsgeschichte aus?

Gliederung

1 Einleitung

2 Sedimentologie
2.1 Grundlagen der Sedimentologie
2.2 Rekonstruktion der Paläoumwelt über Zurundung und Schliff des Korns
2.3 Korngröße und Sedimentologie
2.3.1 Korngrößenspezifika äolischer Verlagerung
2.3.2 Korngrößenspezifika aquatischer Verlagerung
2.4 Rekonstruktion der Paläomweltverhältnisse über die Korngröße
2.4.1 Rekonstruktion über die Korngröße äolischer Verlagerungen
2.4.2 Rekonstruktion über die Korngröße aquatischer Verlagerungen

3 Mineralogie
3.1 Tonmineralogie
3.2 Schwermineralogie

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

Im Sinne des Aktualismusprinzips, dessen Denkansatz innerhalb der Geowissenschaften zur Betrachtung der geologischen Prozesse der Vergangenheit Beachtung findet, lassen sich relief- wie auch landschaftsgenetische Entwicklungen aufgrund empirischer Beobachtungen der Gegenwart gleichsam für die Vergangenheit ableiten. Dabei sind räumliche wie zeitliche Variationen über die Sedimentation ablesbar (LOWE & WALKER 1997: 85). Zu beachten ist dabei jedoch der Umstand, dass jedes Sediment eine Summation einzelner Verlagerungs- vorgänge darstellt und es dementsprechend zum Betrachtungszeitpunkt nicht nur vollständig erhalten sondern auch gekappt sowie reliktisch oder fossil vorzufinden sein kann (BREMER 1989: 26). Doch haben die einzelnen Vorgänge nicht nur Auswirkungen auf den Erhaltungs- grad des Sediments in seiner Abfolge und Mächtigkeit, ebenso lassen sie sich über den Mineralbestand beziehungsweise dessen Erhaltungsgrad und die sedimentierte Korngröße sowie deren Spannweite innerhalb des gesamten Sedimentkörpers nachvollziehen (BREMER 1989: 28; LOWE & WALKER 1997: 141).

Grundlegend lässt sich über die Korngröße sowie die Mineralogie des Sediments auch die während des Prozesses der Verlagerung stattgefundene Transportart feststellen, wobei insbesondere die Geschwindigkeit dieser Sedimentation auch immer als zusammen- hängende Funktion des Klimas sowie tektonischer Prozesse zu betrachten ist. Wechsel in der Sedimentabfolge können dabei durch Änderungen im Erosions- oder Sedimentations- raum sowie innerhalb dieser beiden Elemente der Sedimentation bedingt sein (BREMER 1989: 288f.). Dabei besteht zwischen dem Erosions- und dem Sedimentationsraum ein funktionaler Zusammenhang, welcher sich insbesondere für die Volumina wie auch den Mineralbestand als zutreffend zeigt (LESER 2009: 227).

Auf Grundlage dieser beschriebenen Parameter werden die Ableitung von Paläo-, Klima- und Atmosphärendruckverhältnissen sowie über Ablagerungen und deren Verteilung im Raum als auch deren Richtung ebenso Aussagen über die Landschaftsentwicklung möglich (BREMER 1989: 26; LOWE & WALKER 1997: 127).

2 Sedimentologie

Um Veränderungen der Umweltbedingungen über geologische Zeitskalen hinweg verfolgen zu können bedarf es entsprechender Sedimentationsräume, welche für die Ausbildung eines (quasi-)natürlichen Proxys geeignet sind.

Sämtliche Akkumulationsräume der glazigenen Serie scheinen dabei bereits ungeeignet, da weder die diversen Moränen noch der Sander etwaige Aufzeichnungen der Klimabedingungen innerhalb der Warmzeiten oder den Periglazialräumen ermöglichen, sondern lediglich die Landschaftsgeschichte des Glazialraumes zu den Kaltzeiten abbilden. Ebenso gibt es auch bei den aquatischen Sedimentationsräumen einschränkende Bedin- gungen. So eignen sich die Sedimentationsareale der Flüsse auch nur stark begrenzt für eine Abbildung längerfristiger Klimaschwankungen, da diese zumeist das Relief erosiv beein- flussen und deren Akkumulationsphasen starken Schwankungen den äußeren Einflussfak- toren entsprechend unterliegen (LOUIS 1979: 222; CHAMLEY 1990: 140). Dem entgegen zeich- nen sich limnische wie auch marine Gewässer durch einen stetigen Sedimenteintrag aus, sodass sie im Folgenden Beachtung finden werden (TUCKER 1985: 70; CATT 1992: 88).

Auch bei den äolischen Ablagerungen gilt es zu unterscheiden. Da für den Transport von Flugsand eine hohe Transportenergie notwendig ist, können dergestaltige Sedimenta- tionsräume abgesehen von ihrer geringen globalen Verteilung nur die Umweltbedingungen während Zeiten starken Windeinflusses widerspiegeln und eignen sich entsprechend gering als ein quasikontinuierlicher Proxy (LOUIS 1979: 484; BREMER 1989: 285). Dem entgegen weist der global recht weit verbreitete Löss durch die geringer aufzuwendende Schubkraft eine gute Eignung auf, zumal er entgegen den Flugsandsedimenten infolge seiner Kornmorpholo- gie statisch stabile Sedimentkörper ausbildet, welche eine Aufzeichnung der Veränderungen der Umweltbedingungen konstant und in chronologischer Reihenfolge möglich macht (TUCKER 1985: 99). Entsprechend dieser Charakteristika wird er in der folgenden Abhandlung eben- falls genauerer Betrachtung unterliegen.

2.1 Grundlagen der Sedimentologie

Verlagerungen von Substrat stellen eine Folge der kinetischen Energie dar, welche das im Zusammenhang mit den Verlagerungsvorgängen stehende Transportmedium aufweist, wobei ein proportionaler Zusammenhang zwischen Erosionsrate und Ausmaß des Transport- mediums sowie auch zwischen Transportgeschwindigkeit und potentiell zu verlagernder Massen im Einzelnen zu verzeichnen ist (LOUIS 1979: 484). Dabei muss eine leichte Erodibili- tät des Substrates am Austragungsort gegeben sein, wobei die dafür notwendige Exposition nicht durch Faktoren wie etwa einer schützenden Vegetationschicht verhindert werden darf (LESER 2009: 285; LOUIS 1979: 494). Weiterhin sei insbesondere erwähnt, dass sich die Masse eines Körpers proportional zu dessen Dichte bei der Errechnung des Volumens verhält, eine Differenzierung innerhalb der Korngröße also nicht gezwungenermaßen in Veränderungen der Sedimentationsbedingungen als vielmehr auch in Veränderungen des Mineralbestandes vor allem zwischen Leicht- und Schwermineralen begründet sein können. Ebenso bedarf es besonderer Beachtung, dass die Mobilisierungsenergie während der Aus- oder Abtragungs- prozesse höher ausfallen muss als die für den weiteren Transport notwendige; die Akkumu- lation findet dem entgegen in Bereichen statt, wo die Transportkapazität durch einen Rück- gang der kinetischen Energie oder ähnliche Faktoren nachlässt (LOUIS 1979: 484).

Als residualer Hinweis am Erosionsstandort bleibt vermehrt grobkörnigeres Substrat zurück, dessen Masse sich über der Transportkapazität der Verlagerung bewegte. So bilden insbesondere Stonelines oder Steinpflaster innerhalb eines feinkörnigeren Sedimentkörpers einen Indikator für Austragungsprozesse fluviatiler sowie vor allem äolischer Natur (GROTZINGER ET AL 2008: 528). Zudem sind bei letztgenanntem Prozess auch Erratika in Form von Windkantern aufzufinden, deren Schliff in der seitenweisen Bestrahlung mit abrasierender Windfracht begründet liegt (BREMER 1989: 373f.; CATT 1992: 41; LESER 2009: 286).

2.2 Rekonstruktion der Paläoumwelt über Zurundung & Schliff des Korns

Aufgrund der Ausprägung der Zurundung eines einzelnen Sedimentkorns sowie auch über (mikro-)morphologische Ausprägung der Kornoberfläche lassen sich Aussagen über die stattgefundene Transportart beziehungsweise der Vielfalt dieser tätigen.

So ergibt sich durch den Einfluss glazigener Prozesse infolge eines relativ geringen Transportweges zumeist nur eine kantengerundete Kornmorphologie, wobei die gröberen Bestandteile der unsortierten Matrix dabei die Form von Geschossen infolge der Einregelung in Verlagerungsrichtung einnehmen können (EHLERS 1994: 114; LOWE & WALKER 1997: 89). Die oberflächlichen Kritzspuren, welche mit der physikalischen Verwitterung der Gletscherabrasion einhergehen, erlauben dabei die gezielte Differenzierung von gröberen Sedimentbestandteilen, welche sich durch Massenbewegungen wie Lahare oder Murgang-Rutschungen ergeben würden (LOUIS 1979: 443f.; BREMER 1989: 286).

Eine bessere Zurundung weisen dem entgegen die Bestandteile der aquatischen Sedimentationsräume auf, insbesondere umso weiter deren Austragungsort vom Sedimen- tationsort entfernt ist, wie etwa innerhalb der Weltmeere zutreffend, wo die Wellenbewegun- gen einer zusätzlichen Rundung förderlich sind (TUCKER 1985: 70; CHAMLEY 1990: 53; STRAHLER & STRAHLER 2009: 426). Grundlegend kann der gute Rundungsgrad auf das gegenseitige Ab- stoßen der Flussgerölle und Bestandteilen der Suspensionsfracht als auch durch Abrasion von Gesteinsbestandteilen des Flussbetts zurückgeführt werden, wobei sich bei genauer Betrachtung der Körner eine geringe Anzahl von Schliffspuren ergeben, welche als Beweis dieses Prozesses angesehen werden können (LOUIS 1979: 222). Durch den Wassertransport ergibt sich auf Grundlage dieser oberflächenwirksamen Prozesse generell eine eher glän- zende Kornoberfläche (HENDL 2002: 127).

Äolische Verlagerungsprozesse schließlich resultieren in mäßig bis gut gerundeten Körnern, wobei der glazigen entstandene Löss durch einen geringeren fluviatilen Transport tendenziell schlechtere Rundungsgrade als etwa die Kornfraktionen des zuvor fluviatil weiter verlagerten Flugsands innerhalb der Flussebenen aufweisen (TUCKER 1985: 69, 99). Obgleich die Kornoberflächen der äolischen Sedimente wie bei dem Vorgang der Sandstrahlung stetig poliert werden, zeigen sie optisch jedoch wie innerhalb der Abbildung 1 ersichtlich eher eine matte Kornoberfläche (LOUIS 1979: 488; HENDL 2002: 127). Diese ergibt sich durch die mikromorphologisch kleinen Einschlagstrich- ter, welche durch die Kollisionen der einzel- nen Körner untereinander während des Transports entstanden sind sowie zum Anderen durch die Lösung des selbst inner- halb arider Klimate vorzufindenden Taureif (GROTZINGER ET AL 2008: 526).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Mattierte, gerundete Quarzkörner als Indikator für äolischen Transport (GROTZINGER ET AL 2008: 526).

2.3 Korngröße & Sedimentologie

Selbst eine geringfügige Variabilität der mittleren Korngröße oder deren Spannweite kann einen Hinweis auf Umweltveränderungen darstellen (LOWE & WALKER 1997: 86; LESER 2009: 231f.). Dabei gilt es zu beachten, dass die Größe des Korns, welches sich im Sediment- körper vorfinden lässt, nicht unbedingt mit der erodierten Korngröße gleichzusetzen ist, da insbesondere die Prozesse Abrasion oder Saltation eine Herabsetzung der Korngröße während des Verlagerungsvorganges bewirken können (LOUIS 1979: 485ff.; AHNERT 2009: 119). Entsprechend ist es denkbar, dass Sedimentbestandteile anfänglich einer höheren Schubkraft unterlagen, als dies etwa durch ihre gegenwärtige Ausprägung bei alleiniger Betrachtung der Korngröße und nicht in Kombination mit dem weiteren Bestand offenbar wird (BREMER 1989: 28). Aufgrund dessen lässt sich insbesondere durch die Zurundung des gering verwitterungsanfälligen Quarzes auf die Verlagerungsart sowie die Dauer und Entfer- nung dieses Prozesses schließen (LOWE & WALKER 1997: 87; HENDL 2002: 60). Weitere Bestandteile, etwa der Magmatite, werden dem entgegen bereits nach Strecken von 100 bis 300 Kilometern, Fragmente von Sandsteinen und Kalkgeröllen sogar bereits abhängig vom Medium nach 10 bis 15 Kilometern Verlagerungsweite auf die Hälfte ihres Volumens abra- siert (FÜCHTBAUER 1988: 75ff.; HENDL 2002: 59). Daraus ergibt sich im Folgenden eine potentiell einfachere Verlagerung des Substrats sowie die Möglichkeit der Aufnahme weiteren Materi- als während des Transportprozesses. Zu erwähnen sei an dieser Stelle, dass das Substrat eines Korns dessen Form und damit den abgeleiteten Zurundungsgrad zu einem bestimmten Anteil bestimmt, sodass die ideale Kugelform nicht immer erreicht wird und es ebenso zu der Herausbildung von Ellipsoiden, Platten oder Walzen kommen kann (HENDL 2002: 59).

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