Sedimentation

Sedimentierung bzw. Sedimentation (Absetzen, zu lat. sedimentum „Bodensatz“) ist das Ablagern/Absetzen von Teilchen aus Flüssigkeiten oder Gasen unter dem Einfluss der Schwerkraft und anderen Kräften, wie zum Beispiel der Fliehkraft in einer Zentrifuge. Bildet sich zuunterst eine Schicht von Schwebstoffen, so nennt man auch diesen Bodensatz, Sediment oder (um Verwechslungen mit Sedimentgestein auszuschließen) Lockersediment.

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Grundlagen

Sedimente lassen sich in drei Hauptgruppen unterteilen:

• die klastischen Sedimente (durch Wasser oder Wind transportierte und so mechanisch geformte Partikel, z. B. Sand)
• chemische Sedimente (durch chemische Prozesse aus wässrigen Lösungen durch Fällung ausgeschieden, z. B. Karbonate)
• biogene Sedimente (Ablagerungen von Organismen oder aus Organismenresten, z. B. Korallenriffe), wobei die biogenen Sedimente auch als Untergruppe der chemischen Sedimente klassifiziert werden.

Bei der Sedimentation schichten sich die abgelagerten Teilchen aufgrund ihrer unterschiedlichen Sedimentationsgeschwindigkeit (Absinkgeschwindigkeit) nach ihrer Dichte und ihrer Größe. Die Teilchen mit größter Sedimentationsgeschwindigkeit lagern sich zuerst ab, liegen also zuunterst. Da die Sedimentationsgeschwindigkeit wesentlich von der Dichte bestimmt wird, können verschiedene Stoffe schichtweise getrennt ablagern, was auch dazu benutzt werden kann, die verschiedenen Stoffe eines Gemenges zu trennen (siehe Dekantieren). Wird nur ein Material abgelagert oder Materialien ähnlicher Dichte, lagern große Partikel schneller ab und liegen zuuntest, während kleine Partikel oben liegen. Bei aufgeschäumtem Material, beispielsweise eruptiven Bimssteinen, kann eine inversen Gradierung auftreten, kleine Teilchen weisen dann eine höhere Dichte auf und lagern unten, während große oben lagern.

Sedimente werden, im Falle von Fließgewässern, hauptsächlich durch die Erosion des Querschnittes eingetragen. Ein weiterer Effekt ist der Sedimenteintrag. Hier werden Sedimente (und andere Feststoffe) aus dem Einzugsgebiet eingetragen.

Natürliche Sedimente

Herangeführt werden die Schwebstoffe im Falle einer natürlichen Sedimentation in der Regel durch Erosionsprozesse und hierbei vor allem durch fluviatilen Transport, welchen ihrerseits in der Regel eine Verwitterung des Ausgangsgesteins vorausgegangen ist. Je nach Entfernung zum Abtragungsort und der damit meist zunehmend geringeren Strömungsgeschwindigkeit, weist die Korngrößenverteilung der im Wasser mitgeführten Partikel deutliche Unterschiede auf. Hierbei gilt das die Korngröße der Partikel mit der Entfernung und einer absinkenden Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, da die größten bzw. schwersten Partikel (Geschiebe) zuerst sedimentieren und die Strömung oft nicht mehr in der Lage ist diese vom Gewässergrund aufzuwirbeln.

Besonders in stehenden Gewässern bilden diese Schwebstoffe durch gravitative Ablagerung Sedimentschichten (Warven) aus, die zum Teil zur Altersbestimmung (Stratigrafie) verwendet werden. Dies liegt vor allem daran, dass hier im Gegensatz zu Fließgewässern keine Strömung mehr vorliegt und sich daher auch sehr kleine Partikel ablagern können. Zusätzlich zeigt die Sedimentation je nach Klimasystem oft ein unterschiedliches Muster im Jahresgang, da sich beispielsweise im Winter bei einem zugefroren Gewässer die feineren Teilchen absetzen. Somit entstehen, ähnlich den Jahresringen bei Bäumen, gröbere und feinere Schichten pro Jahr, welche als Warven bezeichnet werden. Diese schließen oft Lebewesen oder deren Spuren mit ein, welche sich im Zuge der Fossilisation zu Fossilien entwickeln können. Auch die Entstehungsbedingungen (Paläoklima) der einzelnen Schichten sind in diesen oft dokumentiert, weshalb Sedimente wichtige Klimaarchive darstellen. Besonders marine, flachmarine und seeische Ablagerungen haben diesbezüglich eine hohe Aussagekraft, weshalb sie auch das Hauptziel von klimatologischen Forschungsbohrungen darstellen.

Während durch fortschreitende Sedimentation die Mächtigkeit der Sedimente steigt, kann vor allem der steigende Druck in den tiefer liegenden Schichten weitere geologische Vorgänge auslösen. Die Diagenese bildet aus den Lockersedimenten die Sedimentgesteine. Einen Sonderfall stellt hierbei der Schnee dar, welcher ebenfalls geschichtet und unter Druckeinfluss zu Eis verdichtet werden kann. Hält dieser Effekt über mehrere Jahre an, so kann dies zur Ausbildung eines Gletschers führen.

Anwendung

In Split-Systemen wird dieser Effekt zur präparativen Trennung von Partikeln ausgenutzt. Siehe auch Sedimentationsgeschwindigkeit

Im Mühlenlabor wird ein Sedimentationstest durchgeführt, bei dem das Volumen des Sediments einer Mehl-Wasser-Suspension als Maß für die Quellfähigkeit der Eiweißstoffe im Mehl gilt. In der Bodenkunde dienen Sedimentationsversuche der Bestimmung der Korngrößenverteilung eines Bodens.

Siehe auch

• Fluviatiles Sediment
• Äolisches Sediment
• Biogenes Sediment
• Sedimentgestein

Literatur

• Maurice E. Tucker: Einführung in die Sedimentpetrologie. Spektrum Akademischer Verlag., 1985, ISBN 3-8274-1290-0.
• Andreas Schäfer: Klastische Sedimente - Fazies und Sequenzstratigraphie. Spektrum Akademischer Verlag., 2004, ISBN 3-8274-1351-6.