Schluff
Schluff ist ein körniges Material, dessen Größe zwischen Sand und Ton liegt und das hauptsächlich aus gebrochenen Quarzkörnern besteht. Schluff kann als Boden (oft gemischt mit Sand oder Ton) oder als mit Wasser vermischtes Sediment auftreten. Schluff fühlt sich im trockenen Zustand meist mehlig an, im nassen Zustand ist er nicht sehr plastisch. Schluff kann auch von der Zunge als körnig empfunden werden, wenn man ihn auf die Vorderzähne legt (selbst wenn er mit Tonpartikeln vermischt ist). ⓘ
Schluff ist ein weit verbreitetes Material, das im Durchschnitt 45 % des modernen Schlamms ausmacht. Man findet ihn in vielen Flussdeltas und als vom Wind abgelagerte Anhäufungen, insbesondere in Zentralasien, Nordchina und Nordamerika. Er entsteht sowohl in sehr heißem Klima (z. B. durch Zusammenstöße von Quarzkörnern in Staubstürmen) als auch in sehr kaltem Klima (z. B. durch das Abschleifen von Quarzkörnern durch Gletscher). ⓘ
Löß ist ein schluffreicher Boden, der zu den fruchtbarsten landwirtschaftlichen Flächen der Erde gehört. Schluff ist jedoch sehr erosionsanfällig und hat schlechte mechanische Eigenschaften, was den Bau auf schluffigem Boden problematisch macht. Das Versagen des Teton-Damms im Jahr 1976 wurde auf die Verwendung von ungeeignetem Löss im Dammkern zurückgeführt, und die Verflüssigung von Schlickböden stellt eine erhebliche Erdbebengefahr dar. Der vom Wind und vom Wasser verwehte Schlamm stellt eine erhebliche Umweltverschmutzung dar, die häufig durch schlechte landwirtschaftliche Praktiken noch verstärkt wird. ⓘ
Beschreibung
Schluff ist Detritus (Fragmente von verwittertem und erodiertem Gestein) mit Eigenschaften, die zwischen Sand und Ton liegen. Eine genauere Definition von Schluff, die von Geologen verwendet wird, lautet, dass es sich um Detrituspartikel mit einer Größe zwischen 1/256 und 1/16 mm (etwa 4 bis 62 Mikrometer) handelt. Dies entspricht Partikeln zwischen 8 und 4 Phi-Einheiten auf der Krumbein-Phi-Skala. Andere Geologen definieren Schluff als detritische Partikel zwischen 2 und 62 Mikrometern oder 9 bis 4 Phi-Einheiten. Eine dritte Definition besagt, dass Schluff feinkörniges Detritusmaterial ist, das eher aus Quarz als aus Tonmineralen besteht. Da die meisten Tonmineralpartikel kleiner als 2 Mikrometer sind, während die meisten Detrituspartikel zwischen 2 und 62 Mikrometer Größe aus gebrochenen Quarzkörnern bestehen, besteht in der Praxis eine gute Übereinstimmung zwischen diesen Definitionen. ⓘ
Die obere Größengrenze von 1/256 mm oder 62 Mikrometer entspricht den kleinsten Partikeln, die mit bloßem Auge erkennbar sind. Sie entspricht auch einer Tanner-Lücke in der Verteilung der Partikelgrößen in Sedimenten: Partikel mit einer Größe zwischen 120 und 30 Mikrometern sind in den meisten Sedimenten kaum vorhanden, was darauf hindeutet, dass die Unterscheidung zwischen Sand und Schluff eine physikalische Bedeutung hat. Wie bereits erwähnt, entspricht die untere Grenze von 2 bis 4 Mikrometern dem Übergang von Partikeln, die überwiegend aus gebrochenen Quarzkörnern bestehen, zu Partikeln, die überwiegend aus Tonmineralen bestehen. ⓘ
Assallay und seine Mitarbeiter unterteilen den Schluff außerdem in drei Größenbereiche: C (2-5 Mikrometer), der postglaziale Tone und Wüstenstaub repräsentiert; D1 (20-30 Mikrometer), der den "traditionellen" Löss repräsentiert; und D2 (60 Mikrometer), der den sehr groben nordafrikanischen Löss repräsentiert. ⓘ
Schluff lässt sich in der Praxis von Ton durch seine mangelnde Plastizität oder Kohäsion und durch seine Korngröße unterscheiden. Schluffkörner sind so groß, dass sie sich körnig anfühlen, vor allem, wenn eine Probe zwischen die Zähne genommen wird. Partikel in Tongröße fühlen sich zwischen den Zähnen glatt an. Die Anteile von grobem und feinem Schluff in einer Sedimentprobe werden im Labor mit der Pipettenmethode genauer bestimmt, die auf der Absetzgeschwindigkeit über das Stokes'sche Gesetz beruht und entsprechend die Korngrößenverteilung angibt. Die mineralische Zusammensetzung der Schluffpartikel kann mit einem petrographischen Mikroskop bis zu einer Korngröße von 10 Mikrometern bestimmt werden. ⓘ
Vadose-Schluff sind schluffgroße Kalzitkristalle, die in Porenräumen und Klüften von Kalkstein vorkommen. Er wird abgelagert, wenn Sediment durch die vadose Zone transportiert wird und sich in den Porenräumen ablagert. ⓘ
Definitionen
Die Korngröße Schluff bzw. Silt ist durch die Norm EN ISO 14688 definiert, die 2002 die DIN 4022 abgelöst hat. Unterteilt wird hierbei in Fein-, Mittel- und Grobschluff. ⓘ
| Schluff (Silt) (U/Si) |
Grobschluff (gU/CSi) | 0,02 bis 0,063 mm ⓘ |
| Mittelschluff (mU/MSi) | 0,0063 bis 0,02 mm | |
| Feinschluff (fU/FSi) | 0,002 bis 0,0063 mm |
Da bei der Korngrößenanalyse eines Sedimentes oder Bodens im Labor die Abtrennung der Silt- von der Tonfraktion sowie die Trennung der Unterfraktionen der Siltfraktionen aufgrund der geringen Korngrößen nicht durch Sieben erfolgen kann, sondern durch Schlämmen erfolgen muss, werden Ton- und Siltpartikel in diesem Zusammenhang unter dem Begriff Schlämmkorn verstanden. ⓘ
Die international zur Einteilung der Sedimente verwendete Wentworth-Skala basiert auf dem Logarithmus zur Basis 2, die Klassifikation nach EN ISO bzw. DIN dagegen auf dem dekadischen Logarithmus. Damit erreichen die letztgenannten Normen, dass auf einer logarithmischen Korngrößenskala die Abstände im wichtigen Bereich von 0,002 bis 20 mm gleich sind. Als Konsequenz weichen die Grenzen der Kornklassen der beiden Systeme voneinander ab. Nach der Wentworth-Skala hat der Silt eine Korngröße von 0,004 bis 0,063 mm (gerundet). Daher ist bei Verwendung von Literatur aus unterschiedlichen Quellen auf das jeweilig zugrunde liegende Bezugssystem zu achten. ⓘ
ASTM American Standard of Testing Materials: 200er-Sieb - 0,005 mm. ⓘ
USDA United States Department of Agriculture (Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten) 0,005 - 0,002 mm. ⓘ
Bauingenieure in den Vereinigten Staaten definieren Schluff als Material, das aus Partikeln besteht, die ein 200er-Sieb (0,074 mm oder weniger) passieren, aber in nassem Zustand wenig plastisch sind und bei Lufttrocknung wenig Kohäsion aufweisen. Die International Society of Soil Science ISSS definiert Schluff als Boden, der zu 80 % oder mehr aus Partikeln mit einer Größe zwischen 0,002 mm und 0,02 mm besteht, während das US-Landwirtschaftsministerium die Grenze bei 0,05 mm ansetzt. Der Begriff Schluff wird auch informell für Material verwendet, das viel Sand und Ton sowie schluffige Partikel enthält, oder für in Wasser suspendierten Schlamm. ⓘ
Vorkommen
Schluff ist ein sehr häufig vorkommendes Material, und es wird geschätzt, dass es weltweit eine Milliarde Billionen Billionen (1033) Schluffkörner gibt. Schlick ist in äolischen und alluvialen Ablagerungen, einschließlich Flussdeltas wie dem Nil- und Nigerdelta, reichlich vorhanden. Bangladesch ist größtenteils von Schlickablagerungen des Ganges-Deltas bedeckt. Schlamm ist auch in Nordchina, Zentralasien und Nordamerika reichlich vorhanden. In den tropischen Regionen der Welt ist Schlick jedoch relativ selten. ⓘ
Schlick findet sich häufig in Suspension im Flusswasser und macht mehr als 0,2 % des Flusssandes aus. Er ist in der Matrix zwischen den größeren Sandkörnern von Grauwacken reichlich vorhanden. Moderner Schlamm hat einen durchschnittlichen Schlickgehalt von 45 %. Schluff kommt im Schlammgestein häufig in Form von dünnen Lamellen, als Klumpen oder über das gesamte Gestein verstreut vor. Lamellen deuten auf eine Ablagerung in einer schwachen Strömung hin, die den Schlick aus Ton herauswäscht, während Klumpen auf einen Ursprung als Fäkalienpellets hindeuten. Ist der Schlick im gesamten Schlammgestein verstreut, wurde er wahrscheinlich durch schnelle Prozesse wie Ausflockung abgelagert. Sedimentgestein, das hauptsächlich aus Schluff besteht, wird als Schluffstein bezeichnet. ⓘ
Schluff kommt in allen geologischen Schichten vor, scheint aber besonders häufig in Formationen des Quartärs aufzutreten. Dies mag daran liegen, dass die Ablagerung von Schluff durch die für das Quartär charakteristischen Vergletscherungen und arktischen Bedingungen begünstigt wurde. Schluff wird manchmal auch als Gesteinsmehl oder Gletschermehl bezeichnet, vor allem wenn er durch Gletscheraktivität entstanden ist. Schlick, der in Gletscherwasser suspendiert ist, wird manchmal auch als Steinmilch oder Mondmilch bezeichnet. ⓘ
Quellen
Eine einfache Erklärung für die Bildung von Schluff ist, dass es sich um eine einfache Fortsetzung der Zersetzung von Gestein in Kies und Sand in kleinerem Maßstab handelt. Das Vorhandensein einer Tanner-Lücke zwischen Sand und Schluff (ein Mangel an Partikeln mit einer Größe zwischen 30 und 120 Mikrometern) deutet jedoch darauf hin, dass Sand und Schluff durch unterschiedliche physikalische Prozesse entstehen. Die Mechanismen der Schlickbildung wurden im Labor eingehend untersucht und mit Feldbeobachtungen verglichen. Diese zeigen, dass die Bildung von Schluff energiereiche Prozesse erfordert, die über lange Zeiträume hinweg ablaufen, aber solche Prozesse gibt es in verschiedenen geologischen Umgebungen. ⓘ
Quarzschluffkörner haben in der Regel eine plattige oder blättrige Form. Dies kann charakteristisch für den Abrieb größerer Körner sein, die Form kleiner Quarzkörner in schichtförmigem metamorphem Gestein widerspiegeln oder durch authigenes Wachstum von Quarzkörnern parallel zur Schichtung in Sedimentgestein entstehen. Theoretisch neigen Partikel, die durch zufälliges Brechen eines isotropen Materials wie Quarz entstehen, natürlich zur Klingenform. Die Größe von Schluffkörnern, die durch Abrieb oder Zertrümmerung größerer Körner entstehen, kann Defekte in der Kristallstruktur des Quarzes, so genannte Moss-Defekte, widerspiegeln. Solche Defekte werden durch tektonische Verformung des Muttergesteins verursacht und entstehen auch durch den Hoch-Tief-Übergang von Quarz: Quarz erfährt eine starke Volumenabnahme, wenn er unter eine Temperatur von etwa 573 °C (1.063 °F) abkühlt, was zu Verformungen und Kristalldefekten in den Quarzkörnern in einem abkühlenden Granitkörper führt. ⓘ
Zu den Mechanismen der Schluffbildung gehören:
- Erosion von ursprünglich schluffgroßen Körnern aus niedriggradigem metamorphem Gestein.
- Bildung von Schluffkörnern durch Zerbrechen größerer Körner während der anfänglichen Gesteinsverwitterung und Bodenbildung durch Prozesse wie Frostsprengung und Haloklastie. Dabei entstehen Schluffpartikel, deren Größe von 10-30 Mikrometern durch Moss-Defekte bestimmt wird.
- Bildung von Schluffkörnern durch Aufprall von Korn zu Korn während des Transports von gröberen Sedimenten.
- Bildung von authigenem Quarz bei der Verwitterung zu Ton.
- Kristallisation von Tests kieselsäurehaltiger Organismen, die im Schlammgestein abgelagert wurden. ⓘ
Laborexperimente haben widersprüchliche Ergebnisse in Bezug auf die Wirksamkeit der verschiedenen Mechanismen der Schlickbildung erbracht. Dies könnte auf die Verwendung von Quarz aus Adern oder Pegmatit in einigen der Experimente zurückzuführen sein. Beide Materialien bilden sich unter Bedingungen, die ein ideales Kristallwachstum begünstigen, und weisen möglicherweise nicht die Moss-Fehler der Quarzkörner in Graniten auf. Daher ist die Herstellung von Schluff aus Quarz aus Adern sehr schwierig, während die Herstellung von Schluff aus Granitquarz durch eine Reihe von Mechanismen leicht möglich ist. Der Hauptprozess ist jedoch wahrscheinlich die Abtragung durch den Transport, einschließlich fluvialer Zerkleinerung, äolischer Abnutzung und glazialer Zerkleinerung. ⓘ
Da Schlickablagerungen (wie z. B. Löß, ein Boden, der hauptsächlich aus Schlick besteht) offenbar mit vergletscherten oder gebirgigen Regionen in Asien und Nordamerika in Verbindung gebracht werden, wurde dem Gletscherschliff als Quelle des Schlicks große Bedeutung beigemessen. Hochasien gilt als wichtiger Schlickproduzent, der die fruchtbaren Böden Nordindiens und Bangladeschs sowie den Löss Zentralasiens und Nordchinas bildete. Lange Zeit wurde angenommen, dass Löss in Wüsten ohne nahe gelegene Gebirge (Sahara, Australien) nicht oder nur selten vorkommt. Laborexperimente haben jedoch gezeigt, dass äolische und fluviale Prozesse ebenso wie die Verwitterung in tropischem Klima sehr effizient zur Bildung von Schluff beitragen können. Schlick scheint in großen Mengen in Staubstürmen produziert zu werden, und die Schlickablagerungen in Israel, Tunesien, Nigeria und Saudi-Arabien können nicht auf die Vereisung zurückgeführt werden. Darüber hinaus sind Wüstengebiete in Asien für die Lößbildung möglicherweise wichtiger als bisher angenommen. Ein Teil des Problems könnte darin bestehen, dass hohe Produktionsraten mit Umgebungen in Verbindung gebracht werden, die für die Ablagerung und Erhaltung von Löss förderlich sind, was eher Gletscherklimate als Wüsten begünstigt. ⓘ
Löß, der mit Vergletscherung und kalter Verwitterung in Verbindung gebracht wird, kann von Löß, der mit heißen Regionen in Verbindung gebracht wird, durch seine Größenverteilung unterschieden werden. Glazialer Löss hat eine typische Partikelgröße von etwa 25 Mikrometern. Wüstenlöß enthält entweder größere oder kleinere Partikel, wobei der feine Schluff, der bei Staubstürmen entsteht, und die grobe Schlufffraktion möglicherweise den Feinpartikelrest der Sandproduktion darstellen. ⓘ
Der Einfluss des Menschen
Löss liegt unter einigen der produktivsten landwirtschaftlichen Flächen weltweit. Allerdings ist er sehr anfällig für Erosion. Die Quarzpartikel im Schlick liefern selbst keine Nährstoffe, aber sie sorgen für eine hervorragende Bodenstruktur, und die in kleineren Mengen vorhandenen Schlickpartikel anderer Mineralien liefern die notwendigen Nährstoffe. Der von den jährlichen Überschwemmungen entlang des Nils abgelagerte Schlamm schuf den reichen, fruchtbaren Boden, der die altägyptische Zivilisation ernährte. Durch die Schließung des Assuan-Hochdammes ist diese Schlammquelle versiegt, und die Fruchtbarkeit des Nildeltas nimmt ab. ⓘ
Löß neigt dazu, bei Nässe an Festigkeit zu verlieren, was zum Versagen von Gebäudefundamenten führen kann. Das schluffige Material hat eine offene Struktur, die bei Nässe zusammenbricht. Schnelllehm (eine Kombination aus sehr feinem Schluff und lehmartigen Partikeln aus dem Gletscherschliff) stellt eine besondere Herausforderung für den Tiefbau dar. ⓘ
Das Versagen des Teton-Damms wurde auf die Verwendung von Löss aus der Snake River-Aue im Kern des Damms zurückgeführt. Löss hat nicht die nötige Plastizität für den Einsatz in einem Dammkern, aber seine Eigenschaften waren selbst für das U.S. Bureau of Reclamation mit seiner großen Erfahrung im Bau von Erddämmen nur unzureichend bekannt. ⓘ
Schlamm ist aufgrund seiner mangelnden Plastizität anfällig für Verflüssigung bei starken Erdbeben. Dies hat Bedenken hinsichtlich des Schadenspotenzials der schluffigen Böden im Zentrum der Vereinigten Staaten im Falle eines schweren Erdbebens in der seismischen Zone von New Madrid geweckt. ⓘ
Auswirkungen auf die Umwelt
Schlick lässt sich leicht im Wasser transportieren und ist fein genug, um in Form von Staub über weite Strecken durch die Luft getragen zu werden. Während sich die gröbsten Schlickpartikel (60 Mikrometer) in nur fünf Minuten aus einem Meter stehendem Wasser absetzen, kann es mehrere Tage dauern, bis sich die feinsten Schlickkörner (2 Mikrometer) aus stehendem Wasser absetzen. Wenn Schlick als Verunreinigung im Wasser auftaucht, wird das Phänomen als Verschlammung bezeichnet. ⓘ
Der Schlamm, den der Mississippi im Laufe des 20. Jahrhunderts abgelagert hat, ist durch ein System von Dämmen zurückgegangen, was zum Verschwinden der schützenden Feuchtgebiete und Barriereinseln in der Deltaregion um New Orleans beigetragen hat. ⓘ
Im Südosten Bangladeschs, im Distrikt Noakhali, wurden in den 1960er Jahren Querdämme gebaut, wodurch der Schlamm allmählich neues Land, die so genannten "Chars", bildete. Der Bezirk Noakhali hat in den letzten 50 Jahren mehr als 73 Quadratkilometer Land gewonnen. Mit niederländischer Unterstützung begann die Regierung von Bangladesch Ende der 1970er Jahre mit der Erschließung älterer Chars. Seitdem werden im Rahmen des Programms Straßen, Durchlässe, Dämme, Zyklonschutzbauten, Toiletten und Teiche gebaut und Land an Siedler verteilt. Bis Herbst 2010 werden im Rahmen des Programms rund 100 Quadratkilometer Land an 21 000 Familien vergeben. ⓘ
Eine Hauptquelle für den Schlamm in städtischen Flüssen ist die Störung des Bodens durch Bautätigkeiten. In ländlichen Flüssen ist die Erosion durch das Pflügen von Feldern, das Abholzen oder die Brandrodung von Wäldern die Hauptursache. ⓘ
Kultur
Der fruchtbare schwarze Schlamm an den Ufern des Nils ist ein Symbol der Wiedergeburt und wird mit dem ägyptischen Gott Anubis in Verbindung gebracht. ⓘ
Korngrößenbestimmung im Gelände
Schluffkörner sind so klein, dass sie weder mit dem bloßen Auge noch mit der Lupe einzeln auflösbar sind. Eine Unterscheidung zwischen Schluff- und Tonpartikeln ist daher optisch im Gelände nicht möglich. Allerdings gilt, dass aufgrund der speziellen Eigenschaften der jeweiligen Minerale Schluffpartikel in der Regel aus relativ harten Mineralen, meist Quarz, bestehen, während Tonpartikel aus den viel weicheren Tonmineralen bestehen. Bei der provisorischen Untersuchung von schwach bis moderat verfestigten Sedimentgesteinen während der geologischen und bodenkundlichen Gelände- und Feldarbeit kann daher eine Unterscheidung von Schluffstein oder schluffigem Tonstein und reinem Tonstein durch die Knirschprobe erfolgen. Hierbei wird ein sehr kleines Eckchen des betreffenden Gesteins abgebissen und gekaut. Ein charakteristisches Knirschen des Gesteins zwischen den Zähnen zeigt das Vorhandensein von Schluff im beprobten Gestein an. ⓘ
Die Abgrenzung von schluffigen zu tonigen Feinböden bzw. unverfestigten Sedimenten erfolgt im Gelände mittels Fingerprobe. Anders als relativ reiner Ton ist feuchter Schluff oder schluffreicher Ton zwischen den Fingern nur mäßig formbar. Außerdem wird durch die größere Korngröße das Licht diffuser reflektiert, so dass das Material beim Verreiben zwischen den Fingerkuppen nicht fettig glänzt, wie es für relativ reinen Ton typisch ist. ⓘ
Klassifikation schluffhaltiger Sedimente
Alle klastischen Sedimente, deren Körner mehrheitlich (> 50 %) im Größenbereich von Schluff bzw. Silt liegen, werden als Schluffe bzw. Silte bezeichnet. Je nachdem, welche der Schluff-Korngröße dominiert, kann analog zu den entsprechenden Korngrößenbezeichnungen zwischen Fein-, Mittel- und Grobschluffen unterschieden werden. Fein- und Mittelschluffe gehören gemeinsam mit den Tonsedimenten zu den Peliten, Grobschluffe werden gemeinsam mit den Sanden zu den Psammiten gerechnet. In Sedimenten mit hohem Ton- und Schluffanteil sind nomenklatorische Abstufungen wie Schluffton (Ton dominiert noch), Tonschluff (Schluff dominiert schon) und toniger Schluff (Schluff dominiert deutlich) möglich. ⓘ
Ein relativ stark verfestigtes klastisches Sedimentgestein, das überwiegend aus schluffigem Korn besteht, wird als Schluffstein (Siltstein) bezeichnet. In der englischen Nomenklatur werden alle klastischen Sedimentgesteine, in denen Korngrößen unterhalb der von Feinsand dominieren, als Mudstones oder Mudrocks („Schlamm[ge]steine“) zusammengefasst. ⓘ
Feinkörnige, dichte Karbonatgesteine können als Kalkschluff, Dolomitschluff usw. klassifiziert werden, wobei zu beachten ist, dass Karbonatpartikel dieser Größenordnungen in aller Regel nicht klastisch sind, sondern im Ablagerungsraum („in situ“) durch Organismen erzeugt werden (Bioerosion, aktive Abscheidung von Kalziumkarbonat durch Einzeller), wenngleich natürlich eine nachträgliche Umlagerung dieser Partikel stattfinden kann. ⓘ