Äolische Prozesse und Formen - Zusammenfassung PDF

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Äolik, Wintersemester...

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Äolische Prozesse und Formen 1) Voraussetzungen: Verbreitung der Trockengebiete: Aufgabe 2 (F7ff) - große Teile der Erdoberfläche werden durch Formung des Windes geprägt - äolische Prozesse und Formungen -> gr. äolos: Wind

Voraussetzungen für Winderosion: Aufgabe 1 (F6) - durchbrochene/lückenhafte oder fehlende Vegetationsdecke wegen fehlender Wasserbilanz (aride & semiaride Gebiete (Wüsten, Wüstenrandgebiete, Halbwüsten) - anstehendes Lockermaterial an der Geländeoberfläche

Lockermaterial an der Oberfläche - an der Geländeoberfläche anstehendes Lockermaterial spielt eine wichtige Rolle: - Sandwüsten: flächenhaft am bedeutestenden, Sanddecken und Dünen liegen ohne Vegetationsbedeckung, äolische Mobilität groß - Strände: Flachküste, hohe Mobilität, Salzwasser -> keine Vegetationsbedeckung - Flussbetten - fluvioglaziale Ablagerungen aus denen Sand und Schluff ausgeweht wurde - menschlich induzierte Vegetationslosigkeit: - Lössgebiete - Altdünengebiete -> durch Ackerbau und Viehzucht wird Vegetationsdecke entfernt, leicht mobilisierbare Partikel können vom Wind leicht weggeweht werden -> durch mechanische Bearbeitung große Schäden -> Probleme der Überweidung (Teils Aufgabe 2)

2) Transport durch Wind Grenzflächenphänomen (Strömung gleitet über eine feste Oberfläche hinweg) entscheidender Unterschied: 1000 mal kleinere Dichte von Luft zu Wasser: - geringere Transportkapazität (Menge des transportierten Materials) - geringere Transportkompetenz (Größe der Partikel) - aber flächenhaft wirksam Wassertransport meistens linienhaft Windgeschwindigkeit und transportierte Korngrößen Es ergibt sich ein enger Zusammenhang zwischen Korngröße und Windgeschwindigkeit, was sich auf den äolischen Formbildungsprozess auswirkt

- Geschwindigkeitsquerprofil der Luftströmung logarithmisch ausgebildet - Lockermaterial als Voraussetzung/trockenes Material (Kohäsionskräfte) -> feuchtes Material klebt zusammen und kann nur schwer aufgenommen werden - Materialdichte: Schwere Teilchen können erst bei hohen Geschwindigkeiten bewegt werden - Kornform: je größer die Oberfläche, desto eher kann Korn transportiert werden; flach besser als rund - Böencharakter des Windes: stoßweise Aufnahme und Beförderung; Partikel werden aufgewirbelt und auch bei geringeren Geschwindigkeiten transportiert

100 – 1500m spielt kaum eine Rolle

Mit wachsender Entfernung von der Geländeoberfläche nimmt die Windgeschwindigkeit zu, da in gleicher Entfernung der Einfluss der inneren Reibung immer kleiner wird

200m -2cm gröbere Bestandteile

2 Dimensionen: 1. Feinrauhigkeit: - feine Partikel, Ton und Schluff Wirkungsweise der saltierenden Körner -> die springenden Körper beschreiben einen absteigenden Parabelbogen, der aus der Überlagerung von horizontalem Winddruck und senkrecht wirkender Schwerkraft resultiert Beziehung zwischen Transportart, Korngröße Schubspannungsgeschwindigkeit -> Transportarten als Funktion von Schubspannungsgeschwindigkeit und Korngröße

Unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten führen zu charakteristischer Sortierung Staubtransport über den Atlantik (F42)

Sandtransport: nach Bagnold 1941

U = entscheidender Faktor beim äolischen Sandtransport

Experimentelle Geomorphologie: Aufgabe 5, 6 Messungen von Windtransport 1. Windfallen - transportiertes Material wird eingefangen oder aufgefangen - Hauptproblem: Größe des Einzugsgebiets unbekannt, Windrichtung und Windstärke können nur rekonstruiert werden mit Windfeldmessungen - Vorteil: Windtransport wird über viele Wochen erfasst

2. Windsimulationen - in denen wird ein Windereignis unter definierten Bedingungen auf natürlichen Oberflächen oder im Labor durchgeführt Windkanal

3) Prozesse und Formen -> Wind tritt in verschiedenen Formen auf: 1. Deflation: Ausblasen und Abheben 2. Korrasion: Abschleifen 3. Akkumulation: Akkumulation äolischer Sedimente

Deflation Deflationsprozesse: - loslösen und Abheben der Körner: aufwärts/vorwärts gerichtete Kräfte > als Gewicht des Korns und Kohäsionskräfte zwischen den einzelnen Körnern - Grenzen zwischen Deflation und Sedimentation: kritische Schubspannungsgeschwindigkeit -> beeinflussende Faktoren: - Schubkraft der Luftströmung - Bodenrauhigkeit und die durch sie kleinsträumige veränderte Geschwindigkeitsverteilung in der Umgebung des Einzelkornes (Feinrauhigkeit der Geländeoberfläche) - Korngewicht und Kornform - Kohäsionskräfte, mit denen das Korn mit anderen Körner oder Oberfläche verbunden ist mit sinkendem Korndurchmesser steigt die Bedeutung der Kohäsionskräfte (elektrostatische Kräfte zwischen den Körnern, die diese zusammenhalten) unter feuchten Bedingungen treten Kapillarkräfte auf Schubspannungsgeschwindigkeit – Korndurchmesser: Aufgabe 4 (F57) Deflation, Transport und Akkumulation in Abhängigkeit von der kritischen Schubspannungsgeschwindigkeit

-> bei weiter abnehmenden Korngrößen deutlich höhere Kohäsion

Deflationsformen: Aufgabe 7 (Äolische Formenbildung) - Deflationswannen (Ausblasungshohlformen) (F58) - Wüstenpflaster: Aufgabe 9 (F59) - wenn an der Oberfläche Korngrößengemische aus Feinmaterial und größeren Steinen bestehen, dann wirkt die Deflation selektiv -> feinere Partikel werden aufgenommen und ausgeweht, während die gröberen Bestandteile zurückbleiben -> Wüstenpflaster entstehen - je nach Größe und Kantenrundung: - Hamada: kantiger Schutt - Serir: gerundete Schotter (zuvor fluvial transportiert) residuale Steinanreicherung (umliegendes Feinmaterial wurde durch Ausblasung weggeblasen) als selbstverstärkter Prozess; am Ende stabile Oberfläche

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sobald erstes Feinmaterial ausgeblasen wurde, erhöht sich durch die Akkumulation von gröberen Steinfragmenten an der Oberfläche die Feinrauhigkeit durch zunehmende Verwirbelungen und auftretende Turbulenzen nimmt die Deflation weiter zu, weil die langsam herauspräparierten gröberen Komponenten immer stärker in Erscheinung treten - Oberflächen weitestgehend stabil, nur noch vom Wind nicht mehr transportable Korngrößen, welche die darunterliegenden feineren Materialschichten vor Ausblasung schützen - Wüstenpflaster ist weitestgehend geschlossen und wird inaktiv - nur durch menschliche Belastung, episodische Prozesse kann es gestört werden, aufbrechen und erneut Feinmaterial zur Deflation an der Oberfläche bereit gestellt werden

Arid-morphologische Catena: Aufgabe 10 (F61) Äolische Formen: Aufgabe 11

Korrasion Sandschliff (Windabrasion): erosive, schleifende, schmirgelnde Wirkung des Sandes abhängig von: - der kinetischen Energie des Korns - dem Einschlagswinkel - der Beschaffenheit des Festgesteins Obergrenze bei ca. 2m

Charakteristische Korrasionsformen: Aufgabe 7 Windkanter

= Steine, die an der Oberfläche vergesellschaftet zu Wüstenpflastern aufliegen und auf denen scharfkantige Krate durch Windschliff entstanden sind - auf der Luvseite wird Substanz abgeschliffen - wird Stein in seiner Lage verändert oder wechselt die Windrichtung, so ändert sich auf die Angriffsrichtung des korradierend wirkenden Sandes -> scharfe, sich verschneidende Kanten an der Oberfläche des Windkanters entstehen - Unterscheidung in Ein-, Drei-, Vierkanter Hufeisen-Vortex

Yardangs stromlinienförmige Korrasionsform: - breite steile Luvseite - schmale flache Leeseite - Längen/Breiten-Verhältnis 4:1 - cm - dm

- beim Überströmen wird die Luft entlang der Flanken der Oberfläche beschleunigt - die abströmenden Äste treffen sich im Lee unter der Bildung von Wirbeln und können den Yardang von hinten erodieren

- Leewärts der breitesten Stelle setzt eine Gegenströmung ein, die an der Basis zur Luvseite zusammenströmt und die Unterschneidung der Basis und den charakteristischen Knick hervorruft - Fortwährende Korrasion führt zu einer Versteilung an der Luvseite Hohlkehlen und Pilzfelsen: widerstandsfähigere Schichten werden herauspräpariert

Akkumulation von Sand -> sobald Transportkapazität des Windes nicht mehr ausreicht die Körner durch Saltation und Reptation voranzutreiben, findet Akkumulation statt Grund: - nachlassende Windgeschwindigkeit und damit Schubspannungsgeschwindigkeit (durch Windfelddeformation) - Hindernisse - Leelage - Zunahme der Grobrauhigkeit -> 2 Formen: - Rippeln: Kleinformen - Dünen: Großformen

Kritische Schubspannungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Korngröße und typische Formungsbeispiele Dünen sind nur in kleinem Fenster entstanden aus Feinsand

Rippeln größerer Bereich unterschiedlicher Korndurchmesser im Bereich des Sandes zu finden

Rippeln: weltweit weiter verbreitet - flache Luvseite 8° - 13° Neigung - steilere Leeseite bis 30° Neigung - Kamm senkrecht zur Windrichtung - Wellenlänge von wenigen cm – dm (abhängig von der Korngröße) - Höhe ca. 5mm bis einige cm - entstehen durch positive Rückkopplungen beim Sandtransport, wobei Reptation zur Akkumulation der größeren Körner auf dem Rippelkamm führt und kleinere Körner in den Rippeltrögen akkumulieren - Körner werden über den Luvhang hinauftransportiert und fallen oder stürzen den Leehang herunter, wobei sie die Steilwand ausbilden - Einflussfaktoren: - Korngröße - Windgeschwindigkeit -> Ausschlagswinkel und damit Rippelhöhe & Rippelweite steuert - kleinste Unregelmäßigkeiten genügen, um Rippelbildung auszulösen - kurzlebige Formen, stellen sich schnell auf Änderungen des Windregimes ein

Dünen: Aufgabe 8 - Charakterform äolischer Akkumulation - bestehen im Wesentlichen aus Sand von Transport durch Saltationsprozesse - Luvhang, Dünenkamm, Leehang

Windregime Materialart Feuchtigkeit Vegetationsbedeckung Untergrundbeschaffenheit - Düne = IMMER äolisch aufgehäufte Vollform - regelmäßige Abstände, gleichmäßige Verteilung, oft ganze Dünenfelder - große Formenvielfalt: Dünen entstehen dort, wo es kräftigen Wind und vegetationslose Sande gibt - Sandwüsten aus Schwemmfächern, aus verwittertem Sandstein oder vom Strand Sandwüsten (braun) nur 1/5 bis 1/7 der Trockengebiete

Unterscheidungen nach: - 1. Lage: Binnendünen oder Küstendünen - 2. Morphogentische Ausgangsbedingungen: freie Dünen oder gebundene Dünen - 3. Ausrichtung zur Windrichtung: Querdünen oder Längsdünen - 4. Aktuelle Geomorphodynamik: aktive Dünen oder Altdünen 1. Unterscheidung: Binnendüne/Küstendüne Binnendüne: - Sand kommt aus den Flussbetten, im Wesentlichen der episodischen wasserführenden Flussläufe oder aus trockenen Seeböden, wo er ausgeweht wird - können wegen ihrer flächenhaften Ausdehnung zu sehr komplexen Formen werden

Küstendüne: - erhalten Nachschub aufgeschüttet werden, transportiert werden

aus den Strandwellen, die durch die Brandung trocken fallen und von dort äolisch weiter - sind auf 2 Typen beschränkt: Längsdünen und aufsitzende Sicheldünen

2. Unterscheidung: freie Düne/gebundene Düne - freie Düne: entstehen als Formen in Abhängigkeit

von Windrichtung und Windstärke - gebundene Düne: angelehnt an Hindernisse Vegetation und Sandfängern geomorphologische Hindernisse

Gebundene Dünen

Nebkas/Kupsten, Sandfanghügel, -rampen durch Vegetation/Hindernisse fixiert - steiler Luvhang: Sand wird abgetragen - flacher spitz zulaufender Leehang: in Windschatten wird Sand angelagert - Alter und Größe in Abhängigkeit von Vegetation - 10 – 20m - Lage stabil - 500 – 800 Jahre

Sandrampen - Sandanhäufung im Luvbereich größerer Hindernisse (Inselberge) - Hindernis 30° - 45° - Rampe 10° - Entstehung durch rückschreitende Winde

Freie Dünen: 3. Unterscheidung: Querdünen und Längsdünen Querdüne: Barchan (wichtigste Düne) - sichelförmiger, konkaver Leeseitenhang

- flacher, 10° bis 15° geneigter Luvhang - steiler, 33° geneigter Leehang - Höhe bis 30m

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- Entstehung in sandarmen Gebieten bei gleichbleibender Windrichtung - als klassische Wanderdüne können sie sich von hier entfernen und über steinreiche Auswehungspflaster, Hamada oder Tonebenen hinwegwandern - durch vertikale Einigung der Strömung über dem Luvhang erhöht sich die Windgeschwindigkeit, welche den hangaufwärtigen Transport des Sandes als Saltation ermöglicht durch den ständigen Aufprall der Sandkörner wird eine festere Oberfläche geschaffen unmittelbar hinter dem Kamm wird aufgrund der dort nachlassenden Windgeschwindigkeit bei der Aufweitung des Windprofiles der Sand akkumuliert dies führt zur Übersteilung mit nachfolgender Rutschung, wobei sich am Leehang der natürliche Böschungswinkel für lockeren Feinsand von ca. 30-33° einstellt

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Wanderungsgeschwindigkeit: 20 – 24 m/a (3 – 5 m hoher Barchan) - Wanderungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Höhe der Düne: Höhenzunahme von 2m entspricht Geschwindigkeitsabnahme von 2,5m/a - Wanderungsgeschwindigkeit kleiner Barchane größer, da weniger Sand umgewälzt werden muss

Barchan (Sicheldüne)

Umwälzungen geht an den flachen Rändern schneller als in der Mitte -> flachere Spitzen bilden sich (Hörner), die dem Barchan seine typische Sichelform geben in Windrichtung oder mit dem Wind zwischendurch durch Windwirbel Oberfläche freigehalten

ihre spezielle erodynamische Gestalt braucht 2 Voraussetzungen für ihre dauerhafte Erhaltung: - starke Winde aus einer vorherrschenden Windrichtung - glatter fester Untergrund ohne Vegetation an den Rändern der Sandwüsten in allen Dünenwüsten zu finden, machen aber meistens nur einen geringen Teil der Sandmasse aus

Parabeldüne - gebogene Form - Hörner zeigen luvwärts, gegen Windrichtung - Mittelteil der Düne wandert schneller

- Übergangsform zu den gebundenen Dünen - entwickeln sich häufig aus Barchanen: 1. Am Wüstenrand feuchter Untergrund mit Vegetation: Pflanzen können aufwandern 2. Klimawandel: bei hohem Niederschlag kann Vegetation entstehen, Bäume & Büsche halten den Körper fest, Sand bewegt sich in der Mitte

Längsdünen/ Longitudinaldünen/ Strichdüne (F111; F118ff) Wenn Barchane in Gebiete mit wechselnden Windrichtungen einwandern, dann verlieren sie ihre charakteristische symmetrische Form und bilden unterschiedlich lange Hörner aus. Sie werden so zu kleinen Längsdünen umgeformt.

- Kamm verläuft parallel zur Hauptwindrichtung oder ist Resultierende aus Winden unterschiedlicher Richtungen - kleinere aufgesetzte Dünen - unterschiedliche Größenordnungen: Sis, Silk, Draa -> Höhe 100m und mehr; Basisbreit 1 – 3km; mehrere 100km lang

Voraussetzungen für Draa-Dünen: - ungestörte ebene Oberflächen - geringe Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen des Windes mit der Höhe - hohe Windgeschwindigkeiten > 36km/h - instabile Schichtung

Sekundärdünen: aufsitzende Dünen kleine Längsdünen (Sif-, Silk-Dünen): schräg aufeinandertreffende Windrichtungen - Grundform Barchan - verschiedene Wetterlagen - saisonaler Wechsel - feinkörniger Sand - hellerer Sand Sterndünen Auf fester Unterlage aufsitzende Sandhaufen mit Höhe von ca. 100m 3-5-sinusförmige gewundene Arme, die nach außen niedriger werden Gipfel ist meist steil und kann eine maximale Höhe von 400m erreichen Entstehung ähnlich Draas - saisonal alternierende Helixsysteme oder polygenetische Formen auf vorzeitlicher Anlage von Draas

4. Unterscheidung: aktive Dünen und Altdünen Aktive Dünen und Palöodünen/Altdünen (Altdünen sind unter Bedingung der Vorzeit gebildet, aber mit heutigen Klimabedingungen gewachsen und fixiert)

Akkumulation von Staub (Löss) (F139ff) - Löss = terrestrisches, äolisches Sediment, Quarzkörner der Kornfraktion 10 – 50 Mykrometer

- Die Lösssedimente liegen im Unterschied zu Dünensanden ungeschichtet vor - Schluff, geringe Anteile von Sand, zumeist Feinsand und Ton können enthalten sein - Lössbildung findet nur in engem ökologischen Fenster mit relativer Aridität im Liefer- als auch im Ablagerungsgebiet statt Äolisches Sediment des Periglazial-Bereiches Drei Lössarten: 1. Typische Lösse aus dem Periglazial (Primärlöss) 2. Aktuell gebildete Wüsten(Rand-)Lösse 3. Fluvial und denudativ verlagerte Lösslehme (Sekundärer Löss)

1. Verbreitung

Die Auswehungsgebiete der periglazialen Lösse sind - fluvio-glaziale Sander-, Schotterflächen in periglazialen Flusstälern (Braided Rivers) - vegetationsfreie Oberflächen der Frostböden - Schwemmfächer der fluvio-glazialen und periglazialen Flüsse Lössmächtigkeiten schwanken zwischen wenigen dzm bis 20m Lösslehme (F148ff) Umlagerung durch - flächenhafte Spüldenudation an Hängen - agrarische Bearbeitung (Agroturbation) führt zu Verwitterung & Entkalkung - Lösslehme verlieren lockere primäre Ablagerungsstruktur & hohe Wasserspeicherfähigkeit - neigen zu Verschlämmung, Verkrustung - fördern Oberflächenabfluss weniger fruchtbar, ertragsreich und erosionsanfälliger als Primärlöss - fehlende Schichtung - kaum erkennbare Erosionslücken schwierige Gliederung -> wichtigste Marker sind eingeschaltete Paläo-Böden und vulkanische Aschenlagen relative Datierung Rekonstruktion der Paläoumwelten älteste Lösse paläomagnetisch auf 2,6 Mio. Jahre datiert

2. Lössentstehung ausgeweht aus den jahreszeitlich trockenfallenden sogenannten „Schotterfeldern“ der Braided-River-System?! (Kiese und gröbere Blöcke)

1. Hochflutlehm 2. Tonhäutchen 3. Abrollen und randliches Anheben 4. Auswehen von der abgehobenen Unterseite -> Hochflutlehm als letztes über dem Schotter abgelagert, trocken aus, rollt sich wegen Schrumpfungsprozessen nach oben, Rissen entstehen, Häutchen heben sich am Rand ab

- Transport in Suspension und an den umgebenden Rahmenhöhen wieder abgelagert - Schubspannungsgeschwindigkeit < Sinkgeschwindigkeit - in Moostundra sedimentieren Schluffpartikel - sind vor weiterer Ausblasung geschützt - Flechten, Moose, Gräser werden durch abgelagertes Schluffmaterial bedeckt - können eingelagerte Sedimentschicht von 10tel bis max. 1mm überwachsen - Halm-, Blatt- und Wurzelstruktur bleiben als Hohlräume zurück und füllen sich mit Kalkausscheidungen - für die Primärlösse typisches Hohlraumgefüge, welches die hohe Wasserspeicherkapazität ermöglicht - Depositionsraten von Staubsedimenten liegen max. bei mm a^-1 - in Archiven vorgefundenen Löss-Akkumulationsraten von max. 20 Metern in 400.000 a ergeben sehr geringe jährliche Zuwachsraten von ca. 0,05mm a^-1 - über Jahrzehntausende kommt es zur langsamen Aufhöhung des Lösssubstrates

Trockene Deposition: Suspensionstransport und Ablagerung zwischen Vegetation Nasse Deposition: Auswaschen der Stäube aus der Atmosphäre durch Niederschlagswasser

3. Bedeutung für die Agrarwirtschaft: Bodenfruchtbarkeit durch Löss Löss bietet hervorragende Ausgangsbedingungen für die Bodenbildung hohe Fruchtbarkeit der Lössböden

- Tschernoseme (Schwarzerde) - Luvisole (Parabraunerde) Kernräume der ackerbaulichen Produktionsfläche der Welt wegen: - Nährstoffreichtum - hohe nutzbare Feldkapazität - leichte Bearbeitung sind Lössböden seit dem Neolithikum sehr gute Ackerböden unter agrarischer Nutzung aber durch Übernutzung & Bodenerosion stark degradiert Bodenerosion: - Gullyerosion in Lössgebieten der kontinentalen Lösssteppen Osteuropas und in Asien - in Mitteleuropa unter Wald Runsen und Gullys und Hohlwege (Trampel- und Fahrtätigkeit) größeres Ausmaß der schleichenden Bodenerosion auf den Ackerflächen - Bearbeitung - Umlagerung -> primäre Ablagerungsstruktur geht verloren In Mitteleuropa sind ehemals fruchtbare Tschernoseme und Luvisole vielerorts zu A/C-Profilen degradiert

4. Bedeutung für die Paläo-Geographie: Lössforschung und Paläoforschung...