Beiträge zur Sedimentologie der Weser- und Elbästuare

Abstract

In the preestuaries of the rivers Weser and Elbe (i. e. in the area west of “Elbe 1” and southeast of “P 12” as well as in the northwestern part of the “Nordergründe” and in the “Alte Weser”), the effects of estuary river water on the underlying sediment surfaces have been studied. Another aspect investigated was the effect of eroded Pleistocene horizons on the iron chemistry of these sediments. These horizons are located in the area of the pre-estuaries of both rivers at a depth of more than 20 m below SKN. The oolitic iron-containing sand grains were quantitatively measured using a special counting method. They are spread out according to the hydrodynamics and bottom dynamics in the pre-estuary of the “Alte Weser” and in additional troughs formed by erosion in the Pleistocene of the estuaries. Thus they represent convenient and reliable indicators for the sediment migration in these troughs; moreover, they suggest the existence of such troughs, which are found only in the southeastern part of the North Sea. In general, it was possible to establish that the sediment areas located beneath the typical bodies of estuary water are especially eutrophic, containing 50 mg and more of PO₄ phosphorus per kg dry sediment, 10 to 20% total organic substance and 10 to 20% colloidal iron. These data represent values equivalent to the third power of the respective concentrations in the sea water. — The variations in the chemistry of the interlaying sand zones in the “Nordergründe” concern primarily the iron factor and are mainly affected by the Pleistocene horizons.

Zusammenfassung

1. Im Anschluß an frühere systematische Untersuchungen über die Wassermischvorgänge vor den Weser- und Elbästuaren wurden im Sommerhalbjahr 1963 im gleichen Raume sedimentologische Arbeiten durchgeführt, die zur Lösung von Fragen der offensichtlichen Beeinflussung der oberflächennahen Sedimente aus den beiden markanten Ästuarwasserkörpern beitragen können. Hierbei wurde gleichzeitig im Bereich des Eisenchemismus der Bodenoberfläche eine Beeinflussung aus Pleistozänhorizonten in den über 20 m tiefen Außenrinnen der Vorästuare evident.

2. Die Verteilung des anorganischen Phosphats (PO₄-P in µg/kg Trockensediment) im Sediment nordwestlich des Feuerschiffes Elbe 1 und südöstlich des Feuerschiffes P 12 läßt in beiden Gebieten jeweils den Einfluß aus dem Elbe- und aus dem Weserästuar offenbar werden. Nach einem besonderen Verfahren wird hierbei das adsorbierte und vor allem das am Eisen in FePO₄ z. T. irreversibel gebundene PO₄ erfaßt. Der Phosphatgehalt beträgt im Zentrum der beiden Ästuarsedimentzungen (bei Elbe 1 und bei P 12) etwa 50 mg PO₄-P/kg, während die entsprechenden Werte in den nicht aus den Ästuaren beeinflußten Zwischengebieten auf etwa die Hälfte herabsinken. Der Gehalt an PO₄-P im Sediment liegt übrigens um etwa drei Zehnerpotenzen höher als in den überlagerten Wasserschichten. Es wird noch auf die besondere „Eutrophierung“ des Sedimentes westlich von Elbe 1 eingegangen, die ihre Ursache vor allem in der dortigen Verklappung von Abwasserschlamm der Großstadt Hamburg hat.

3. Die Korngrößenverteilung im Seegebiet vor den Nordergründen, also in den Vorästuaren von Elbe und Weser, spiegelt ebenfalls in etwa die Beeinflussung der oberflächennahen Sedimentschichten aus den übergelagerten beiden Wasserzungen wieder, aus denen feinkörnige Sinkstoffe von ca. ±50 µm Teilchendurchmesser zu Boden rieseln und zwischen denen (auf den nordwestlichen Nordergründen selbst und im Bereiche der Nordergründe-Tonne) die Sedimentkörnung zwei- bis viermal größer ist. Die durchschnittliche Körnung in den Ästuarsedimentzungen beträgt ca. ≦50 µm, in den Zwischenzonen etwa 100–200 µm. Die Sandkörner in diesen Zwischenzonen weisen oft einen hohen Grad an Rundheit (Rundschliff) auf, d. h. sie haben eine längere marine Vorgeschichte als die Körner in den Ästuarrinnen selbst.

4. Es folgt die Verteilung der gesamten organischen Substanz in den oberflächennahen, durchoxydierten (etwa 1–5 cm mächtige Oxydation) Schichten, wie sie auf dem Wege der „nassen Verbrennung“ mit K₂Cr₂O₇ ermittelt wurde. Im Zentrum der Ästuarsedimentzungen und hier besonders im Kerngebiet der Elbezunge nordwestlich Elbe 1 steigen die Werte auf etwa 10% organische Substanz i. Tr. an, ein Maximum, das sich ohne weiteres aus dem Hamburger Abwasserschlamm erklärt. In den Zwischengebieten sinken die entsprechenden Werte dann oft auf Spuren herab.

5. Das sogenannte mobile Eisen, das ist das an die Sedimentpartikel adsorbierte oder zum geringen Teil auch im FePO₄ gebundene Eisen (nicht etwa auch noch das in den Mineralen fest gebundene Eisen), das nach einem besonderen Verfahren mittels Ammonzitrat aus dem Sediment geholt wird, ist in den feinkörnigen Ästuarsedimenten wesentlich mehr angereichert als etwa in den sandigen Zwischenpartien. So belaufen sich z. B. die entsprechenden Werte in den Ästuarzungen auf 10–20‰ Fe/kg i. Tr. und in den Zwischenzonen nur auf ca. 1‰ und weniger. Die Feinstsedimente adsorbieren wesentlich größere Mengen dieses Eisens. Die sandigeren Sedimente auf den Nordergründen werden in ihrem geringen Eisengehalt weitgehend gesteuert von absolut betrachtet nur geringen pleistozänen Eisenvorkommen, die aber repräsentativ sind für eine ganz typische Verteilung eisenoolithisch umhüllter Sandkörner, welche in ihrer Existenz nicht nur hinweisen auf erodierte Pleistozänhorizonte, sondern darüber hinaus auch noch als Indikator für die Sedimentwanderung in der Nähe (10–20 km Umkreis) solcher Erosionsrinnen gelten. Die quantitative Erfassung dieser „rostigen“ Indikator-Sandkörner erfolgt durch Auszählung auf einer cm²-Zählplatte im Binokular bei 40facher Vergrößerung nach besonderer Vorbehandlung des betreffenden Sandes. Im Verlaufe der bisherigen Untersuchungen wurde bereits festgestellt, daß die sogenannten „Braunkornzahlen/cm² Sandoberfläche“ im Bereich von 0 bis etwa 40 Einheiten darauf hinweisen, daß der ortsteinhaltige Erosionshorizont etwa 20 km und mehr vom Beobachtungspunkt entfernt ist. Bei Werten von über 50 und bis über 100 Einheiten befindet man sich in der Nähe solcher Eisenoolithe liefernden Horizonte.

6. In mehreren Darstellungen folgt abschließend die Verteilung der Sedimentkörnungen, des Gehaltes an mobilem Eisen und der aufschlußreichen Braunkornzahlen aus dem Gebiet der tiefen Alten Weser-Rinne nördlich des Roten-Sand-Leuchtturmes sowie ihres Vorfeldes am Westende der Nordergründe. Aus den Isolinienbildern geht eindeutig hervor, wie nicht nur die Korngröße selbst, sondern auch der Gehalt an mobilem Eisen aus der Pleistozänrinne heraus beeinflußt wird. Die Körnung steigt im Bereich der Rinne auf 600 und u. U. gar 1000 µm und mehr an, wobei gleichzeitig im Bodengreifer häufig „rostige“ Flintsteine und anderes Pleistozängeröll zutage tritt. In der Erosionsrinne beläuft sich ferner der Gehalt an mobilem Eisen auf ±1‰ Fe i. Tr., während die feinkörnigeren (aber nicht schlickigen) Sedimente in den Seitenräumen der Alten Weser nur noch Spuren an Eisen aufweisen. Und schließlich deutet der Verlauf der Braunkornisolinien mit über 100 Einheiten/cm² in und vor der Rinne und in einem weiten Ausholen dieser Isolinie nach Nordwesten bis an die 20-m-Linie vor den Nordergründen auf die Beeinflussung der Sedimentoberfläche aus der Erosionsrinne hin.