Original paper
Versuche zur Kryodynamik von Lockersedimenten und Boden
[Experiments on the cryodynamics of loose sediments and soils]
Hachicha, Tarek; Smykatz-Kloss, Bettina; Smykatz-Kloss, Werner
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 48 Issue 3 (2004), p. 343 - 354
26 references
published: Sep 29, 2004
ArtNo. ESP022004803005, Price: 29.00 €
Kurzfassung
Die hier vorgelegten Ergebnisse von Gefrier-/Auftau-Versuchszyklen an Mineral-Gemengen wurden unternommen, um die in Tuff-/Löß-Horizonten beobachteten Partikel-Separationen zu erklären. Nach 2-3 Zyklen (Gefrieren auf -16 °C, 48 Stunden; anschließendes Auftauen in 24 Stunden) wurde eine beginnende Sortierung beobachtet: die großen Partikel (Sanidin, Calcit, Biotit) waren im oberen Probenteil angereichert, die feinkörnigen (= die Basalt-Matrixminerale Plagioklas, Pyroxen und Apatit) und die schweren Minerale (Baryt) dagegen im unteren Teil der Probe. Die chemischen Komponenten spiegeln diesen Differenzierungsprozess wider: K2O und Rb (im Sanidin) sind oben angereichert, Na2O (im Plagioklas), P2O5 (im Apatit) und Sr (Baryt) im unteren Probenteil. Nach Kessler & Werner (2003) ist die treibende Kraft für derartige Mineral-Separationen in der Volumenvergrößerung (V H2O-fest > V H2O-flüssig) zu sehen, wenn das Porenwasser unter großen Partikeln gefriert und diese Partikel (Sanidin, Calcit, Biotit) nach oben drückt. Die feinkörnigen Partikel und die schweren rieseln dabei nach unten. Die Versuche erklären die Prozesse der Mineral-Sortierung, welche in Löß-/Tuff-Gemischen des Pleiser Hügellandes bei Bonn und in der Picardie (B. Smykatz-Kloss 2003) beobachtet werden.
Abstract
The presented experiments on freezing and thawing of mineral mixtures were made to elucidate the process of particle separations observed in tuff/loess horizons. After 2-3 cycles of freezing and thawing (each cycle: 72 hours) a beginning of sorting occurs. After five cycles clear and remarkable mineralogical and geochemical sorting effects are observed: the large particles (e. g. sanidine, calcite, biotite) are enriched in the upper part of the sample. The fine-grained (= the basalt matrix minerals plagioclase, pyroxene and apatite) and the heavy minerals (baryte) are enriched in the lower part of the samples. The chemical components mirror this differentiation process: K2O and Rb (in the sanidine) are enriched in the upper part, Na2O (plagioclase), P2O5 (apatite) and Sr (baryte) in the lower part. Due to Kessler & Werner (2003) the driving force for the mineral separations is the enlargement of the volume when pore waters below large particles are transferred to ice lenses and then the volume decrease by thawing again. The results explain the process of mineral sorting that is observed in loess/tuff mixtures of the Pleiser hilly region and in the Picardie.
Résumé
Les essais en alternance de gel/degel présentés dans ce travail ont été menés pour expliquer des mécanismes de séparation verticale dans des horizons loess/tuf. Il a été montré qu’après 2-3 périods de deux jours de gel/degel, la séparation a commencé à se manifester. Après 5 répétitions des essais, des séparations minéralogiques (et par conséquents géochimiques) ont été observées d’une manière très nette: les particules minérales grossières (sanidine, calcite, biotite) se concentrent dans la zone supérieure de l’échantillon, les particules fines (= les minéraux de la matrice basaltique, plagioclase, pyroxène, apatite) comme les minéraux lourds (baryte) se déplacent vers la bas. Les composantes chimiques reflètent exactement ce processus: K2O et Rb (dans le sanidine) se concentrent dans la partie supérieure de l’échantillon, Na2O (plagioclase), P2O5 (apatite) et Sr (baryte) dans les parties inférieures. Derrière cette dynamique il y a (d’après Kessler & Werner 2003) des lentilles de glace qui se forment sous les particules grossières par gel de l’eau des pores, et qui suite á l’élévation du volume (VH2O solid > VH2O liquide) ont poussé les particules grossières vers le haut. Les résultats expliquent les mécanismes de séparation observés sur le terrain dans l’association loess/tuf des formations des collines de la région de Pleis et en Picardie.
Keywords
freezing • thawing • sanidine • calcite • heavy minerals • ice lenses • loess/tuff mixtures • Pleiser hilly region • Germany • Picardie • France