Die Korngröße ist das grundlegende Merkmal aller klastischen Sedimentgesteine. Sie liefert Aufschluss über deren Genese, weil sie steht in enger Beziehung zu den physikalischen Kräften, die während des Transports und der Ablagerung wirksam wurden, steht. Das Transportmedium, der Transportweg, die Entfernung vom Erosionsraum oder die Stärke der transportierenden Strömung sind anhand der Korngröße interpretierbar. Die logarithmische Udden-Wentworth-Skala (Abb. 1) teilt die Korngrößen in 7 Klassen ein: Ton - Silt - Sand - Feinkies - Kies - Grobkies - Geröll.
Die Sandfraktion wird wiederum in 5 Unterklassen unterteilt:
Abb. 1: Einteilung der Korngrößen nach Udden-Wentworth für siliziklastische Sedimente
Abb. 1: Einteilung der Korngrößen nach Udden-Wentworth für siliziklastische Sedimente
In Deutschland wird auch häufig die Korngrößeneinteilung nach DIN 4022 verwendet, bei der die Sedimente in 5 Klassen geteilt werden: Ton, Schluff, Sand, Kies und Geröll (Abb. 2). Schluff, Sand und Kies werden weiterhin in 3 Unterklassen eingeteilt.
Abb. 2: Korngrößeneinteilung der Sedimente und Sedimentgesteine nach DIN 4022 (Tucker, 1985, S. 12)
Abb. 2: Korngrößeneinteilung der Sedimente und Sedimentgesteine nach DIN 4022 (Tucker, 1985, S. 12)
Im Gelände kann eine erste Abschätzung der Korngröße mit der Lupe und einem Korngrößenkärtchen vorgenommen werden. Für eine genaue Bestimmung gibt es mehrere Labormethoden, die sich nach den zu erwartenden Korngrößen und der Beschaffenheit der Sedimente richten. Unverfestigte Sande, vor allem Mittelsand und gröbere Fraktionen, werden gesiebt. Bei Partikeln der Ton- bis Mittelsandfraktion wird hingegen häufig ihre Sinkgeschwindigkeit durch eine Wassersäule gemessen. Laser Particle Sizer (LPS)-Geräte messen Korngrößen, indem sie sehr genau die Zeitdauer der Unterbrechung eines Laserstrahls durch bewegte Körner in einer Flüssigkeit messen. Bei der Kornklassierung mittels Siebung und Fallgeschwindigkeit wird der prozentuale Gewichtsanteil einer Fraktion angegeben. Dessen Verteilung ist als Sortierung bekannt. Plottet man die Korngrößenfraktionen einer Probe als Summenkurve auf Wahrscheinlichkeitspapier, entstehen charakteristische Kurven der Korngrößenverteilung, die Hinweise auf den Transportmodus liefern können. Ist ein Sandstein bzw. ein Sand gut bis sehr gut sortiert (engl. well sorted), besteht er aus nur einer dominanten Korngröße. Ist er dagegen schlecht bis sehr schlecht sortiert (engl. poorly sorted), liegt eine Mischung von verschiedenen Korngrößenklassen vor.
Die Sortierung wird beeinflusst von: 1. Herkunftsgestein: Stammt das Sediment von einem Granit ab, wird es in der Regel eine schlechtere Sortierung aufweisen als ein von einem Sandstein erodiertes Sediment. 2. Korngröße: Grobkörnige Sedimente sind meist schlechter sortiert als mittel- oder feinkörnige Sedimente. 3. Transport- und Ablagerungsmechanismus: Wind oder Wasser als Transportmedien sind bessere Sortierer als Massentransportprozesse wie z. B. Schuttströme. 4. Transportweite: Sedimente, die hoher Transportweite und -dauer ausgesetzt waren, sind in der Regel feinkörniger und besser sortiert.
Die Sortierung eines Sediments/Sedimentgesteins bestimmt sein hydraulisches und sein mechanisches Verhalten. Dazu gehören Porosität und Permeabilität, die entscheidend für das Fließverhalten von Flüssigkeiten und Gasen wie Erdöl, Erdgas oder Wasser durch das Gestein sind. In der Bodenkunde spielt ebenfalls die Kapillarität, die ebenfalls von der Sortierung und der Korngröße beeinflusst wird, eine wichtige Rolle.
Ein weiterer aus der Sortierung abgeleiteter Parameter, die Schiefe, spiegelt die Symmetrie der Korngrößenverteilung wider. Eine negative Schiefe (engl. negative oder coarse skew) zeigt einen „Schwanz" im groben Bereich. Strandsande besitzen meist eine negative Schiefe, da Kornfraktionen geringer Größe durch die permanente Wellenaktivität in Suspension gehalten und ausgewaschen werden, jedoch ein (geringer) Anteil an Grobfraktion-Körnern als „Roller" bewegt wird. Liegt der „Schwanz" aber im feinkörnigen Bereich, hat das Sediment eine positive Schiefe (engl. positive oder fine skew). Hierzu gehören typischerweise Fluss- oder Dünensande, die zwar durch den ständigen, sehr hohen Abrieb eine Silt- und gar Tonfraktion besitzen können, in denen aber eine ausgeprägte Grobfraktion außergewöhnlich selten ist.
Beträgt die Schiefe null, so ist die Kornverteilung symmetrisch (normal), d.h., es liegen gleiche Anteile an feinen und groben Korngrößen vor. Abb. 3 zeigt die Verteilungskurven der Sortierung (links) sowie der Schiefe (rechts). Eine bimodale Verteilung bedeutet, dass im Sand zwei Korngrößen dominieren. Die Schiefe ist ebenso wie die Sortierung ein Indikator für das Ablagerungsmilieu (Tucker, 1991, S.10 ff.).
Korngrößenverteilungen lassen sich nur mit Vorbehalt für Deutungen des Sedimentationsmilieus verwenden, denn Sandkornpopulationen, die ihre Eigenschaften EINEM Prozess verdanken (sog. monogenetische Populationen) sind selten.
In der Regel wird Sortierung, Rundung etc. durch ein erodierendes sedimentäres Gestein vererbt, unterschiedliche Prozesse treten in ein und demselben Sedimentationsmilieu auf, ähnliche Prozesse existieren in unterschiedlichen Bildungsmilieus oder Populationen werden z.B. in Gewässernetzen oder in der vor- und zurückweichenden Küstenlinie vermischt. Außerdem kann die Diagenese die Zusammensetzung eines Sedimentgesteins verändern. Deshalb müssen auf jeden Fall zusätzliche Kriterien, z.B. Sedimentstrukturen und Fossilführung, berücksichtigt werden.
Abb. 3: Verteilungskurven von verschiedenen Arten der Sortierung und Schiefe eines Sediments (Tucker, 1991, S. 12)
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