Hochkantschille: Bivalven-Akkumulationen im Wattenmeer. Beschreibung, Taphonomie, Genese sowie zeitliche und räumliche Entwicklung

Abstract

In dieser Arbeit werden rezente Mya arenaria dominierende Schill-Vorkommen innerhalb des Gezeitenbereiches zwischen Jadebucht und Außenelbe untersucht. Ziel ist es Informationen über dessen Aufbau sowie ihrer Genese zu erhalten. Besonders betrachtet werden dabei die bislang selten beschriebenen Hochkantstrukturen. Im 1. Kapitel wird ein Überblick in die Thematik der Schalen-Akkumulationen, das Untersuchungsgebiet sowie der Muschelart M. arenaria gegeben. Das 2. Kapitel beschäftigt sich mit der Beschreibung von drei Schill-Vorkommen. Es folgen detaillierte Aufnahmen der Oberflächenstrukturen sowie mehrerer Reliefgussprofile. Die Ergebnisse zeigen, dass die Akkumulationen hauptsächlich durch laterale Priel-Wanderungen verursacht werden. Aufgrund von Erosionsprozessen werden ehemalige M. arenaria Siedlungshorizonte freigelegt. Durch biostratinomische Prozesse die durch hydrodynamische Ereignisse gesteuert werden entstehen wiederkehrende und charakteristische Lagerungs- und Einregelungsmuster. Aufgrund dessen erfolgt eine allgemeine Einteilung in sieben unterschiedliche Zonenbereiche. Es kann festgestellt werden, dass die ansteigende Morphologie der Schill-Vorkommen eine Veränderung der hydrodynamischen Wirkungsgrenze des Wassers während der Tidenzyklen verursacht und für die unterschiedlichen Lagerungszustände verantwortlich ist. Im 3. Kapitel wird das Schalenmaterial zweier Transekte einer semi-quantitativen Analyse unterzogen bei der fünf Beanspruchungsmerkmale erfasst wurden. Neben bivariaten Korrelationsanalysen und Größenhäufigkeitsverteilungen, werden Regressions- und Korrelationsanalysen durchgeführt sowie das rechts/links Seitenverhältnis der Klappen bestimmt. Ähnlichkeiten in der taphonomischen Beanspruchung zwischen Lagerungszuständen und Ablagerungsbereichen wurden mittels multivariater Datenanalyse erfasst. Die Größenhäufigkeitsverteilungen zeigen Unterschiede zwischen zwei M. arenaria Siedlungshorizonten sowie der Klappenverteilung innerhalb der Vorkommen. Eine Frachtsonderung konnte nur an einem Transekt belegt werden. Die Analysen zeigen, dass der Beanspruchungsgrad des Schalenmaterials mit zunehmender Transportentfernung ansteigt. Während anhaltender Transportbewegungen entlang der Transekte werden die Klappen überwiegend physikalischen Beanspruchungsprozessen ausgesetzt. Erst nachdem sie im rückwertigen Transektbereich abgelagert werden, setzen bioökologischen Prozesse ein. Mit zunehmender Schalengröße steigt der taphonomische Beanspruchungsgrad. Der Erhaltungszustand wird durch hydrodynamische und die daraus resultierenden biostratinomischen Prozesse gesteuert. Die multivariaten Analysen belegen, dass mit der Lagerungsvariation der Klappen auf dem Untergrund sich auch der taphonomische Beanspruchungsschwerpunkt verändert. Infolge dessen wird eine taphonomische Differenzierung aufgrund von Lagerungsanordnungen vorgenommen. Im 4. Kapitel werden durch Experimentreihen in einem Wellenkanal der Geneseprozess sowie die hydrodynamischen Randparameter bestimmt, die zur vertikalen Hochkantstellung von M. arenaria Klappen führen. Ziel der Untersuchung war es Informationen über die Genese von Hochkantschillen zu erhalten. Es gelang die hydrodynamischen Randparameter in einem engen Entstehungsfeld einzugrenzen, welche zu einer vertikalen Einregelung führen. Neben der morphologischen und konzentrationsbedingten Abhängigkeit sind die wichtigsten Randparameter neben der Wassertiefe eine entsprechende Wellenlänge, Wellenperiode und horizontale Teilchengeschwindigkeit. Hochkantschille entstehen im Wellenkanal in einem relativ kleinen Genesefenster. Ihre vertikale Position erhalten sie durch einen periodischen Wellengang. Die einzelnen Schritte der Hochkantschill-Genese konnten entschlüsselt werden. Des Weiteren wurde ein enger Zusammenhang zwischen der Genese und der dazu nötigen Schalenkonzentration nachgewiesen. Im 5. Kapitel wird die zeitliche Entwicklung sowie Veränderung der Schill Flächen untersucht. Ziel war es Informationen über die Entwicklung und Veränderung in Raum und Zeit zu erhalten. Des Weiteren sollte geprüft werden, ob und in welchem Umfang die Schill-Bedeckung mit den hydrodynamischen Prozessen einhergehen. Es wurden systematische Kartierungen auf der Grundlage von Luftbildern durch analoge Auswertungen erfasst und durch Geländeuntersuchungen verifiziert. Zudem wurde eine thematische Verknüpfung von Luftbildkartierung und Wellenparametern durchgeführt. In einem Zeitraum von zehn Jahren stieg die Bedeckung der Schill-Flächen insgesamt um 71,6 %. Schill Vorkommen treten nur in Gezeitenbereichen auf, in denen der Tidenhub höher als 3,2 m beträgt. Aufgrund der Schill-Expansion nimmt die Flächenanzahl durch Anlagerungsprozesse deutlich ab. Das Verteilungsmuster der Schill-Bedeckung und dessen Veränderung in Raum und Zeit ist nicht als zufälliges Ereignis zu deuten, sondern steht im engen Zusammenhang mit den hydrodynamischen Aktivitäten innerhalb des Untersuchungsgebietes.

The subject of this study is the investigation of modern bivalve (Mya arenaria) dominated shell deposits within the tidal range between the Jade Bay and Elbe River Mouth in the German Bight of the North Sea. The goal of this study is to obtain information concerning the taphonomy, structure, distribution and genesis of these mass accumulations. Of special interest are rarely described densely packed, upright, vertically stacked single valves with longitudinal axes perpendicular to the sediment surface. The first chapter gives a general introduction and an overview of the study area and the bivalve M. arenaria. Field observations and collections were made in three different localities. These activities entailed recording surface textures, taking relief cast along profiles, as well as collecting samples for further investigations. The results in chapter 2 show that shell accumulation is initiated by erosion of old settlement horizons made up of double valved post-mortal in situ M. arenaria by lateral migration of tidal channels. Hydrodynamic and biostratinomic processes during transport and sedimentation then lead to a recurring deposition patterns. The shell deposit show a ramp-like morphology which can be divided into seven different zones each with characteristic shell orientations and taphonomic features. The results of a taphonomic investigation of the M. arenaria shells in two selected shell deposits are presented in the third chapter. Semi-quantitative analyses were conducted on five taphonomic features. Bivariate taphonomic correlation analyses and size frequency distributions were calculated. Right/left ratios of the M. arenaria valves were analyzed to determine selective transport mechanisms. Multivariate data analysis was conducted to compare the taphonomy of different samples and localities. The size frequency distributions show differences between two various M. arenaria settlement horizons as well as between valve distributions within the shell deposits. A significant selective transport of valves could be shown for only one transect. The semi-quantitative taphonomic analyses show that the increasing intensity of taphonomic features of shell preservation correlates with increasing transport distance. It can be shown that preservation states are mainly affected by hydrodynamic activity and the resulting biostratinomic processes. The valves are predominantly exposed to physical processes. Biological taphonomic processes occur only after deposition and only in areas with reduced hydrodynamic flow velocities. The multivariate analysis shows that the intensity of taphonomic features increases with valve size. The preservation of M. arenaria valves depends on 1) exposition and 2) the orientation of shells on the sediment surface within the shell deposits. The fourth chapter describes flume tank experiments for determining the hydrodynamic constraining parameters of in the genesis of vertical upright single valves of M. arenaria. The experiments were also conducted to deduce the hydrodynamic wave parameters needed to produce the various packing and stacking patterns. The test runs showed that it was possible to constrain the hydrodynamic condition leading to the vertical orientation of the valves and that several boundary conditions must be fulfilled in order to generate vertical orientation. Apart from shell morphology and concentration, the most important boundary conditions are wavelength, water depth and wave period as well as a specific horizontal particle speed. The valves attain the final vertical position by a periodic wave movement. Using the flume experiments, it was possible to decipher the individual steps leading to vertical packing. Temporal developments and changes of shell deposit surface cover are examined in the fifth chapter. A goal of these investigations was 1) to study the change of M. arenaria shell deposits in space and time as well as to correlate these to hydrodynamic processes in the study area, and 2) to elucidate if the presence and development of these types of shell deposits can be used as a proxy for the reconstruction of hydrodynamic parameters. These goals were achieved by systematic mapping of shell cover based on aerial photographs. These were verified by accompanying investigations of specific occurrences. Aerial mapping results and wave parameters were combined in order to study the relationship between shell cover and hydrodynamic parameters. The results show that in a period of ten years, the aerial cover of the shell deposits increased by 71,6 %. The results demonstrate that modern bivalve (M. arenaria) dominated shell deposits only occur in tidal flats with a tidal range higher than 3,2 m. It could also be demonstrated that the distribution pattern of shell cover and the change in space and time is not random, but closely related to hydrodynamic parameters within the study area.