Sedimenttransport

Submarine Erdbewegungen

Submarine Erdrutsche, die Sedimente über den Schelf in die Tiefsee transportieren, stellen einen integralen Bestandteil der Evolution der Kontinentalränder dar. Gleichzeitig stellen sie erhebliche Risiken für die Küstenbevölkerung dar, z.B. durch die Zerstörung der Offshore-Infrastruktur und die Entstehung von Tsunamis. Durch die Analyse mariner Archive und ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften sowie akustischer Datensätze untersuchen wir die Dynamik und Versagensmechanismen von submarinen Erdrutschen.

Ringförmiger Labortank

Der von uns verwendete ringförmige Tank ist mit Abmessungen nach Widdows et al. (1998) konstruiert. Der kreisförmige Tank ist 10 cm breit und wird von einem äußeren Rand (63 cm) und einem inneren Rand (43 cm) begrenzt. Dies ergibt eine Fläche von 0,17 m². Bei einem maximalen Wasserstand von 25 cm können 40 Liter künstliches Meerwasser (S = 30) im Tank untergebracht werden. Ein entfernbarer rotierender Deckel (45 cm Durchmesser), angetrieben von einem 12-V-Motor, wird oben auf dem Tank angebracht, was eine Strombewegung von bis zu 0,30 m/s (55 Umdrehungen pro Minute; 1 beträgt 0,00526 m/s) verursacht (Jones et al. 2011). Die Motordrehzahl wird von einem Computer gesteuert, der die gesteuerte Variation der Fließgeschwindigkeiten zulässt. Darüber hinaus kann die Schwebstoffkonzentration (SPM) in der Wassersäule durch einen optischen Rückstreusensor über dem Sedimentbett erfasst werden. Um die Grenzschichtdynamik abzubilden und die Schubspannung zu parametrisieren, kann ein nach unten gerichteter SonTek MicroAcoustic Doppler Velocimeter (ADV) genutz werden. Der ADV kann durch die Grundplatte in der Mitte des Kanals auf ein vertikales Regalsystem montiert werden (Jones et al. 2011). Weitere Informationen erhalten Sie von Prof. Dr. Conrad Pilditch, Universität Waikato, Neuseeland.

Initialisierung von Sedimenttransporten: Untersuchung von Remobilisierungsprozessen in Sedimenten mit Hilfe von Laborexperimenten, Feldmessungen und numerischen Simulationen.

Die Beschreibung der Sedimenterosion ist ein wichtiger Faktor für das Verständnis der Prozesse an den Küsten. Erosion, d.h. die Bewegung einzelner Sedimentkörner, wird eingeleitet, wenn die hydrodynamische Antriebskraft größer als die Kornwiderstandskraft ist. Neben dem Strömungsfeld, der Korngröße und dem Gewicht spielen weitere Schlüsselparameter bei der Bewegungseinleitung eine Rolle: Kohäsionskräfte zwischen den Partikeln, Stabilisierung oder Destabilisierung durch biologische Aktivität oder so genannte Käfigstrukturen, d.h. texturinduzierte Strukturen aus Feinpartikeln (Ton), die gröbere Sandkörner umfassen (Le Hir et al. 2008, Mitchener und Torfs, 1996).

In welchem Umfang steuern sedimentphysikalische Parameter Hangversagen und Transportmechanismen? - Die „Twin Slides“, zwei Rutschungen südlich von Sizilien dienen als einzigartiges Fallstudiengebiet.

Submarine Erdrutsche und ihre Folgen treten weltweit an allen Rändern auf. Viele Studien haben diese kartiert und überwacht sowie Auslösemechanismen und Sedimentfehlerprozesse untersucht. Dennoch besteht nach wie vor eine große Unsicherheit darüber, warum ein bestimmter Hang abrutscht, während ein anderer, benachbarter stabil bleibt. In diesem Zusammenhang wird ein verstärkter Fokus auf Ereignisse von kleinerem Ausmaß gelegt, wie z.B. den Twin-Slide-Komplex vor der Küste Südsiziliens im hochempfindlichen ozeanischen Becken des Mittelmeeres.

Hauptziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung und Bewertung von konzeptionellen Modellen für die Entstehung des Twin Slide-Komplexes. Die Analyse sowohl geophysikalischer Daten als auch langer MeBo- und kürzerer Schwerkraftkerne, die während der Forschungsreise MSM15/3 geborgen wurden, in Abstimmung mit numerischen Modellierungsexperimenten, umfasst den Untersuchungsrahmen zur Beantwortung der folgenden Fragen:

(A) Welches konzeptionelle Modell passt am besten zur Entwicklung des Twin Slide-Komplexes?

(B) Dienen hochporöse Ascheschichten als potentielle Versagens- und Gleitebenen von subarinen Sedimentbewegungen? Können spezifische stratigraphische Oberflächen identifiziert werden, die als Gleitebenen wirken (z.B. lehmreiche und/oder poröse Ascheschichten mit hohem Verflüssigungspotenzial)?

(C) Steuern sediment-physikalische Parameter von Ausgangsstoffen die Transportmechanismen, und wenn ja, wie?

Mirkroskalierte Sedimente – Wechselwirkungen mit Flüssigkeiten

Unter Sedimenterosion versteht man die Einleitung der Bewegung einzelner Körner durch eine hydrodynamische Antriebskraft. Die meisten klassischen Studien haben versucht, die Sedimenterosion als Funktion der einzelnen Korngröße bei einer definierten Strömungskraft vorherzusagen, z.B. Shields (1936) und Hjulstroem (1935). Derzeit wird jedoch verstanden, dass das Erosionsverhalten von Sedimenten auch durch zusätzliche Faktoren gesteuert wird, die die anfänglichen Erosionsbedingungen in Richtung höherer Systeme verschieben.