Sedimenttillväxt och sentida lagerföljder i havsvikar, havsbäcken, vattenreservoarer och sjöar

Huvudparten av det av floderna transporterade fasta materialet avlagras vid flodernas mynningsområden i sjöar och hav och på våtmarker av flodplanskaraktär, där avtagande strömhastighet och förekomst av vegetation gynnar sedimentationen. Vid inblandning av havsvatten påskyndas sedimentationen dessutom genom flockning av lerpartiklar. De fysikaliska, kemiska och biologiska processernas karaktär och aktivitet reglerar bildningen, depositionen och omlagringen av sediment och därigenom också de avlagrade sedimentskiktens sammansätttning och strukturella uppbyggnad.

Schematiskt kan sedimenten delas in i icke kohesiva respektive kohesiva avlagringar med bioturberad (kaotisk) eller laminerad (skiktad) struktur och med varierande organisk halt och konsolideringsgrad. De icke kohesiva sedimenten, d.v.s. företrädesvis avlagringar av sand och grövre material, förekommer främst i dynamiskt energirika, ofta strandnära vattenmiljöer, där bottenvattnet har kort uppehållstid. Dessa sediment är därför i regel oxiderade, har låg organisk halt och en primärt hög hårdhetsgrad, som tilltar relativt måttligt med ökat belastningstryck. På djupareoch dynamiskt energifattigare bottnar dominerar de finkorniga, vanligen kohesiva, siltiga-leriga avlagringarna. Förekomsten av recenta bioturbationsstrukturer indikerar god syretillgång och förekomst av grävande och slamslukande bottenfauna. Laminerade sedimentstrukturer, som är ett resultat av sedimenttillväxtens cykliska variation, bevaras om bioturbationen är eliminerad eller ringa p.g.a. syrebrist, ringa primärproduktion eller mycket snabb sedimenttillväxt. De finkorniga sedimentens kohesivitet och hårdhetsgrad är dock låg om den organiska halten är hög. Särskilt gäller detta för de gas- och gyttjerika stagnationssedimenten.

Delvis överlappande röntgenbilder av den övre delen av sedimentpropp 961 från ett djup (1983-08-11) av 28 m i Byfjorden, en förorenad fjord vid Sveriges västkust. Flera sedimentskikt i denna propp kan utnyttjas som tidsmarkörer, enär de innehåller muddermaterial från kända muddringsperioder.

Många flodmynningar och kuststräckor utgör viktiga farleder. För att möjliggöra trafik med större fartyg måste ibland muddringar och muddertippningar utföras i denna miljö, vilket illustreras ovan av mudderslamskikten i sedimentpropp 961 från Byfjorden. Ofta är de tippade muddermassornas hållfasthet låg. Förekomsten av underkonsoliderade och metastabila sedimentskikt i de tippade muddermassorna gynnar utglidningen av muddermaterial från tippningsplatserna och den åtföljande utbildningen av bottensökande suspensionsströmmar. Risken för omlagring av muddermassor är särtskilt stor om muddertippningen sker i dynamiskt energirika områden med bottnar av erosions- och transporttyp. Starkt förorenade muddermassor bör därför deponeras inom områden varifrån slamspridningen kan begränsas.

Cykliska och episodiska sedimentationsförlop registreras i lagerföljden, vilket exemplifieras av röntgenbilderna ovan. Dessa primära sedimentstrukturer kan emellertid komma att utplånas eller förvanskas genom erosion, bioturbation eller gasturbation. Lagerföljden består därför ofta av både primära och sekundära sedimentstrukturer.

Röntgenbild av den övre delen av sedimentpropp 523 (med angränsande bottenvattten) från ett djup av 74 m i den västra delen av Ålands Hav. Diskordansytan mellan det grovkorniga ytskiktet och de laminerade lerskikten nedanför markerar förekomsten av en avsevärd tidslucka i lagerföljden.

Som påpekades i filen "Erosion" och som exemplifieras av röntgenbilden ovan förekommer diskordansytor, indikerande tidsluckor i lagerföljden p.g.a.erosion i dynamiskt energirika bottenmiljöer. Särskilt längs grunda och branta bäckenpartier kan omfattande erosion och omlagring av sediment äga rum i samband med kraftigare stormar och utbildning av bottensökande suspensionsströmmar. I grunda, tidvis dynamiskt energirika bäckenpartier kan den upprepade sedimentomlagringen medföra att de primära sedimentstrukturerna utplånas. I djupare bäckenpartier kan sedimentskikten blandas genom bioturbation, särskilt om sedimenttillväxten är långsam. Årsvarviga, nutida sediment som återspeglar årsdtidsvariationer i sedimenttillväxt och i de avlagrade sedimentens sammansättning, vilket exemplifieras av röntgenbilderna nedan, påträffas därför främst i dynamiskt energifattiga bäckenpartier, där sedimenttillväxten är snabb eller där bottenvattnet permanent eller periodiskt är syrefritt.

Radiografisk jämförelse mellan de översta delarna av sedimentpropparna 894 och 995 från ett djup av 53 respektive 54 m i Baggensfjärden. Sedimentpropparna med angränsande bottenvatten transporterades och förvarades i upprätt läge och röntgenfotograferades, de övre delarna i stereo, innan sedimentpelaren pressades ut ur de rektangulära, 3 cm tjocka och 6 cm breda, genomskinliga provtagningsrören.

Jag dokumenterar (främst nutida och sentida) sedimentstrukturer genom röntgenfotografering av sedimentproppar (de översta partierna i stereo) innan propparna med angränsande bottenvatten pressas ut ur provtagningsrören, vilket exemplifieras av röntgenbilderna ovan. Vid stereofotografering paralellförflyttas sedimentproppen 65 mm (normala ögonavståndet) mellan exponeringarna. Röntgenbilden utgör en optisk databas, som kan kvantifieras med hjälp av densitometrisk metodik (X-ray densitometric methods). För att underlätta den kvantitativa utvärderingen av röntgenbildens information radiograferas en trappstegsformad aluminiumkil (bestående av 7 trappsteg) på samma film som sedimentpelaren. De täthetsrelaterade sedimentologiska parametrarnas variation med tilltagande sedimentdjup och beräknade på basis av röntgenfilmens svärtningsvariationer längs röntenbilden av en sedimentpropp, exemplifieras av tabell 558Xu (endast för den översta cm i sedimentpropp 558 från sjön Saggat).

Genom röntgenfotografering av upptagna sedimentproppar kan sedimentstrukturer ofta påvisas, som ej kan åskådliggöras på annat sätt.Den information, som röntgenbilden ger om sedimentens interna struktur, förenklar bestämningen av sedimentens egenskaper och underlättar tolkningen av sedimentationsmiljön och dess förändring. Stereobilder förbättrar bildtolkningen. Röntgenbildpar är därför ett viktigt tredimensionellt hjälpmedel vid detaljstudier av strukturgränser, speciellt i de vattenrika och organogena delarna av sedimenttäcket. De viktigaste komponenterna i den radiografiska och densitometriska teknik, som jag använder, illustreras av flödesdiagrammet nedan.

Flödesschema för den radiografiskt baserade sedimentanalysen. Modifierad efter Axelsson 1983 (Hydrobiologia 103).

Den datorstyrda, radiografiska sedimentanalysen är snabb, ger hög upplösning och är speciellt lämpad för analys av lösa, recenta sediment med låg volymvikt. Beräkningarna utgår från att adsorptionen av röntgenstrålning varierar med det radiograferade materialets täthet och atomnummer. Detta innebär att ju högre svärtningen är på röntgenfilmens röntgenbild desto lösare är det avbildade materialet. Förekomsten av små, mörka, runda fläckar på röntgenbilderna indikerar exempelvis anaeroba förhållanden och gasutveckling i de radiograferade sedimentpropparna.

Sedimenttillväxten kan antas variera med sedimenttillförseln, med avståndet från punktformiga, lineära och areella källor, med strömningsförhållanden, täthetsskiktning och bottentopografi och med de transporterade sedimentpartiklarnas egenskaper. Nyligen avlagrat, finkornigt material är ofta lättrörligt och kan därför eroderas och återuppslammas av ganska svaga strömmar. Så kallad sedimentfokusering som resultat av erosion, återuppslamning och vidaretransport från grundare till djupare områden är därför av stor betydelse för den rumsliga variationen i sedimenttillväxt. Som exempel kan nämnas att i Edsviken kan mer än 70 % av variationen i sedimenttillväxt förklaras av variationen i vattendjup. För bottenområden med s.k.markeringsskikt i huvudsak bestående av omlagrat muddermaterial, som i Byfjorden, är det viktigt att skilja mellan medelvärden och medianvärden vid beräkning av sedimenttillväxten. Det är också viktigt att beräkna den "torra" viktsmängden avlagrat material (Content of solids) per vald tidsenhet och inte enbart det lineära måttet på sedimenttillväxten eftersom det lineära måttet ändras med kompaktionen.

Genom jämförande radiografisk analys av sedimentproppar tagna vid skilda tillfällen i samma sedimentationsbäcken (se exemplet nedan) enhålles ett värdefullt basmaterial för bestämning av den pågående sedimenttillväxtens variation i tid och i rum liksom för tolkning av sedimentstrukturernas genes och funktion som miljöindikatorer.

Radiografisk jämförelse mellan de översta delarna av sedimentpropparna 740, 981 och 982 från Bråviken.

Provtagningsstationerna 740 och 981 var belägna ganska nära varandra och på ett vattendjup av 29 respektive 26 m. Avståndet mellan provtagningsstationerna 981 och 982 uppgick till 200 m men skillnaden i vattendjup var endast 0,2 m.

Vertikal variation i torr volymvikt och beräknad årlig sedimenttillväxt i den övre delen av sedimenntpropp 982 från Bråviken. Från Axelsson 2002, Geo-Marine Letters 21/4. (Se även röntgenbilden av den översta delen av sedimentpropp 982 ovan).

Den del av årsvarven, som hade den lägsta tätheten, var bildade under vintern och dessa varvpartier valdes därför, vilket framgår av täthetskurvan ovan, som gräns mellan de angivna "sedimentologiska" årtalen. Detta innebär att perioden för bildning av de angivna årsvarven kan vara någor längre eller kortare än 365 dagar. Sedimenttillväxten var hög vid provtagningsstation 982 men endast 7 % högre än vid provtagningsstation 981 för 6-års perioden 1978 -1983. För denna period uppgick medelvärdet för den årliga sedimenttillväxten, mätt som saltfri torrsubstans, till 8,6 kg/m² och medelvärdet för den årliga lineära sedimenttillväxten till 27,7 mm vid provtagningsstation 982. Det bör dock påpekas att för recenta sediment kommer de lineära värdena på sedimenttillväxten i regel att avta med tiden och särskilt med tilltagande belastningstryck p.g.a. fortsatt sedimenttillväxt.

Som framgår av röntgenbilderna och täthetskurvan ovan förenklar den radiografiska tekniken proppjämförelsen liksom analysen av sedimentens egenskaper och kvantifieringen av sedimenttillväxten. Se vidare Axelsson, V., 2002: Monitoring sedimentation by radiographic core-to-core correlation, Geo-Marine Letters 21/4.

Så kallade sedimentations-kompressions kurvor (Sedimentation-compression curves), som visar portalet i förhållande till det effektiva belastningstrycket, används för att illustrera och beräkna sedimentlagrens kompaktion. Jag använder den ackumulerade mängden torrsubstans i g/cm² till ett sedimentdjup på 10 cm som ett hårdhetsindex för klassificeringen av sjö-och havsbottnar.

Den radiografiska tekniken har också utnyttjats vid studier av sedimenttillväxten i vattenreservoarer, bl.a. för beräkning av den tillgängliga magasineringsvolymens förändring med tiden. Några exempel ges i den del av hemsidan, som har rubriken: "Röntgenbilder av sedimentproppar från tropiska vattenreservoarer".

Den av mig använda metodiken vid sedimentprovtagning, vid röntgenfotografering och vid analys av röntgenbilderna beskrivs i en manual, reviderad 1994 och baserad på Axelsson, V., 1992: X-ray radiographic techniques in studying sedimentary properties and reservoir sedimentation - A Manual. I Jansson, M. B. and Rodriguez, A. (Eds), Sedimentological studies in the Cachí reservoir, Costa Rica. UNGI, Rapport Nr 81. (Även på spanska.) Se vidare avsnittet: "Radiografisk analys av några valda sedimentproppar".

Tillbaka till min första sida.