Wien 21-OCT-2010

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Sandkorngrössen Sedimentologie – Analyse und Interpretation


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Abstract

 

odrazka Nur die Sandkategorie der klastischen Sedimente verfügt über eine Eigenschaft, die es ermöglicht, ihre Entstehung und Geschichte zu interpretieren: die Sinkgeschwindigkeitsverteilung ihrer Körner.

odrazka Die Korngrößenverteilungen wurden nach dem 2. Weltkrieg ein halbes Jahrhundert lang untersucht. Hauptsächlich aus drei Gründen erhielt man nicht die erwarteten Ergebnisse:

  • für die Sedimentationsproblematik wurde die falsche Variable interpretiert — die Korngröße anstelle der Sinkgeschwindigkeit;
  • es wurden falsche Verteilungsmerkmale gesucht — Beschreibungsgrößen aus höheren Momenten wie Asymmetrie (skewness) und Wölbung (kurtosis) wurden auf „magische“ Weise vergeblich miteinander kombiniert;
  • sedimentations-Methoden wurden mit halbherziger Aufwand verwendet — billige settling tubes diskreditierten sie: ihre Anschaffung und Verwendung verschwendete Geld und Zeit.

odrazka Eine präzise gemessene Verteilung wird in eine normale (Gauss'sche) Verteilung oder eine Mischung aus bis zu 5 normal (gaussisch) verteilten Komponenten zerlegt und mit diesen Komponenten charakterisiert.Das hat Dr. Joseph R. CURRAY (1961), später Direktor des Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, CA, erfolgreich für Transportwege demonstriert (er nannte die Komponenten natural tracers). Obwohl er die Zerlegungen mit der Korngröße als Verteilungsvariable und grafisch ohne Computer durchgeführt hatte, ist seine Pionierarbeit wegweisend in unserer Zeit für genetische Interpretationen.

odrazka Seitdem habe ich mich systematisch der Sedimentationsanalyse und allen dazu notwendigen Aufgaben gewidmet. Ich habe die dazu notwendigen Bedingungen sowohl experimentell als auch theoretisch erforscht und die entsprechende Hard- und Software entwickelt.

odrazka Im Journal of Sedimentary Petrology 1963, konnte ich zeigen, dass man durch einen Wechsel der Variablen von der Korngröße zur Sinkgeschwindigkeit eine Gauss'sche (normale) Verteilung der Logarithmen der Sinkgeschwindigkeit bekommt. In meiner damaligen Publikation steht die Variable BETA für den dekadischen Logarithmus der Sinkgeschwindigkeit in mm/sec. Gerald V. MIDDLETON (1967) wählte cm/sec als Dimension der Sinkgeschwindigkeit und den binären Logarithmus anstelle meines dekadischen. Er nannte diese Größe PSI, die sich lediglich in den Zahlenwerten, nicht jedoch in ihrem Verhalten von BETA unterscheidet. Der Variablen-Wechsel (die sog. kapteyn'sche Tranformation) der Korngrößenverteilungen mit negativer PHI-Asymmetrie in logarithmischen Sinkgeschwindigkeitsverteilungen beseitigte die negative PHI-Asymmetrie und die log-Sinkgeschwindigkeitsverteilungen sind damit gaussisch  (normal). Die Verteilungs-Normalisierung bestätigt, dass der theoretische Ansatz richtig ist: mit der Sinkgeschwindigkeit als Beschreibungsgröße hat man eine direkte Grundlage zur Hand, um Entstehung und Geschichte sandiger Sedimente zu erforschen. Abweichungen von Normalität sind in Wasser abgelagerten sandigen Sedimenten verschiedenen Mischprozessen zuzuschreiben.

odrazka Die Zerlegung in Komponenten stellt höchste Ansprüche an die Messung der Verteilungen. Mit dem von mir entwickelten Sand-Sedimentation Analyzer™ (MacroGranometer™) werden alle diese Ansprüche erfüllt. Die wichtigsten Ansprüche sind:
  • Die präzise Sedi-Waage ermöglicht eine ungehinderte Sedimentation und damit die Messung von kleinsten Proben;
  • Proben werden in das Gerät nicht nur eingeführt, sondern dabei auch dispergiert;
  • die Unterwasserwaage ist sowohl hochauflösend (±20 µg), als auch schnell (Millisekunden);
  • das Gerät ist gegenüber Umwelt-Vibrationen isoliert und damit hochempfindlich;
  • das Waagesignal wird mit einem variablen mathematischen Filter von Störeinflüssen befreit.