Quaternary Science Journal - Eine neue, einfache geröllmorphometrische Methode

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x

Eine neue, einfache geröllmorphometrische Methode ) Von G E R D LÜTTIG, H a n n o v e r

Mit 6 Abb. im Text S u m m a r y . Instead of CAILLEUX'S indices of pebble shape (rounding index, flatness index, dissymetry index), the measuring of which is still somewhat troublesome, the indices p (percen­ tage of convex parts of the boulder circumference according to SZADECZKY-KARDOSS 1 9 3 3 ) 71 = -g and a= J (L = length, E = thickness, 1 = breadth of the pebble grain) are proposed to future use. Q being taxed by the eye, the indices o and Jt are measured by assistance of a diagramm, which allows to state the height of a and JT at once. By this way the time of the measuring decreases to 5 1 , 6 % of the time needed for the CAILLEUX method, though the exactness of the new method is better than that of the old one.

R e s u m e . Au lieu des caracteristiques morphometriques: indice d'emousse —• indice d'aplatissement — indice de dissymetrie, introduits par ANDRE CAILLEUX, l'auteur propose une nouvelle methode pour la classification de la forme des galets. L'indices p (indice d'emousse suivant SZADECZKY-KARDOSS 1 9 3 3 ) TC =-=-'a= y ( L = longueur, l = largeur, E = grosseur du galet) sont evalues (g) ou mesures au moyen d'un diagramme (a, n). De cette maniere le temps pour le mesurage est diminue a 5 1 , 6 % de celui, qu'on a besoin suivant CAILLEUX, bien que le mesurage n'est pas plus inexact.

A. E i n l e i t u n g u n d Ü b e r b l i c k

über die CAILI.EUX

-Methode

I n d e n letzten J a h r e n haben zahlreiche geröllmorphoskopische u n d -morphometrische Arbeiten wesentlich z u r Aufhellung stratigraphischer P r o b l e m e besonders in der Q u a r ­ tär-Geologie, z u r Lösung morphologischer, paläoklimatologischer u n d sedimentpetrographischer Fragen beigetragen. U n t e r d e n b e n u t z t e n M e t h o d e n n i m m t in E u r o p a die v o n C A I L L E U X ( U . a. 1 9 5 1 ) entwickelte u n d v o n T R I C A R T ( 1 9 5 0 u. f.), P O S E R & H Ö V E R ­

MANN ( 1 9 5 1 u. f.), K O N R A D R I C H T E R ( 1 9 5 2 ,

1 9 5 4 ) u n d anderen Forschern

geförderte

wegen ihrer relativ praktischen H a n d h a b u n g die führende Rolle ein.

N a c h CAILLEUX sind z u r C h a r a k t e r i s i e r u n g d e r Geröllformen, die h i n w i e d e r u m w e ­ sentliche Rückschlüsse auf T r a n s p o r t u n d K l i m a gestatten, die folgenden Indizes ge­ eignet: I) d e r Z u r u n d u n g s i n d e x

7

2 r, i " ~r looo

II) d e r A b p l a t t u n g s i n d e x A.

-

LrJ

I I I ) d e r Dissymetrieindex Di

A

C L

iooo

D a b e i sind ri

= der R a d i u s d e r a m kürzesten gerundeten Ecke a m Geröll,

L

= die g r ö ß t e Länge des Gerölls,

1 E

= die g r ö ß t e Breite des Gerölls, gemessen in einer Ebene senkrecht zu L, = die g r ö ß t e Dicke des Gerölls, gemessen in einer Richtung senkrecht z u L u n d 1,

A C = der g r ö ß e r e d e r beiden Abschnitte auf L, die entstehen, w e n n m a n L durch d a s senkrecht stehende 1 teilt (vgl. A b b . 1 ) . ') Der DEUQUA am 4 . 9 . 1 9 5 5 in Laufen/Obb. auszugsweise vorgetragen.

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Gerd Lüttig

L

l

A

Abb. 1. Erklärungsfigur für die CAILLEUX-Methode, U b e r den W e r t d e r a r t i g e r Messungen, v o r allem, w e n n sie sich dicht über g a n z e P r o ­ file verteilen, geben die Arbeiten der C A i L L E U X - S c h u l e selbst beredtes Zeugnis, so d a ß es m ü ß i g w ä r e , diesen hier darzulegen. I n d e m M a ß e jedoch, in welchem sich die M e ­ thode verfeinert, wächst auch die Gefahr, d a ß der Forscher sie als alleiniges W e r k z e u g benutzt. Dies w ü r d e z u einer Vereinseitigung führen, die d e r Vieldeutigkeit q u a r t ä r ­ geologischer Erscheinungen, die eben n u r m i t vielen u n d nicht n u r m i t einer M e t h o d e geklärt w e r d e n k ö n n e n , nicht gerecht w i r d . Überlegungen z u r Vereinfachung d e r morphoskopischen M e t h o d e n h a t t e n ihren G r u n d d a r i n , d a ß das Messen u n d Ausrechnen der C A i L L E U X S c h e n Indizes noch ziemlich viel Zeit erfordert, o b w o h l doch diese M e t h o d e gegenüber a n d e r e n , z. B . d e n a m e r i k a ­ nischen, r e l a t i v einfach ist. Diesen A r b e i t s a u f w a n d h e r a b z u s e t z e n z u m W ohle vielseiti­ ger U n t e r s u c h u n g , für die d e r M o r p h o s k o p i k e r n u n frei w ü r d e , schien m i r ein lohnen­ des Ziel. D a b e i sollte nicht die alte M e t h o d e durch eine neue ersetzt w e r d e n , denn unserer Wissenschaft ist nicht m i t einer U n s u m m e v o n „ P r i v a t m e t h o d e n " für jeden M o r p h o m e t r i k e r gedient. Arbeiten über ein gleiches Sachgebiet müssen m i t e i n a n d e r ver­ gleichbar sein. Ich h a b e mich daher b e m ü h t , die neuen, schnell m e ß b a r e n Indizes so a u s z u w ä h l e n , d a ß , w e n n sie auch in keiner d i r e k t e n m a t h e m a t i s c h e n Beziehung z u den alten stehen, sie doch m i t diesen verglichen w e r d e n k ö n n e n , so d a ß die vorliegende L i ­ t e r a t u r für zukünftige Bearbeiter zugänglich bleibt. r

B. D i e n e u e

Methode

Die F o r m eines K o r n e s l ä ß t sich charakterisieren durch folgende W e r t e I) den A b r o l l u n g s g r a d g (nach S Z A D E C Z K Y - K A R D O S S

1933),

d. i. der P r o z e n t s a t z k o n v e x e r Teile am U m f a n g des Gerölls, I I ) den A b p l a t t u n g s w e r t n, d. i. das V e r h ä l t n i s L : E , E ausgedrückt in % v o n L , I I I ) d e n S y m m e t r i e w e r t a, d. i. das V e r h ä l t n i s L : 1, 1 ausgedrückt in % v o n L .

I. D a s M e s s e n v o n g, n u n d a D e r P r o z e n t s a t z k o n v e x e r Teile a m G e s a m t u m f a n g des Gerölles w i r d abgeschätzt.

Die d a d u r c h bedingte U n g e n a u i g k e i t w i r d v o n U n e i n g e w e i h t e n gewöhnlich überschätzt.

(Auf die Fehlergrenze beider, der neuen w i e der alten M e t h o d e w i r d weiter u n t e n ein­ gegangen). Geübte Beobachter bringen es bei der Bestimmung v o n g z u g r o ß e r V e r l ä ß ­ lichkeit. D e r subjektive F a k t o r ist, wie Vergleiche zwischen einer g r o ß e n A n z a h l v o n

Eine neue geröllmorphometrische Methode

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Beobachtern lehrten, relativ gering. W ä h r e n d g bei allen Gerollen bis z u r Grenze d e r optischen E r k e n n b a r k e i t in gleicher Weise gemessen w e r d e n k a n n u n d der Vergleich v o n Q einzelner F r a k t i o n e n wichtige Rückschlüsse gestattet (vgl. L Ü T T I G 1 9 5 4 ) , führt das Messen von Z i a n K ö r n e r n ( 1 0 m m zu sehr u n g e n a u e n Ergebnissen u n d ist in noch feineren K o r n g r ö ß e n ohne besondere Hilfsmittel n i d i t möglich.

100

Abb. 2 Abb. 3 Abb. 2. Lage des Gerölls zum Messen von n (oder a). Auf dem Strahl AB liegen alle Punkte mit gleichem L : 1 (oder L : E)-Verhältnis. — Abb.. 3. Strahlenfigur zum Messen von TI und a.

7i u n d a lassen sich mittels d e r in Abb. 3 dargestellten Strahlenfigur, die m a n sich leicht aus Millimeterpapier herstellen k a n n , d i r e k t ablesen. M a n legt d a z u das K o r n , will m a n a messen, auf die a b g e p l a t t e t e Seite, so d a ß also E in der Blickrichtung liegt.

L m u ß d a z u — kartographisch gedacht — in die N o r d - S ü d r i c h t u n g , 1 in die O s t - W e s t ­ richtung gebracht w e r d e n u n d „ N o r d - u n d W e s t p o l " des Kornes m i t d e m „ N o r d - b z w .

W e s t r a n d " der Figur abschneiden. Z u r Erleichterung dieser O p e r a t i o n bringt m a n a n der N o r d - u n d Westseite der F i g u r am besten einen rechtwinkligen Anlage-Schenkel (aus H o l z u. ä.) an. Noch besser ist, in diesem einen Schlitz freizulassen, durch den m a n z u r Begrenzung d e r „ O s t - u n d Südseite" des Gerölles ein rechtwinklig-zweischenkliges Stück Zelluloid o. ä. beweglich einführen k a n n . D a s Geröll w i r d n u n „östlich" u n d „nördlich" von z w e i Strichen des Millimeterpapiers ( b z w . dem Zelluloid-Schenkel) t a n ­ giert, die den Strecken L u n d 1 (oder E) gleich sind, w e n n sie sich im P u n k t e B (vgl.

A b b . 2) schneiden. Die Strecke A B in A b b . 2 entspricht n u n dem V e r h ä l t n i s L : 1 (oder L : E ) .

Diese V e r h ä l t n i s z a h l in eine P r o z e n t z a h l (I o d e r E ausgedrückt in °/o v o n L) u m z u ­ rechnen, bereitet keine Schwierigkeit. M a n k a n n sich n u n auf Millimeterpapier ein System v o n S t r a h l e n (in 5°/o-Abstufung) anlegen, wie das in A b b . 3 geschehen ist. Die Schnittpunkte v o n L u n d 1 (oder E) für die einzelnen Gerolle lassen sich in kurzer Zeit feststellen und erkennen, auf welchem °/o-Strahle sie liegen.

J e d e Rechenarbeit ist überflüssig geworden. Es empfiehlt sich, die Strahlenfigur ( A b b . 3 ) jeweils in 1 0 ° / o - G r u p p e n farbig anzulegen; das Ablesen der °/o-Zahlen w i r d d a d u r c h sehr erleichtert.

W i l l m a n n bestimmen, stellt m a n das Geröll so auf, d a ß die abgeplattete Seite der „West"seite der Strahlenfigur p a r a l l e l läuft u n d in d e r Aufsicht L als größte Län g e erscheint.

Gerd Lüttig

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I I . D i e B e z i e h u n g e n v o n g, n u n d a z u d e n CAILLEUX-Werten U m die Indizes der neuen M e t h o d e auch aus Messungen nach der C A i L L E u x - M e t h o d e errechnen zu können, w u r d e eine größere A n z a h l v o n Gerollen nach beiden V e r f a h r e n vermessen. Die dabei erhaltenen W e r t e w u r d e n graphisch z u e i n a n d e r in Beziehung ge­ setzt.

Abb. 4. Diagramm g : Z\ Die Beziehungen zwischen Z; u n d g sind, wie aus A b b . 4 ersichtlich ist, nicht sehr eng, w a s verständlich ist, d a die z u m Errechnen der beiden Indizes b e n u t z t e n G r ö ß e n verschieden sind (in Z; gehen n u n d L ein, g enthält keine d e r beiden G r ö ß e n ) . Bildet m a n die M i t t e l w e r t e v o n Zj im D i a g r a m m A b b . 4, so l ä ß t sich jedoch eine b r a u c h b a r e F u n k t i o n erkennen, die gestattet, Z; - W e r t e m i t einiger A n n ä h e r u n g in o umzurechnen.

Wesentlich enger sind die Beziehungen zwischen A; u n d n, da beide I n d i z e s ge­ meinsame G r ö ß e n besitzen.

100

0

I

1

1

1

1

I

I

I

I

1

1

1

1

1

1

r

1

1

I

I

l

I

I

I

I

l

I

S A\ TO Abb. 5. Diagramm n : Aj

1

:

I

1

I

15

Eine neue geröllmorphometrische Methode

17

Es ist verständlich, d a ß das Verhältnis L : 1 = o v o n keinem g r o ß e n Einfluß auf die Lage des P u n k t e s C ist, des P u n k t e s , an d e m sich L u n d 1 schneiden. Eine g r ö ß e r e A n ­ zahl v o n Messungen zeigt ( A b b . 6), d a ß m a n a jedoch a n n ä h e r n d in D; übersetzen k a n n u n d u m g e k e h r t , wenngleich z. B. der W e r t D; = 600 s o w o h l a — 6 0 % als auch o = 40°/o entsprechen k a n n . (Wahrscheinlich ist immer der a - W e r t ) 50°/o, d a langstengelige G e r o l l e — o ( 50°/o — seltener sind, als das D i a g r a m m 6 es vortäuscht, weil ausgesucht viel langstengelige Gerolle vermessen w e r d e n m u ß t e n , u m den V e r l a u f der o/Dj- K u r v e zu bestimmen.)

•X- • Abb. 6. Diagramm a : Dj M a n k a n n also — w e n n auch n u r bei n u n d Aj mit g r ö ß e r e r Genauigkeit — die neuen Indizes m i t C A i L L E U x ' s c h e n vergleichen u n d umgekehrt. D a z u dient T a b e l l e 1. o

z .

1

i•

A. l

o

D. l

0 0 0 15 0 1000 4 50 5 14 5 930 8 100 10 9 10 860 12 150 15 5,6 15 800 19 200 20 4,2 20 755 29 250 25 3,4 25 705 45 300 30 2,7 30 665 66 350 35 35 2,3 630 79 400 40 40 600 2,1 85 450 45 45 1,8 580 89 500 50 50 565 1,7 92 550 55 55 580 1,5 94 600 60 1,4 60 600 96 650 65 65 630 1,3 97 700 70 1,25 70 665 98 750 75 75 705 1,2 98 800 80 1,15 80 755 99 850 85 S5 800 1,1 99 900 90 1,05 90 860 99 950 95 1,03 95 930 100 1000 100 100 1000 1,0 Tabelle 1. Die sich entsprechenden Werte der neuen und der CAiLLEUx'schen Indizes.

2 Eiszeit und

Gegenwart

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Gerd Lüttig

D i e D i a g r a m m e 4—6 geben zugleich Aufschluß über die Z w e c k m ä ß i g k e i t der neuen Indizes.

Bezüglich g ist festzustellen, d a ß d a d u r c h der Bereich der Z\-Werte von 200—400, in dem die meisten fluviatilen G e r o l l e z u liegen pflegen, besser aufgeteilt w i r d als bei C A I L L E U X . D i e Verflachung der glZ\.Kurve bei Z\. W e r t e n v o n 500 ab ist o h n e Be­ lang, d a Gerolle m i t Z\ = 500, 600 usw. gewöhnlich diese W e r t e nicht einer geringeren R u n d u n g als Gerolle mit Zj = 900 oder 1000 v e r d a n k e n , s o n d e r n der Tatsache, d a ß sie ein größeres L : 1-Verhältnis h a b e n als diese. M i t a n d e r e n W o r t e n : Langstengelige, aber gut g e r u n d e t e (z. B. 100°/oig konvexe) Gerolle erhalten, m i ß t m a n g, die volle W ü r d i g u n g ihrer R u n d u n g , w ä h r e n d ihre möglicherweise von einer p r i m ä r e n Vorzeich­ n u n g (z. B. Klüftung, A b s o n d e r u n g des Gesteins usw.) h e r r ü h r e n d e Langstengeligkeit nicht bei g, s o n d e r n o Berücksichtigung findet.

W a s geschieht n u n mit g u t g e r u n d e t e n Flußschottern, die später periglazial ü b e r f o r m t w e r d e n ? Bei CAILLEUX w i r d die engste R u n d u n g gemessen u n d d a m i t die jüngere, p e r i ­ glaziale Geschichte des K o r n e s ü b e r b e w e r t e t , w ä h r e n d erst zusätzliche U n t e r s u c h u n g , z. B. Messung v o n r 2 , die ältere, fluviatile Geschichte des K o r n e s z u t a g e fördert. I n die Messung v o n g gehen beide Schicksalsabschnitte des K o r n e s ein. E i n e periglaziale Ü b e r ­ p r ä g u n g v o n Flußschottern w ü r d e im Profil durch sprunghaftes Zurückgehen des gDurchschnittswert.es sofort e r k a n n t werden, w e n n die E i n z e l p r o b e aus der Fließerde (o. ä.) für sich allein auch a n d e r s ausgedeutet w e r d e n k ö n n t e .

Beim Messen v o n Aj will C A I L L E U X die Langstengligkeit des Gerölls als nichts­ sagend für die A b p l a t t u n g eliminieren; das D i a g r a m m 5 zeigt, d a ß durch V e r n a c h l ä s ­ sigen v o n 1 beim Messen v o n n (es w i r d ja s p ä t e r bei o berücksichtigt) kein Schaden entsteht.

W a s n u n den D i s s y m m e t r i e i n d e x anbelangt, so ist der W e r t seiner Messung v e r h ä l t ­ nismäßig gering, d a die betreffenden W e r t e für die einzelnen „Geröllgemeinschaften" sich z u sehr überschneiden. W e n n in der vorliegenden U n t e r s u c h u n g Dj durch o ersetzt w i r d , so soll d a m i t nicht gesagt w e r d e n , d a ß a eine ausschlaggebende Bedeutung für die Beurteilung der klimatischen, sedimentpetrographischen etc. U m s t ä n d e z u r Zeit der E n t ­ stehung des Gerölls z u k o m m e n m u ß . Meines Erachtens ist jedoch d a s Verhältnis L : 1 für die C h a r a k t e r i s i e r u n g der K o r n f o r m wichtiger als eine Aussage d a r ü b e r , ob die dickste Stelle des Kornes sich oben, in der Mitte o d e r unten befindet.

C. V e r g l e i c h

beider

Methoden

und

bezüglich

Genauigkeit

Zeitaufwand

V o n der neuen M e t h o d e k ö n n e n n u r d a n n V o r t e i l e e r w a r t e t w e r d e n , w e n n sie ge­ n a u e r oder mindestens ebenso g e n a u wie die C A I L L E U X - M e t h o d e ist u n d die Messung weniger Zeit erfordert.

W a s die G e n a u i g k e i t a n b e l a n g t , so w i r d n i e m a n d an m o r p h o m e t r i s c h e M e t h o d e n astronomische M a ß s t ä b e anlegen. Verschiedene M o r p h o m e t r i k e r w e r d e n für ein u n d dasselbe Geröll immer e t w a s unterschiedliche W e r t e bestimmen. D a b e i gilt CAILLEUX'S M e t h o d e noch als sehr genau. W i e g r o ß der subjektive F a k t o r bei CAILLEUX u n d der neuen M e t h o d e ist, ergibt sich aus dem Vergleich v o n Messungen dreier verschiedener Personen a n 100 gleichen G e r o l l e n . Diese drei P e r s o n e n unterschieden sich bezüglich ihrer E r f a h r u n g e n auf m o r p h o m e t r i s c h e m Gebiet w i e folgt: A : v e r t r a u t mit der C A I L L E U X - u n d der neuen M e t h o d e , B : o h n e E r f a h r u n g in C A i L L E U X - M e s s u n g e n , v e r t r a u t mit d e m Messen v o n g, C : eingearbeitet mit der C A i L i . E u x - M e t h o d e , nicht v e r t r a u t m i t der neuen.

Eine neue geröllmorphometrische Methode Diese personen stimmten benötigte

19

V e r s u c h s a n o r d n u n g erscheint, o b w o h l natürlich eine größere A n z a h l v o n Test­ günstiger gewesen wäre, e i n i g e r m a ß e n objektiv. Alle drei T e s t p e r s o n e n be­ zugleich die z u m Messen d e r 100 (markierten) Gerolle in beiden M e t h o d e n Zeit. Die Ergebnisse des T e s t s gehen aus der T a b e l l e 2 h e r v o r . ) 2

Durchschnittliche A b w e i c h u n g vorn M i t t e l w e r t in A

B

/I

% GesamtDurchschnitt

f

18,4

20,2

20,1

19,6

A.

l

6,5

5,7

5,6

5,9

D.

12,1

8,2

10,6

10,3

Q

18,8

19,2

17,3

18,4

71

6,6

5,5

8,2

6,8

O

4,5

3,5

4,7

4,2

l

Z e i t a u f w a n d für die Messung der n e u e n M e t h o d e in % v o n der C v i L L E U x - M e t h o d e A

B

C

GesamtDurchschnitt

52,7

34,7

67,3

51,6

Tabelle 2. Fehlergrenze beider Methoden und Zeitaufwand der neuen Methode, ausgedrückt in % von der CAILLEUX-Methode.

In T a b e l l e 2 fällt auf, d a ß die durchschnittliche Abweichung v o m M i t t e l w e r t in % bei der n e u e n Methode bis auf n geringer ist als bei C A I L L E U X , wobei aber die G e n a u i g ­ keit der Messung v o n n durchaus g e n ü g t . W e n n bei Z ; u n d p noch 19,6 b z w . 18,4 A b ­ weichung v o m M i t t e l w e r t gemessen w u r d e n , so m u ß bei diesen „hohen" F e h l e r b e t r ä g e n bedacht w e r d e n , d a ß 1 8 , 4 % Abweichung ja bedeuten, d a ß A z. B. Q = 2 2 % m a ß , B 1 8 % , C 2 6 % ; das sind Unterschiede, die für morphometrische Zwecke o h n e weiteres t r a g b a r sind.

D e r Z e i t a u f w a n d der neuen M e t h o d e ist bestimmt m i t 5 1 , 6 % , also r u n d der Hälfte der Zeit, die für die C A i L L E U X - M e s s u n g e n benötigt w i r d . D a m i t e r w e i s e n s i c h d i e n e u e n I n d i z e s a l s im D u r c h s c h n i t t g e n a u e r u n d w e s e n t l i c h schneller meßbar.

D.

Zusammenfassung

Z u r C h a r a k t e r i s i e r u n g der F o r m eines Gerölles w e r d e n anstelle der C A i L L E U x ' s c h e n Indizes (Zj = Z u r u n d u n g s i n d e x , A; = A b p l a t t u n g s i n d e x , D; = D i s s y m e t r i e i n d e x ) die Größen o

( % - S a t z k o n v e x e r Teile a m U m f a n g des Gerölls; A b r o l l u n g s g r a d nach SZA­ DECZKY-KARDOSS)

2

7i

(Verhältnis v o n L = Länge z u E = Dicke, E ausgedrückt in % v o n L)

a

(Verhältnis v o n L zu 1 = g r ö ß t e Breite, 1 ausgedrückt in % v o n L)

) Den Herren H. Nowak und W. Strautz, Hannover, danke ich für freundlichst geleistete Meßarbeit.

Gerd Lüttig

23

vorgeschlagen. W ä h r e n d g abgeschätzt w i r d , k a n n m a n n u n d a an einer Strahlenfigur d i r e k t ablesen. D a d u r c h w i r d eine g r o ß e Zeitersparnis für die Messung gegenüber der C A i L L E U X - M e t h o d e ( Z e i t a u f w a n d der neuen 5 1 , 6 % der alten Methode) erzielt, obwohl die Meßgenauigkeit nicht geringer ist.

E.

Schriftenverzeichnis

CAILLEUX, A.: Morphoskopische Analyse der Geschiebe und Sandkörner und ihre Bedeutung für die Palaeoklimatologie. - Geol. Rdsch. 40, S, 5 - 1 3 , Stuttgart 1 9 5 1 .

LÜTTIG, G.: Klima und Tektonik des Pleistozäns von Northeim. - Eiszeitalter u. Gegenwart 4/5, S. 2 2 - 3 3 , Öhringen 1 9 5 4 .

POSER, H., & HÖVERMANN, J . : Untersuchungen zur pleistozänen Harz-Vergletscherung. - Abh. braunschw. wiss. Ges. 3 , S. 6 1 - 1 1 5 , Braunschweig 1 9 5 1 .

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Anschrift des Verf.: Dipl.-Geol. Dr. Gerd Lüttig, Hannover, Wiesenstr. 7 2 / 7 4 , Amt für Boden­ forschung.