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Hjulström Diagramm Das beschreibt die Stabilität von klastischen Sedimentablagerungen oder anderen Partikelakkumulatione

Hjulström-Diagramm

Das Hjulström-Diagramm beschreibt die Stabilität von klastischen Sedimentablagerungen oder anderen Partikelakkumulationen (z. B. Regolith bzw. Boden) hinsichtlich der Fließgeschwindigkeit von Wasser. Es ist ein doppellogarithmisches empirisch gewonnenes Diagramm mit der mittleren Korngröße d auf der Abszisse und der mittleren Geschwindigkeit v auf der Ordinate. Das Hjulström-Diagramm zeigt somit den Zusammenhang zwischen Korngröße und Fließgeschwindigkeit. Es ist nach dem schwedischen Geographen Filip Hjulström (1902–1982) benannt.

Hjulström-Diagramm

Aufbau und Aussage Bearbeiten

Das Diagramm ist durch zwei Kurven, die sogenannten Grenzgeschwindigkeiten oder kritischen Geschwindigkeiten, in drei Felder geteilt:

Grundsätzlich folgt aus dem Diagramm:

  • Die Fließgeschwindigkeit v, die für die Erosion eines Korns bzw. Partikels nötig ist, ist stets größer als die Fließgeschwindigkeit, die nötig ist, diesen Partikel nicht zur Ablagerung kommen zu lassen (in Suspension zu halten).
  • Je höher die Fließgeschwindigkeit, desto größer kann das transportierte Korn (d) sein (v ist direkt proportional zu d)
  • Je kleiner der Korndurchmesser d, umso geringer ist die notwendige Fließgeschwindigkeit v, um Erosion herbeizuführen. Aber: Unter einem Korndurchmesser von 0,3 mm nimmt die Kohäsion zwischen den Partikeln zu und damit die für die Erosion erforderliche Fließgeschwindigkeit. Sobald solche Partikel aber erodiert sind, bleiben sie umso länger in Suspension. Das Feld „Transport“ ist für die kleinsten Korngrößen daher am größten.

Zu beachten ist, dass mittlere Fließgeschwindigkeit und mittlere Korngröße nur Ersatzgrößen für alle auf ein Partikel wirkenden Kräfte sind. Wichtige Einflussfaktoren auf die Stabilität von Partikelakkumulationen sind die Rauigkeit der Oberfläche, die Kohäsion zwischen den einzelnen Partikeln und die Gewichtskraft eines einzelnen Partikels. Alle diese Faktoren sind jedoch wenigstens teilweise durch den Hulström’schen Ansatz berücksichtigt, denn die Oberflächenrauigkeit und die Gewichtskraft korrelieren positiv mit der Korngröße, die Kohäsion korreliert negativ mit der Korngröße. Das heißt, auch wenn es allein nicht alle exogenen Prozesse unter Mitwirkung flüssigen Wassers erklären kann, so spiegelt das Diagramm dennoch relativ genau die beobachteten Abhängigkeiten der Erosion, des Transports und der Sedimentation von Fließgeschwindigkeit und Korngröße wieder.

Modifikationen Bearbeiten

Zasada-Diagramm Bearbeiten

Das „Zasada-Diagramm“ vergleicht die Stabilitätsbereiche von klastischen Sedimentablagerungen in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit auf Erde und Mars.

Das „Zasada-Diagramm“ illustriert, wie auch das Hjulström-Diagramm, den Zusammenhang zwischen mittlerer Korngröße und durchschnittlicher Fließgeschwindigkeit hinsichtlich der Prozesse Erosion, Transport und Sedimentation, jedoch in Abhängigkeit von der Gravitation. Entwickelt wurde es für den Vergleich der Transport- und Sedimentationsbedingungen auf Erde und Mars. Der mathematische Ansatz, der dem Diagramm zugrunde liegt, lässt sich zwar prinzipiell auf alle übrigen terrestrischen Planeten extrapolieren, jedoch ist bislang nicht nachgewiesen, dass oberflächenformende Prozesse durch flüssiges Wasser überhaupt noch auf weiteren Objekten im Sonnensystem auftraten oder sogar rezent auftreten.

Das Zasada-Diagramm verdeutlicht, dass die landschaftsprägenden Erosions- und Sedimentationsprozesse stark von der Gravitation eines Planeten beeinflusst werden: Ähnliche Strukturen auf Erde und Mars gehen auf jeweils unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflussraten während der Ablagerung zurück. Dies lässt Rückschlüsse auf die geologische Geschichte des Mars zu: Weil die Strömungsgeschwindigkeit auf dem Mars geringer sein darf, um gleiche Strukturen wie auf der Erde zu erschaffen, und weil die Strömungsgeschwindigkeit generell direkt proportional der Durchflussrate ist, besteht die Möglichkeit, dass der Mars in seiner Vergangenheit weniger Wasser besaß, als es seine heutigen Stromtäler und Delta-Strukturen zunächst vermuten lassen.

Shields-Diagramm Bearbeiten

Das Shields-Diagramm beschreibt die Übergangszone zwischen Ruhe und Bewegung von Sand und Kies in einem Flussbett. Im Original-Shields-Diagramm ist dabei die kritische Strömungsintensität über die sedimentologische Reynoldszahl aufgetragen.

Im modifizierten Shields-Diagramm ist die kritische Strömungsintensität über der dimensionslosen Korngröße aufgetragen.

Literatur Bearbeiten

  • Frank Ahnert: Einführung in die Geomorphologie (= UTB für Wissenschaft. Geowissenschaften, Geologie. Band 8103). 4. Auflage. Ulmer, Stuttgart 2009, ISBN 978-3-8001-2907-2.
  • Filip Hjulström: Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris. In: Bulletin of the Geological Institute University of Uppsala, 25, Uppsala 1935, S. 221–527
  • David Knighton: Fluvial Forms and Processes. A new Perspective. Completely revised and updated edition. Arnold, London u. a. 1998, ISBN 0-340-66313-8.
  • Luna B. Leopold, M. Gordon Wolman, John P. Miller: Fluvial Processes in Geomorphology. Unabridged and unaltered Republication of the Work first published by W. H. Freeman and Company, San Francisco, in 1964. Dover Publishing, Mineola NY 1995, ISBN 0-486-68588-8.
  • Hans-Joachim Vollmers: Kritische Geschwindigkeiten und Schubspannungen. In: Hans-Burkhard Horlacher (Hrsg.): Belastung, Stabilisierung und Befestigung von Sohlen und Böschungen wasserbaulicher Anlagen. Vorträge zum Wasserbaukolloquium vom 16.03. bis 17.03.2000 (= Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen). H. 18. TU Dresden – Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik, Dresden 2000, ISBN 3-86005-243-8, S. 45–56 (baw.de [PDF; 3,1 MB]).
  • Patrick Zasada: Sortierung fluviatiler Sedimente auf terrestrischen Planeten in Abhängigkeit zur Gravitation. In: Zeitschrift für Geologische Wissenschaften. Band 41/42, Nr. 3, 2013, S. 167–183 (online).
  • Harald Zepp: Geomorphologie. Eine Einführung (= Grundriss allgemeine Geographie = UTB Geographie. Band 2164). 4., aktualisierte und erweiterte Auflage. Schöningh, Paderborn u. a. 2008, ISBN 978-3-506-97013-8.

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Das Hjulstrom Diagramm beschreibt die Stabilitat von klastischen Sedimentablagerungen oder anderen Partikelakkumulationen z B Regolith bzw Boden hinsichtlich der Fliessgeschwindigkeit von Wasser Es ist ein doppellogarithmisches empirisch gewonnenes Diagramm mit der mittleren Korngrosse d auf der Abszisse und der mittleren Geschwindigkeit v auf der Ordinate Das Hjulstrom Diagramm zeigt somit den Zusammenhang zwischen Korngrosse und Fliessgeschwindigkeit Es ist nach dem schwedischen Geographen Filip Hjulstrom 1902 1982 benannt Hjulstrom Diagramm Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau und Aussage 2 Modifikationen 2 1 Zasada Diagramm 2 2 Shields Diagramm 3 Literatur 4 WeblinksAufbau und Aussage BearbeitenDas Diagramm ist durch zwei Kurven die sogenannten Grenzgeschwindigkeiten oder kritischen Geschwindigkeiten in drei Felder geteilt Erosion Transport und SedimentationGrundsatzlich folgt aus dem Diagramm Die Fliessgeschwindigkeit v die fur die Erosion eines Korns bzw Partikels notig ist ist stets grosser als die Fliessgeschwindigkeit die notig ist diesen Partikel nicht zur Ablagerung kommen zu lassen in Suspension zu halten Je hoher die Fliessgeschwindigkeit desto grosser kann das transportierte Korn d sein v ist direkt proportional zu d Je kleiner der Korndurchmesser d umso geringer ist die notwendige Fliessgeschwindigkeit v um Erosion herbeizufuhren Aber Unter einem Korndurchmesser von 0 3 mm nimmt die Kohasion zwischen den Partikeln zu und damit die fur die Erosion erforderliche Fliessgeschwindigkeit Sobald solche Partikel aber erodiert sind bleiben sie umso langer in Suspension Das Feld Transport ist fur die kleinsten Korngrossen daher am grossten Zu beachten ist dass mittlere Fliessgeschwindigkeit und mittlere Korngrosse nur Ersatzgrossen fur alle auf ein Partikel wirkenden Krafte sind Wichtige Einflussfaktoren auf die Stabilitat von Partikelakkumulationen sind die Rauigkeit der Oberflache die Kohasion zwischen den einzelnen Partikeln und die Gewichtskraft eines einzelnen Partikels Alle diese Faktoren sind jedoch wenigstens teilweise durch den Hulstrom schen Ansatz berucksichtigt denn die Oberflachenrauigkeit und die Gewichtskraft korrelieren positiv mit der Korngrosse die Kohasion korreliert negativ mit der Korngrosse Das heisst auch wenn es allein nicht alle exogenen Prozesse unter Mitwirkung flussigen Wassers erklaren kann so spiegelt das Diagramm dennoch relativ genau die beobachteten Abhangigkeiten der Erosion des Transports und der Sedimentation von Fliessgeschwindigkeit und Korngrosse wieder Modifikationen BearbeitenZasada Diagramm Bearbeiten nbsp Das Zasada Diagramm vergleicht die Stabilitatsbereiche von klastischen Sedimentablagerungen in Abhangigkeit von der Fliessgeschwindigkeit auf Erde und Mars Das Zasada Diagramm illustriert wie auch das Hjulstrom Diagramm den Zusammenhang zwischen mittlerer Korngrosse und durchschnittlicher Fliessgeschwindigkeit hinsichtlich der Prozesse Erosion Transport und Sedimentation jedoch in Abhangigkeit von der Gravitation Entwickelt wurde es fur den Vergleich der Transport und Sedimentationsbedingungen auf Erde und Mars Der mathematische Ansatz der dem Diagramm zugrunde liegt lasst sich zwar prinzipiell auf alle ubrigen terrestrischen Planeten extrapolieren jedoch ist bislang nicht nachgewiesen dass oberflachenformende Prozesse durch flussiges Wasser uberhaupt noch auf weiteren Objekten im Sonnensystem auftraten oder sogar rezent auftreten Das Zasada Diagramm verdeutlicht dass die landschaftspragenden Erosions und Sedimentationsprozesse stark von der Gravitation eines Planeten beeinflusst werden Ahnliche Strukturen auf Erde und Mars gehen auf jeweils unterschiedliche Stromungsgeschwindigkeiten und Durchflussraten wahrend der Ablagerung zuruck Dies lasst Ruckschlusse auf die geologische Geschichte des Mars zu Weil die Stromungsgeschwindigkeit auf dem Mars geringer sein darf um gleiche Strukturen wie auf der Erde zu erschaffen und weil die Stromungsgeschwindigkeit generell direkt proportional der Durchflussrate ist besteht die Moglichkeit dass der Mars in seiner Vergangenheit weniger Wasser besass als es seine heutigen Stromtaler und Delta Strukturen zunachst vermuten lassen Shields Diagramm Bearbeiten Das Shields Diagramm beschreibt die Ubergangszone zwischen Ruhe und Bewegung von Sand und Kies in einem Flussbett Im Original Shields Diagramm ist dabei die kritische Stromungsintensitat uber die sedimentologische Reynoldszahl aufgetragen Im modifizierten Shields Diagramm ist die kritische Stromungsintensitat uber der dimensionslosen Korngrosse aufgetragen Literatur BearbeitenFrank Ahnert Einfuhrung in die Geomorphologie UTB fur Wissenschaft Geowissenschaften Geologie Band 8103 4 Auflage Ulmer Stuttgart 2009 ISBN 978 3 8001 2907 2 Filip Hjulstrom Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris In Bulletin of the Geological Institute University of Uppsala 25 Uppsala 1935 S 221 527 David Knighton Fluvial Forms and Processes A new Perspective Completely revised and updated edition Arnold London u a 1998 ISBN 0 340 66313 8 Luna B Leopold M Gordon Wolman John P Miller Fluvial Processes in Geomorphology Unabridged and unaltered Republication of the Work first published by W H Freeman and Company San Francisco in 1964 Dover Publishing Mineola NY 1995 ISBN 0 486 68588 8 Hans Joachim Vollmers Kritische Geschwindigkeiten und Schubspannungen In Hans Burkhard Horlacher Hrsg Belastung Stabilisierung und Befestigung von Sohlen und Boschungen wasserbaulicher Anlagen Vortrage zum Wasserbaukolloquium vom 16 03 bis 17 03 2000 Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen H 18 TU Dresden Institut fur Wasserbau und Technische Hydromechanik Dresden 2000 ISBN 3 86005 243 8 S 45 56 baw de PDF 3 1 MB Patrick Zasada Sortierung fluviatiler Sedimente auf terrestrischen Planeten in Abhangigkeit zur Gravitation In Zeitschrift fur Geologische Wissenschaften Band 41 42 Nr 3 2013 S 167 183 online Harald Zepp Geomorphologie Eine Einfuhrung Grundriss allgemeine Geographie UTB Geographie Band 2164 4 aktualisierte und erweiterte Auflage Schoningh Paderborn u a 2008 ISBN 978 3 506 97013 8 Weblinks BearbeitenFlashanimation des Hjulstrom Diagramms Hjulstrom Diagramm im Spektrum Lexikon der Geowissenschaften Online Version Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Hjulstrom Diagramm amp oldid 198738518