Sedimenttransport und Morphodynamik in der Nordsee

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Pia Ziegler
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Sedimenttransport und Morphodynamik in der Nordsee - ein Überblick über die Arbeiten zur Küstengeologie im Courtesy: NASA Visible Earth website Dierk Hebbeln, Verner

1 Sedimenttransport und Morphodynamik in der Nordsee - ein Überblick über die Arbeiten zur Küstengeologie im Courtesy: NASA Visible Earth website Dierk Hebbeln, Verner Ernstsen, Kerstin Schrottke*, Christian Svenson, Mark Trevethan, Christian Winter (MARUM, Bremen) (* - jetzt Uni Kiel) Alexander Bartholomä, Burghard Flemming (Senckenberg, Whv.)

2 Forschungsansatz und Themenfelder Themenfelder - Suspensionstransport und Fluid Mud Morphologie Hydrodynamik - Bodennaher Sedimenttransport und Dünen Sedimenttransport Morphodynamik Numerische Modellierung

$Sedimentkonzentration in der Wassersäule machen. Mit Wiederholungsmessungen kann man zeigen, wie sich z.b. die mitgeführte Sedimentfracht bei Stauwasser am Boden absetzt.$

3 Dynamik des Suspensionstransports im Tidezyklus Weser Neben Daten zur Strömungsrichtung und stärke lassen sich mit einem Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) auch Aussagen zur Sedimentkonzentration in der Wassersäule machen. Mit Wiederholungsmessungen kann man zeigen, wie sich z.b. die mitgeführte Sedimentfracht bei Stauwasser am Boden absetzt. Weser: Längsprofile der Konzentration suspendierten Materials (5 km, ADCP)

4 Die Dynamik des Fluid Mud sehen Weser Wassertiefe [m] Tide-getriebene Ablagerung und Erosion von Fluid Mud Meeresboden Wassersäule fester Untergrund cm/s mnn 0-2 Tidephase Flut Ebbe max. v cm/s fluid mud cm/s cm/s -2 Mit einem Parametrischen Sedimentcholot (SES, Innomar) lässt sich der Fluid Mud hydroakustisch abbilden. Wiederholte Vermessungen desselben Profils erlauben anschließend die Analyse der Dynamik des Fluid Muds.

Die Dynamik des Fluid Mud sehen Quantifizierung temporärer Fluid Mud-Ablagerungen Seitensichtsonar 330 khz am 12.04.2005 um 11:24 h rechter Kanal Range (horizontal) 60 m ; Gain 10 db 20 min.

Wassertiefe [m] 53 24 953N 100 m 08 29 710E Sedimentlot 12 khz am 06.07.2005 um 15:43 h Range (vertikal) 13 m ; Gain 14 db 45 min. 15 nach Flut 17 19 1 m 12 m SES-Sedimentecholot 12 m ca.

5 Die Dynamik des Fluid Mud sehen Quantifizierung temporärer Fluid Mud-Ablagerungen Seitensichtsonar 330 khz am um 11:24 h rechter Kanal Range (horizontal) 60 m ; Gain 10 db 20 min. vor Ebbe sandige Depression Weser Die Kombination horizontaler (SSS) & vertikaler (SES) Vermessungen kann die Quantifizierung des Fluid Muds (und seiner Dynamik) erlauben. Wassertiefe [m] N 100 m E Sedimentlot 12 khz am um 15:43 h Range (vertikal) 13 m ; Gain 14 db 45 min. 15 nach Flut m 12 m SES-Sedimentecholot 12 m ca. 50 Tonnen Feststoff!!! 100 m Seitensichtsonar Seitensichtsonar Seitensichtsonar 330 khz am um 15:43 h rechter Kanal stromab N E geglätteter Meeresboden: fluid mud Quantifizierung: Fluid mud Fläche 1990 m² 990 m³ fluid mud

Die Dynamik des Fluid Mud sehen Interne Wellen an der Fluid Mud Wasser Grenzschicht Ems Mit dem Parametrischen Sedimentcholot lässt sich auch zeigen, wie Interferenzen zwischen dem hochviskosen

6 Die Dynamik des Fluid Mud sehen Interne Wellen an der Fluid Mud Wasser Grenzschicht Ems Mit dem Parametrischen Sedimentcholot lässt sich auch zeigen, wie Interferenzen zwischen dem hochviskosen Fluid Mud am Meeresboden und der darüberliegenden Wassersäule zur Ausbildung von internen Wellen an dieser Grenzfläche führen. Wt [m] m down stream 10 m Wt [m] m 5 m Fluid Mud up stream 10 m

Die Dynamik des Fluid Mud messen Ems Zeitlich hochauflösende Vertikalprofile mit einem Sensorträger zeigen, dass selbst bei Sedimentkonzentrationen von bis zu 90 g/l im Fluid Mud

Wasser Proben mit suspendiertem Sediment Konzentrationen < 2 g/l Konzentrationen zwischen 20 und 90 g/l Konzentrationen > 90 g/l Tide-bedingte Meeresspiegel Veränderungen Vertikale

7 Die Dynamik des Fluid Mud messen Ems Zeitlich hochauflösende Vertikalprofile mit einem Sensorträger zeigen, dass selbst bei Sedimentkonzentrationen von bis zu 90 g/l im Fluid Mud messbare Strömung und Turbulenz festgestellt werden können. Wasser Proben mit suspendiertem Sediment Konzentrationen < 2 g/l Konzentrationen zwischen 20 und 90 g/l Konzentrationen > 90 g/l Tide-bedingte Meeresspiegel Veränderungen Vertikale Profile der Strömungsgeschwindigkeit Vertikale Profile der Turbulenz- Intensität time (hr) since 00:00 on 10/09/

Dünen am Meeresboden Jade Die Rauhigkeit des

8 Dünen am Meeresboden Jade Die Rauhigkeit des Meeresbodens sorgt dafür, dass er mit dem darüber strömenden Wasser in Wechselwirkung tritt. Das strömende Wasser setzt an der Rauhigkeit an, bewegt die Partikel und bildet Dünen. Die wiederum ändern das bodennahe Strömungsmuster Partikel Sekundärdünen Primärdünen (

9 Jade Morphodynamik: Strömung Sediment Morphologie Strömung

10 Morphodynamik: Strömung Sediment Morphologie Strömung Jade Hier zeigt sich deutlich, wie aufgrund der morphologischen Ausprägung der Düne die Strömungsgeschwindigkeiten variieren, was sich u.a. auch auf die Zusammensetzung und die Sortierung des Sedimentes auswirkt.

- cm (vertikal) bis dm (horizontal) Auflösung - 1600 m

11 Esbjerg Tide-getriebene Bodenformung Skallingen Grådyb Esbjerg Harbour Hochauflösende Multibeam Echolot Daten - cm (vertikal) bis dm (horizontal) Auflösung m Fanø hohe zeitliche Auflösung 650 m Altitude, m WGS84

12 Esbjerg Tide-getriebene Bodenformung Skallingen Während die kleinen, aufgesetzten Dünen ihre Ausrichtung bei jeder Tide der vorherrschenden Stromrichtung anpassen, Grådyb Esbjerg Harbour Ebbe Flut entwickeln die großen Dünen in diesem ebb-dominierten Inlet lediglich flood caps. Fanø hohe zeitliche Auflösung

Die Tideabhängigkeit der Dünenhöhe Jade Entlang der Nordseeküste finden sich Dünen häufig in den Ästuaren und in den Inlets zwischen den Inseln also genau dort, wo auch der größte

13 Die Tideabhängigkeit der Dünenhöhe Jade Entlang der Nordseeküste finden sich Dünen häufig in den Ästuaren und in den Inlets zwischen den Inseln also genau dort, wo auch der größte Schiffsverkehr stattfindet. Gerade für die großen Containerschiffe und Tanker ist aber ein sicheres Fahrwasser unabdingbar Feldstudie in der Jade zur Beziehung Tidephase : Dünenhöhe

14 Die Tideabhängigkeit der Dünenhöhe Jade Während einer Tide kann die Höhe der primären Dünen um >20 cm variieren. Interessanterweise sind die Dünen gerade bei Nipptide am höchsten! wann muss wo gebaggert werden?

T. in einer völligen Überdeckung der Dünen.

15 Wie dynamisch sind Dünen? Zwischen Juni und Dezember 1998 wurden an einer Klappstelle in der Außenweser 2.6 Mill. m June Baggergut verklappt. Diese künstliche Sandzufuhr resultierte in einem Auffüllen der Dünentäler und z. T. in einer völligen Überdeckung der Dünen. Aber selbst überdeckte Dünen Weser begannen sich innerhalb weniger Monate wieder neu zu bilden. Juni 1998 August 1998 Dezember 1998 Überdeckung der Dünen-Morphologie Regeneration der Dünen

16 Mit der Anwendung von modernsten Technologien (z. B. in der Hydroakoustik, bei der Probennahme, bei geotechnischen Laborversuchen, in Strömungskanälen und bei der numerischen Modellierung) tragen die Küstengeologen des MARUM dazu bei, eine wohlfundierte wissenschaftliche Basis für die (zukünftige) nachhaltige Nutzung der Küstenregionen zu schaffen. Courtesy: NASA Visible Earth website

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