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Abstract and Figures

The North and Baltic Sea Information System (NOKIS) has the goal to estab- lish an information infrastructure for the German coast, driven by metadata. The system is based on a metadata driven framework and provides a set of tools for handling and using coastal data. One of the tools to fi nd datasets is a gazetteer to search for information by toponyms. Beyond that, such a gazetteer-service should be made available as an independent service. As a technical base for implementing the NOKIS gazetteer, the gazetteer of the Alexandria Digital Library project, was selected. Additional characteristics were implemented for the special needs of a coastal gazetteer. The fast-chang- ing geomorphology necessitates that the representative geometrical extensions of toponyms are time-dependent. A multilingual concept supports dialects and the Frisian language. Toponyms and geometries were collected in the area of the Schleswig- Holstein Wadden Sea for testing the WEB-service. These are names of creaks, plates or sandbanks, actual names or historic toponyms. The compilation of geographic names and their spatial representation goes forward to provide a gazetteer service for the whole German coast until 2009.
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Andreas Vött und Helmut Brückner (Hrsg.)
Ergebnisse aktueller Küstenforschung
Beiträge der 26. Jahrestagung des Arbeitskreises
„Geographie der Meere und Küsten“
25. - 27. April 2008 in Marburg
MGS
I
Andreas Vött und Helmut Brückner (Hrsg.)
Ergebnisse aktueller Küstenforschung
Buchumschlag:
Das Titelfoto zeigt den nördlichen Bereich des Sundes von Leukas, einer der Ionischen Inseln in
Nordwestgriechenland. Der lagunenartige Sund ist durch einen nehrungsartigen Strandwall vom
offenen Ionischen Meer abgetrennt. Vom so genannten Kap Gyrapetra in die Lagune hineinra-
gend ist ein ca. 1,2 km langer Überspülfächer zu sehen, der aus kiesigen und sandigen, schill-
reichen Sedimenten aufgebaut ist, die abrupt auf dem feinkörnigen Lagunenschlamm abgelagert
wurden. Der Fächer lässt sich auch unter Wasser weiterverfolgen. Dort sind die ihn aufbauenden
Sedimente von Lagunenablagerungen überdeckt worden, was auf einen zwischenzeitlichen An-
stieg des Meeresspiegels schließen lässt. Sowohl die Form als auch der sedimentologische Auf-
bau des Fächers weisen auf einen tsunamigenen Ursprung hin. Rund 20 km vor der Küste be n-
det sich die seismo-tektonisch höchst aktive Zone des Hellenischen Bogens, der als Verursacher
in Betracht gezogen werden muss. Im Rahmen interdisziplinärer Paläotsunami-Studien konnten
mehrere große Tsunami-Ereignisse für die letzten Jahrtausende erfasst werden. Die rund 1 km
entfernt liegende und sich bei Touristen einer immer größeren Beliebtheit erfreuende Stadt Leu-
kas mit ihren rund 12.000 Einwohnern ist daher einem beträchtlichen Tsunami-Risiko ausgesetzt.
Im vorliegenden Band werden im Beitrag von F
LOTH et al. sedimentologisch-geomorphologische
Tsunami-Spuren den Ergebnissen einer computergestützten Modellierung gegenübergestellt.
II
MARBURGER GEOGRAPHISCHE SCHRIFTEN
ISSN 0341-9290
Herausgeber
Jörg Bendix, Thomas Brenner, Helmut Brückner,
Markus Hassler, Georg Miehe, Christian Opp, Michaela Paal,
Alfred Pletsch, Simone Strambach
Schriftleiter
Wolfram Döpp
Heft 145
Im Selbstverlag der Marburger Geographischen Gesellschaft e.V.
III
Andreas Vött und Helmut Brückner (Hrsg.)
Ergebnisse aktueller Küstenforschung
Beiträge der 26. Jahrestagung des Arbeitskreises
„Geographie der Meere und Küsten“
25.-27. April 2008 in Marburg
Marburg / Lahn 2009
IV
Die Drucklegung des vorliegenden Bandes wurde dankenswerter-
weise von der Wilhelm Hahn und Erben-Stiftung (Bad Homburg)
nanziell gefördert.
© by Selbstverlag:
Marburger Geographische Gesellschaft
– Marburger Geographische Schriften –
Deutschhausstraße 10
D-35037 Marburg
Fax: 06421/2828950
E-Mail:
Geogrbib@ub.uni-marburg.de
Layout und Satz: H. Nödler / M. Rößler, Marburg
Druck: Druckerei und Verlag Wenzel, Am Krekel 47, D-35039 Marburg
ISBN 978-3-88353-070-3
Ergebnisse aktueller Küstenforschung : 25. - 27. April 2008 in Marburg /
Andreas Vött ... (Hrsg.). - Marburg, Lahn : Selbstverl. der Marburger Geo-
graph. Ges., 2009. - VIII, 195 S. : graph. Darst., Kt.
(Beiträge der Jahrestagung des Arbeitskreises „Geographie der Meere und
Küsten“ ; 26)
(Marburger geographische Schriften ; 145)
ISBN 978-3-88353-070-3
NE: Hrsg.; Arbeitskreis Geographie der Meere und Küsten: GT; 2. GT
V
Vorwort
Auf Einladung von Prof. Dr. Andreas Vött (Universität zu Köln, früher Mar-
burg), Prof. Dr. Helmut Brückner (Philipps-Universität Marburg) und PD Dr.
Anja Scheffers (Southern Cross University, Lismore, Australien) kamen vom
25. bis 27. April 2008 rund 50 Teilnehmer und Teilnehmerinnen aus ganz
Deutschland zur 26. Jahrestagung des Arbeitskreises „Geographie der Meere
und Küsten“ (AMK) im Deutschritterordenshaus des Fachbereichs Geographie
der Philipps-Universität zusammen.
Die 26. Jahrestagung hat erneut die große Akzeptanz und Bedeutung des
Arbeitskreises als Mitteilungs- und Diskussionsforum innerhalb der deutschen
Küstenforschung aufgezeigt und die starken Forschungsaktivitäten seiner
Mitglieder dokumentiert. Aktuelle Forschungsthemen umfassen Aspekte der
Inselentwicklung, der Morphodynamik von Watt ächen, der Sturm ut- und
Meeresspiegelentwicklung, außerdem der allgemeinen Genese der Nord- und
Ostseeküsten sowie ihrer Zukunft im Zeichen des Klimawandels. Weitere Pro-
jekte widmen sich den Potenzialen der Meeresenergie, der Entwicklung von
Landnutzungsszenarien für agrarisch genutzte Räume, Renaturierungsansät-
zen und ökologischen Szenarien, und dies ebenfalls vor dem Hintergrund der
immer deutlicher zu Tage tretenden globalen Erwärmung. Einen Schwerpunkt
moderner Küstenforschung stellen daher Studien zum Küstenschutz und zum
integrierten Küstenzonenmanagement dar. Ein wesentliches – seit dem Tsuna-
mi-Ereignis vom 26. Dezember 2004 intensiviertes – Standbein der Küstenfor-
schung ist die Erfassung und Rekonstruktion von Paläotsunami-Ereignissen,
zum Beispiel im Mittelmeerraum und in der Karibik, aus deren Ergebnissen
sich prospektive Aussagen zur heutigen Gefährdungslage ableiten lassen. In
diesem Zusammenhang spielen sozio-ökonomische Studien eine große Rolle,
etwa zur Vulnerabilität und Resilienz jener Gebiete in Südostasien, die 2004
vom Jahrhundert-Tsunami erfasst wurden.
Aus dem vielfältigen Spektrum deutscher Küstenforschung sind im vorlie-
genden Band „Ergebnisse aktueller Küstenforschung“ elf Beiträge zusammen-
gefasst. Sie spiegeln die rege Forschungsaktivität an Universitätsstandorten
innerhalb Deutschlands und ihre aktive Vernetzung mit Akteuren außeruniver-
sitärer Forschungseinrichtungen und Behörden wider.
Die Relevanz der behandelten Themen zeigt sich an mehreren Tatsachen:
Küsten sind für die Menschheit Lebens-, Wirtschafts- und Erholungsräume.
Schon heute lebt etwa ein Drittel der Weltbevölkerung an der Küste oder in
Küstennähe, viele Megacities sind Küstenstädte. Zudem sind die Weltmeere
Motoren der Klimaentwicklung, vor allem durch die enge Kopplung zwischen
Ozean und Atmosphäre. Ozeane sind bedeutende Senken für das Treibhausgas
CO
2
, gleichzeitig führen über sie Handelswege und dienen sie als Nahrungs-
VI
quelle. Viele Küsten der mittleren und niederen Breiten haben eine enorme Er-
holungsfunktion und stehen daher unter hohem Druck. Bezüglich der sensiblen
Nahtstelle zwischen Meer und Land gilt es, die drängenden Fragen der Um-
weltverträglichkeit menschlicher Eingriffe, aber auch des Küstenschutzes, im
Einvernehmen zwischen Mensch und Natur zu lösen.
Mit diesem Buch wird der jüngste Band in der seit 1983 durchgehenden Rei-
he wissenschaftlicher Veröffentlichungen des Arbeitskreises „Geographie der
Meere und Küsten“ vorgelegt. Auch hierin zeigt sich, dass er einer der aktivsten
Arbeitskreise in der Deutschen Gesellschaft für Geographie (DGfG) ist.
Mit großer Sorgfalt hat Frau Margot Rößler die Manuskripte der Autorinnen/
Autoren überarbeitet. Die Herausgeber danken Herrn Helge Nödler und Herrn
Prof. Dr. Wolfram Döpp für die äußerst professionelle kartographische Ausge-
staltung und redaktionelle Bearbeitung der Beiträge. Der Marburger Geogra-
phischen Gesellschaft gebührt Dank für die Unterstützung der Drucklegung,
den Herausgebern der Marburger Geographischen Schriften für die Aufnahme
des Bandes in die Schriftenreihe.
Die Herausgeber hoffen, dass sich durch die Lektüre der folgenden Seiten
etwas von der Faszination der Meere und Küsten auf die Leserinnen und Leser
überträgt. Vor dem Szenario des Global Warming wird die Bedeutung der hier
behandelten Themen sicher weiter zunehmen.
Andreas Vött und Helmut Brückner
Köln und Marburg, im März 2009
VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort ............................................................................................................ V
Wie wuchs Langeoog aus dem Meer empor? Neue sedimentologische
und geophysikalische Untersuchungen zur Inselentstehung ............................. 1
S
ABINE MAREIKE KLAFFKE, FRIEDERIKE BUNGENSTOCK, SEBASTIAN LIND-
HORST, HELMUT BRÜCKNER & HOLGER FREUND
Das Zusammenwirken von Tide und Sturm ut im Elbe-Ästuar ..................... 17
J
OHANN-AHLERT BREMER & GABRIELE GÖNNERT
Eiderstedt im Spannungsfeld zwischen Naturschutz- und Agrarpolitik
– Entwicklung eines methodischen Ansatzes für ein nachhaltiges
Ressourcenmanagement .................................................................................. 33
C
HRISTINE SCHLEUPNER & PETER MICHAEL LINK
Ein Gazetteer für die deutsche Küste .............................................................. 50
J
ÖRN KOHLUS
Regeneration of submarine hard-bottom substrate by natural abrasion
in the western Baltic Sea ................................................................................. 66
B
JÖRN BOHLING, HENNING MAY, THOMAS MOSCH & KLAUS SCHWARZER
Genesis and sediment dynamics of a subaqueous dune  eld in Fehmarn
Belt (south-western Baltic Sea) ...................................................................... 80
P
ETER FELDENS, KLAUS SCHWARZER, CHRISTIAN HÜBSCHER
& MARKUS
DIESING
Pilotprojekt zur Renaturierung des Stettiner Haffs mit Hilfe von Drei-
kantmuscheln (Dreissena polymorpha) .......................................................... 98
C
HRISTIANE FENSKE, SVEN DAHLKE & PHILIP RIEL
Kliffrückgang und Blocktransport an den Westküsten der Britischen
Inseln ............................................................................................................. 112
A
NJA SCHEFFERS & DIETER KELLETAT
Geo-scienti c evidence versus computer models of tsunami landfall
in the Lefkada coastal zone (NW Greece) .................................................... 140
U
LRICH FLOTH, ANDREAS VÖTT, SIMON MATTHIAS MAY, HELMUT BRÜCKNER
& SVENJA BROCKMÜLLER
VIII
Reading the chapter of extreme wave events in nearshore geo-bio-
archives of Bonaire (Netherlands Antilles) – initial results from Lagun
and Boka Bartol ............................................................................................ 157
M
AX ENGEL, ANDREAS BOLTEN, HELMUT BRÜCKNER, GERHARD DAUT, DIE-
TER KELLETAT, FRANK SCHÄBITZ, ANJA SCHEFFERS, SANDER R. SCHEFFERS,
ANDREAS VÖTT, MICHAEL WILLE & TIMO WILLERSHÄUSER
Potenziale der Fernerkundung zur Abschätzung von Tsunami-Vulnera-
bilität an der Andamanküste Südthailands .................................................... 179
H
ANNES RÖMER, RALF LUDWIG, HORST STERR & GUNILLA KAISER
1
Wie wuchs Langeoog aus dem Meer empor?
Neue sedimentologische und geophysikalische
Untersuchungen zur Inselentstehung
Sabine Mareike Klaffke, Friederike Bungenstock, Sebastian Lindhorst,
Helmut Brückner & Holger Freund
Abstract
Langeoog is one of the Eastfrisian barrier islands and developed during
Holocene sea-level rise of the North Sea. However, today´s most accepted hy-
pothesis of how the Eastfrisian islands were formed was depicted using the ex-
ample of the island of Langeoog. It describes the development of a sandbar as a
result of wave energy, currents and sediment supply, followed by accumulation
of aeolian sediments. Still, there are other hypothesises for the barrier island
development of the Eastfrisian coast and also it is not known at what time the
islands came into existence.
A combined approach of sedimentology, i.e. interpretation of cores, and
geophysics, i.e. ground penetrating radar (GPR), was applied in the eastern part
of Langeoog to analyse 2-dimensional pro le sections in order to understand
the sedimentary record of the island and to verify the ‘sandbar-hypothesis’ of
the island development.
The combination of cores and geophysical measurements allowed a detailed
facies analysis from about -14 m NN. The pro les begin at the base with marine
sands, followed by supra-littoral sands reaching to the surface of recent beach
sediments; on top of these  ner grained and organic rich salt marsh sediments
are found which are overlain by two discordantly layered generations of dune
sands. The interpretation of all pro le sections shows that the transition of ma-
rine to aeolian sediments can be clearly identi ed by the applied approach.
Because of the lateral accretion of the marine sediments at the base of the pro-
le sections and the relief of the Pleistocene it is assumed that the study area is
situated on top of a former channel. Therefore this study should be extended to
other parts of the island Langeoog and moreover to the other Eastfrisian islands
to map and to date the transition from marine to aeolian sedimentation during
the development of the barrier islands of the Eastfrisian coast.
Marburger Geographische Schriften, Heft 145, S. 1 - 16, Marburg 2009
2
Zusammenfassung
Langeoog gehört zu den Ostfriesischen Inseln und ist während des Holozänen
Meeresspiegelanstiegs der Nordsee entstanden. Die heute allgemein akzeptier-
te Hypothese zur Entstehung der Ostfriesischen Inseln wurde am Beispiel von
Langeoog entwickelt. Sie besagt, dass auf einer hochwasserfreien Sandplate,
die aus dem Zusammenspiel von Wellen, Strömung und Sedimentzulieferung
entstanden ist, schließlich äolische Sedimente akkumulieren, so dass sich lang-
sam eine Düneninsel entwickelt. Dennoch gibt es andere Hypothesen zur In-
selentstehung an der Ostfriesischen Küste und auch der Zeitpunkt der Inselent-
stehung ist nicht endgültig geklärt.
Ein kombinierter Ansatz aus Sedimentologie (Bohrkernansprache) und
Geophysik (Georadar) wurde im östlichen Teil von Langeoog getestet, um die
Sandplaten-Hypothese zu überprüfen. Dieser Ansatz erlaubte eine detaillierte
Faziesanalyse ab etwa -14 m NN bis zur heutigen Ober äche: Die Schichten-
folge beginnt an der Basis mit marinen Sanden, gefolgt von einer supralitoralen
Fazies, die bis zur Ober äche des heutigen Strandes reicht. Darauf liegen Insel-
grodensedimente (Salzmarsch), die von zwei Generationen diskordant lagern-
der Dünensedimente überdeckt werden.
Die Interpretation aller Pro lschnitte zeigt, dass der Übergang von marinen
zu äolischen Sedimenten klar identi ziert werden kann. Weil die marinen Sedi-
mente an der Basis der beschriebenen Schichtabfolge eine seitliche Anlagerung
zeigen und aufgrund des Pleistozänreliefs wird angenommen, dass das Bear-
beitungsgebiet im Bereich einer ehemaligen Rinne liegt. Das bedeutet, dass
der vorgestellte Ansatz auf andere Teile von Langeoog sowie auf weitere Ost-
friesische Inseln ausgeweitet werden sollte, um den Übergang von mariner zu
äolischer Sedimentation während der Entstehung der Ostfriesischen Barriere-
inseln kartieren und schließlich auch datieren zu können.
1 Einleitung
Der Meeresspiegelanstieg während des Holozäns führte zu starken Verände-
rungen der deutschen Nordseeküste. Etwa um 5.500 v. Chr. erreichte das Meer
die heutige Küstenlinie. In der weiteren Entwicklung wurden die ostfriesischen
Inseln aus der Interaktion von Sedimentzulieferung, Tideströmen, Wellen,
Seegang und Wind geformt. Die anthropogenen Ein üsse sind in den letzten
Jahrhunderten ebenfalls prägend geworden und beein ussen die verschiedenen
Landschaftselemente und die Küstenentwicklung inzwischen nachhaltig.
Gerade im Zuge der aktuellen Klimaerwärmung und des damit verbundenen
weiteren Meeresspiegelanstiegs ist es wichtig, alle Abläufe und Entwicklungen,
3
die zum System der ostfriesischen Barriereinseln geführt haben, zu verstehen,
um Prognosen für ihre Zukunft und ihren Schutz zu treffen.
2 Stand der Forschung
Es existieren drei Theorien zur Entstehung der ostfriesischen Inseln:
die Nehrungsinsel-Hypothese von A. P
ENCK aus dem Jahre 1894, die von
F
LEMMING & DAVIS 1994 in etwas abgewandelter Form wieder aufgenom-
men wurde. Danach sind die Inseln im Zuge der Verlandung von Ästuaren
an deren Mündung als Nehrungen des durch die pleistozänen Ablagerungen
vorgegebenen Reliefs entstanden, was auch die Brackwasserablagerungen
unter den Inseln erklären würde.
die Strandwall-Hypothese von K. LÜDERS aus dem Jahre 1953. Sie geht da-
von aus, dass die Inseln aus Strandwällen entstanden sind, die durch Über-
utung von der Küste abgetrennt und so zu Inseln wurden.
die heute allgemein akzeptierte Platen-Hypothese von J. B
ARCKHAUSEN, die
er 1969 am Beispiel von Langeoog entwickelte. Sie beschreibt das Entste-
hen einer hochwasserfreien Sandplate aus dem Zusammenspiel aus Wellen,
Strömung und Sedimentzulieferung. Auf ihr akkumulieren schließlich äo-
lische Sedimente, so dass langsam eine Düneninsel entsteht, wie es heute
ansatzweise auf der Kachelotplate bei Juist zu beobachten ist.
Auf Langeoog konnte BARCKHAUSEN (1969) verschiedene Leithorizonte an-
sprechen (Hydrobienbank, Kleibank, Obere und Untere Moorerdebank) und
hieraus paläogeographische Übersichtskarten ableiten. Die Hydrobienbank
ist ca. 40 cm mächtig und durch eine verstärkte Ansammlung von Hydrobien
charakterisiert. Die kleinen Wattschnecken (Hydrobia ulvae) wurden hierbei
vermutlich im Watt hinter einem Strandwall einer bereits hochwasserfreien
Sandplate im Bereich der heutigen Insel Langeoog angeschwemmt. Ihr Alter
und somit auch das Alter des Leithorizontes wurde von B
ARCKHAUSEN aufgrund
ihrer Höhenlage und der nächst jüngeren datierten Leitbank auf das 8. bis 2.
Jh. v.Chr. geschätzt. Etwa einen Meter darüber bildete sich die Kleibank, eine
15 bis 20 cm mächtige Schicht aus schwarzem Wattschlick, die viel alloch-
thones P anzenmaterial enthält, was auf Hoch utablagerungen hinweist. Sie
wurde nach B
ARCKHAUSEN vermutlich auf einem von Dünen geschützten Gro-
den Anfang des 1. Jh. v.Chr. gebildet, da sie noch keine Getreidepollen enthält.
Aufgrund dieser geologischen Leithorizonte reichte der Zeitraum der Inselent-
stehung von Langeoog etwa von 1.050 bis 50 v.Chr. (B
ARCKHAUSEN 1969; vgl.
auch B
ARCKHAUSEN 1970, STREIF 1990).
4
3 Zielsetzung
Im geologischen Pro lschnitt ist vor allem die Grenze zwischen marinem und
äolischem Faziesbereich bedeutend, da sie den Beginn einer Dünenakkumu-
lation auf einer Sandplate markiert. In dieser hier vorgelegten Studie wird der
Übergang vom marinen Stadium zur Düneninsel mit Hilfe einer Kombination
von sedimentologischen und geophysikalischen Methoden untersucht.
Durch die detaillierte Aufnahme des Inseluntergrundes soll des Weiteren
versucht werden, am Beispiel von Langeoog die bestehenden Theorien zur In-
selentstehung zu veri zieren oder zu falsi zieren. Dadurch soll ein Beitrag zur
Entschlüsselung der Entstehungsgeschichte aller der Ostfriesischen Halbinsel
vorgelagerten Barriereinseln geleistet werden.
4 Methodik
4.1 Sedimentologie
Es wurden fünf Rammkernsondierungen mit einer Wacker BH 22 und 38 mm-
Sonden bis in eine maximale Tiefe von 17 m unter Geländeober äche (m u.
GOF) abgeteuft. Gezogen wurden die Bohrkerne mit einem manuellen zwei-
armigen Ziehgerät. Die Sedimentansprache erfolgte im Gelände mit Hilfe des
Symbolschlüssels Geologie (PREUSS et al. 1991). Der Kalkgehalt wurde quali-
tativ ebenfalls direkt im Gelände auf einer Skala von 1-5 bestimmt. Der Kalk-
gehalt ist überwiegend auf Muschelschill zurückzuführen und weist somit auch
auf den marinen Ursprung der Sedimente hin. Im Labor wurde der organische
Anteil der entnommenen Sedimentproben durch Glühverlust (3 h bei 550 °C)
ermittelt. Die Korngrößenanalyse erfolgte mit dem Fritsch Laser Particle Sizer
ANALYSETTE 22.
Autor Kriterium für Dünen
VISHER 1969, S. 1083;
T
ANNER 1991b, S. 226
Standardabweichung (s) Düne < Strand < Wasser
T
ANNER 1991b, S. 229 Schiefe (sk) > 0,1
T
ANNER 1991b, S. 229 Arithmetisches Mittel > Median
T
ANNER 1991a, S. 287 Kurtosis (K) > 3
R
EINECK 1990, S. 83 Ton und Schluff < %
Tab. 1: Kriterien zur Unterscheidung von Dünen und marinen Sedimenten
Quelle: KLAFFKE 2007, S. 49
5
Zur Unterscheidung von Dünen- und Strandsanden bzw. wind- und wasser-
sortierten Sanden werden in der Literatur verschiedene Korngrößenparameter
herangezogen. In Tab. 1 sind die für Dünen sprechenden Kriterien aufgelistet.
Durch Windtransport  ndet weiterhin eine Entmischung und Auslese nach
Korngröße und Kornform statt. Deshalb haben verschiedene Autoren versucht,
Dünen nach ihrer vorherrschenden Korngröße zu de nieren, wobei sie zu sehr
unterschiedlichen Ergebnissen gekommen sind (s. Tab. 2). Bei der Interpreta-
tion der in der vorliegenden Studie gemessenen Korngrößenfraktionierungen
wurden Vergleiche mit diesen Richtwerten herangezogen, um die Dünensande
genauer zu charakterisieren.
Des Weiteren wurden in den Sedimentproben enthaltene Mollusken und
Makroreste bestimmt, um die Faziesanalyse verfeinern zu können.
4.2 Geophysik
Georadar-Untersuchungen (GPR) liefern zweidimensionale Einblicke in den
Untergrund und ermöglichen so eine räumliche Interpolation der durch Bohrun-
gen gewonnenen lithologischen Informationen. Dazu wurden sechs Georadar-
Pro le zwischen 50 und 400 m Länge mit einem GSSI (Geophysical Survey
Systems Inc.) SIR-3000 System unter Verwendung einer monostatischen 200
MHz-Antenne erstellt. Die Georadar-Methode beruht darauf, dass ausgesendete
Autor Arbeitsgebiet
mittlere Korngröße
von Dünensanden
S
INDOWSKI 1956, S. 517 Norderney, Deutschland 100 – 200 m
R
ITCHIE 1972, S. 19ff. Highland Coast, Schottland 180 – 500 m
U
DDEN 1898 (zit. nach
FOLK 1971, S. 6ff.)
? 125 – 250 m
H
ELLEMAA 1998, S.1 Finnland 150 – 560 m
F
OLK 1971, S. 26
Simpson Desert & Northern Ter-
ritory, Australien
145 – 175 m
F
RIEDMAN 1961, S. 515f.
USA; Kanada; Mexiko; Baha-
mas; Bermudainseln; Hawaii;
Nordafrika
> 375 m
Tab. 2: Korngrößen zur De nition von Dünensanden
Quelle: KLAFFKE 2007, S. 49
6
Radarwellen aufgrund unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften des Unter-
grundes re ektiert und von der Antenne wieder empfangen werden (Abb. 1).
Die Laufzeiten der Radarwellen werden ‚two-way-traveltime’ (TWT) ge-
nannt und können über die Ausbreitungsgeschwindigkeit (hier: 0,075 m/ns) in
Tiefenwerte konvertiert werden. Die maximale Eindringtiefe der Radarwellen
lag im Untersuchungsgebiet auf Langeoog bei etwa 200 ns (8 m). Die Au ö-
sung der Radarpro le war bei regnerischem Wetter besser als bei trockenem.
Am Strand und auch in der Salzwiese ist Georadar nicht einsetzbar, da das Salz-
wasser im Untergrund eine zu hohe Leitfähigkeit besitzt. Das ‚Processing’ er-
folgte mit der Software „Re exw“ (Sandmeier Scienti c Software, Karlsruhe).
Die prozessierten Radar-Re exionspro le wurden über die Radarstratigraphie
(u. a. N
EAL 2004) angesprochen, die sich auf die Beschreibung der Geometri-
en und Amplituden der Re exionen beschränkt. Diese Beschreibungen boten
die Grundlage für die sedimentologische Interpretation, welche durch den Ver-
gleich mit bekannten sedimentologischen Strukturen und die Anwendung der
W
ALTHERschen Faziesregel (WALTHER 1894) erfolgte.
5 Untersuchungsgebiet
Das Untersuchungsgebiet lag im Osten der Insel Langeoog, nahe der Meierei
(Abb. 2). Es wurde angestrebt, ein Nord-Süd-Pro l durch die Insel zu erstellen.
Die Bohrung LANG 1 lag in der Salzwiese im Süden der Insel, die weiteren
Bohrungen orientierten sich dann nordwärts in Richtung seeseitige Strand.
Die Bohrung LANG 2 sollte im kleinen Dünental abgeteuft werden. Leider
war es aufgrund dichter Vegetation nicht möglich, genau nördlich der ersten
Computer
Messrichtung
TWT
Abb. 1: Schema zur Funktionsweise eines Georadars
Quelle: nach A
SPIRON & AIGNER 1997, S. 67
7
Abb. 2: Übersicht über das Untersu-
chungsgebiet im E Langeoogs
mit Lage der Bohrpunkte und
Georadarstrecken
Quelle: KLAFFKE 2007, S. 4, 40; Kar-
tengrundlagen: LGN 2004 und
LGN & GLL 2005
8
Bohrung anzusetzen. Ausgewählt wurde daher ein Punkt, der möglichst nahe
der geplanten Nord-Süd-Pro llinie, westlich des Weges lag. Zudem sollte er
auf einer topographisch möglichst tiefen Ebene liegen, um nicht zu weit durch
die Dünensande bohren zu müssen.
LANG 3 wurde im großen Dünental nördlich von LANG 1 abgeteuft. Da
das Gelände im großen Dünental sehr gute Voraussetzungen für Bohrungen bot,
wurde nördlich von LANG 2 eine weitere Bohrung (LANG 4) durchgeführt.
Die nördlichste Bohrung ist LANG 5 am Fuße der Dünen beim seeseitigen
Strand der Insel.
Die Georadarmessungen erfolgten entlang von Nord-Süd- und Ost-West-
Transekten innerhalb der Dünentäler zwischen den Bohrungen, um die punk-
tuellen Informationen der Bohrungen LANG 2 bis 4 im zweidimensionalen
Raum weiterverfolgen zu können.
Abbildung 2 zeigt das Untersuchungsgebiet und gibt zudem einen Über-
blick über die Bohrpunkte und Georadarpro le.
6 Ergebnisse und Diskussion
6.1 Bohrpro le
Keine der Bohrungen hat die Holozänbasis durchteuft. Lediglich im Bohrpro l
LANG 3 wurde unterhalb von -11,55 m NN aufgearbeitetes pleistozänes Ma-
terial erbohrt. Dieses ist vermischt mit marinem Sediment. Es handelt sich hier
wohl um eine frühe Transgressionsfazies, darüber folgen bis auf -6,23 m NN
achmarine Sedimente. Zwischen -10 m und -9 m NN weisen eingeschaltete
Tonlagen auf geringere Energien, Schilllagen hingegen auf hohe Energie, even-
tuell Sturmereignisse, hin. Im Bohrpro l LANG 4 treten im oberen Teil dieser
achmarinen Fazies zwischen -7,73 m und -5,46 m NN Tonlagen als Indikato-
ren von ruhigen Sedimentationsbedingungen auf.
Oberhalb dieser  achmarinen Sedimente folgen in allen Bohrpro len ach-
marine, bzw. Wattsedimente mit hohen Schillanteilen sowie eingeschalteten
Ton-/Schluf insen und Linsen, bzw. Lagen von P anzenresten, die auf aufge-
arbeitete Torfe hinweisen. Im Bohrpro l LANG 1 reichen diese Sedimente bis
auf -1,50 m NN. Zahlreiche Schilllagen zeigen hohe Energie an. Im Bohrpro l
LANG 2 reicht diese Fazies bis auf -1,11 m NN, wobei die oberen 50 cm durch
eingeschaltete Tonlagen und damit geringere Energie gekennzeichnet sind. Im
Bohrpro l LANG 3 ist dieser Bereich anders ausgeprägt als in den anderen
Bohrungen. Zwischen -6,23 m und -1,91 m NN wurden schluf ge Feinsande
erbohrt, in denen nur jeweils einzelne Lagen aus Schill und P anzenhäckseln
sowie Ton gefunden wurden. Hierbei handelt es sich insgesamt um einen nied-
rig energetischen, marinen Bereich. Im Bohrpro l LANG 4 ist zunächst viel,
9
oberhalb von -3,59 m NN nur noch wenig Schill, dafür mehr P anzenhäcksel
enthalten. Diese marine Schichtenfolge erstreckt sich bis auf -1,85 m NN, wo
sie von einem Meter ehemaliger Groden- oder Wattsedimente überlagert wird
(bis -0,99 m NN). Dieser ist ausgeprägt als Wechsellagerung zwischen schluf -
gen Sedimenten und Sandlagen, die zahlreiche zusammengespülte Hydrobien
enthalten. Die Schluf agen repräsentieren ruhiges, die Hydrobienlagen höher
energetisches Milieu. Auch im Bohrpro l LANG 5 liegen zwischen -6,13 m
und -1,18 m NN marine, schillreiche Sande mit eingeschalteten Torfgeröllen
(-4,53 m NN und -4,48 m NN) vor. Zwischen -4,25 m und -4,13 m NN wird
das Sediment schluffhaltig. Es entspricht einer niedrig energetischen Wattfazi-
es. Zwischen -2,70 m und -1,70 m NN wird das Milieu noch ruhiger und es ist
nur selten Schill eingelagert, dafür  nden sich viele P anzenhäcksel. Zwischen
-1,70 m und -1,50 m NN liegen weitere Wattsedimente, charakterisiert durch
stark kalkhaltige Feinsande, in denen auch eine artikulierte Herzmuschel (Ce-
rastoderma edule) in situ gefunden wurde.
Oberhalb dieser marinen Sedimente folgen in allen Bohrungen Strandsande
mit vereinzelten Schilleinlagerungen. In LANG 1 reichen diese von -1,50 m bis
0,23 m NN, in LANG 2 von -1,11 m NN bis -0,05 m NN, in LANG 3 von -1,91
m bis auf 0,62 m NN, in LANG 4 von -0,76 m bis 0,09 m NN und in LANG
5, das am rezenten Strand liegt, von -1,18 m NN bis zur Geländeober äche
(2,87 m NN). In den Bohrpro len LANG 2, LANG 3 und LANG 4 folgen bis
zur Geländeober äche Dünensedimente. Mehrere Wurzelhorizonte weisen auf
Bodenbildungsphasen hin, die dann wieder von Dünensand überdeckt wurden.
Eingeschaltete Schilllagen deuten auf Durchbrüche und Überspülungen durch
Sturm uten hin. Auch in LANG 1 treten zwischen 0,23 m und 1,17 m NN
Verlandungserscheinungen mit kalkfreiem Sand und einzelnen Wurzeln auf.
Jedoch ist hier, unterhalb des rezenten Grodens, die Existenz von Dünen un-
wahrscheinlich. Daher handelt es sich vermutlich um einen weiter aufgehöhten
Strand, auf dem sich im Schutze der Dünen ein Inselgroden ausgebildet hat.
Mit den Bohrpro len wurden alle heutigen Ablagerungsräume der Insel,
vom Groden, über die Dünen bis zum Strand, erschlossen. Alle weisen darauf
hin, dass zunächst das Meer mit hohen Energiegradienten in den Bereich der
heutigen Insel transgredierte, die Energie dann abnahm und sich ein Wattgebiet
ausbildete. Vermutlich entwickelte sich später wieder ein höheres Energieni-
veau und das Sedimentbudget nahm zu, so dass sich eine Sandplate bis über
den Meeresspiegel aufbauen konnte. Darauf bildete sich ein Strand aus, auf
dem zunächst Embryonaldünen entstanden. Mit weiterer Aufhöhung entstan-
den im zentralen Inselbereich ein geschlossener Dünenzug und im südlichen
Bereich ein Inselgroden. Die Entstehung von Embryonaldünen setzt sich heute
am nördlichen Strand fort.
Die sich aus allen fünf Bohrungen ergebende Faziesabfolge wird zusam-
menfassend in Abb. 3 dargestellt.
10
6.2 Georadaranalyse
Insgesamt können in den Georadarpro len sechs Radarfazies unterschieden
werden. In den Pro len 9, 15 und 16 beginnt die Schichtenfolge an ihrer Basis
mit planaren oder mit 0,4° leicht nach NW, also seewärts einfallenden Schich-
ten, die vermutlich im  achmarinen Bereich an einem ehemaligen Vorstrand
bzw. einer Sandbank abgelagert wurden.
Die zweite Fazies, zwischen ca. -5 m und -1 m NN, weist eine mit bis zu
9,2° nach SE einfallende Schichtung eines lateralen Zuwachskörpers auf. Die-
ser  acht nach E hin ab, wobei nur noch Einfallswinkel von 1-2° nachweisbar
sind. Auch die Mächtigkeit des Schichtenkörpers nimmt dabei ab, so dass er im
E nur noch zwischen ca. -4 m und -1,80 m NN liegt. Verschiedene Bildungs-
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-13
-14
mNN
-12
-11
-10
3
äolische Fazies (Dünen)
supralitorale Fazies (Strand)
eulitorale Fazies (Watt)
Transgressionsfazies
Groden
flachmarine Fazies
?
?
Abb. 3: Standardpro l für Langeoog
Quelle: nach K
LAFFKE 2007
11
0 10203040506070
Länge [m]
0
3
1
2
-1
-2
-3
-4
-5
mNN
0
TWT [ns]
100
200
S N
jüngere Dünen
ältere Dünen
Strand
Watt
lateraler Zuwachskörper
flachmarin
0 10203040506070
Länge [m]
0
3
1
2
-1
-2
-3
-4
-5
mNN
0
TWT [ns]
100
200
Abb. 4: a) Georadarpro l 11 samt b) Interpretation
Quelle: K
LAFFKE 2007, S. 119
a)
b)
12
möglichkeiten des lateralen Zuwachskörpers können diskutiert werden, wie
z.B. die Bildung als Gleithangschichtung eines Mäanderlobus, die Entstehung
aus einer tidalen Sandwelle/Riesenrippel oder einem ‚washover-fan’. Eventuell
repräsentiert der laterale Zuwachskörper aber auch die generelle Sedimentanla-
gerung am Ostende Langeoogs, und damit den Vorbau der Insel nach SE.
Darüber schließt sich in allen Pro len eine ca. 50 cm mächtige Fazies an, in
welcher die Amplituden nur sehr gering sind. Dies weist auf schnelle Schicht-
wechsel hin (M
IALL 2000), die der Gezeitenschichtung im Watt, mit Wechseln
zwischen sandigen Flutsedimenten und schluf g-tonigen Stauwassersedimen-
ten, zugeordnet werden.
Im Hangenden folgen in allen Pro len horizontal liegende Schichten. Im W
liegen diese zwischen -0,40 m und 1,10 m NN, nach E sinkt die Obergrenze auf
0 m NN ab. Ganz im E beginnt diese Fazies bereits auf -1,30 m und reicht eben-
falls bis auf 0 m NN. Eine solche planare Schichtung kann auf verschiedene
Weise entstehen. Der W
ALTHERschen Faziesregel (WALTHER 1894) folgend wer-
den diese Schichten dem Strand zugeordnet, was auch die NN-Höhe bestätigt.
Überlagert werden die Strandablagerungen von Schichten, die konvexe und
konkave Strukturen, ober ächenparallele und planare Strukturen, ‚downlaps’
und ‚onlaps’ sowie erosive Kappungen aufweisen. Sie entsprechen den Dünen-
sedimenten. Zum Teil sind mehrere Dünengenerationen erkennbar, besonders
deutlich im E der Rf5 und Rf6 des Pro ls Langeoog 15 sowie in der Mitte des
Pro ls Langeoog 11, die an ihrer Obergrenze erosiv gekappt sind. Diese erosive
Kappung entstand während einer Sturm ut, durch eine Bodenbildung oder als
Regressions äche (vgl. Abb. 4).
7 Chronologische Entwicklung des Untersuchungsgebietes im Ho-
lozän
Unterhalb von -11 m NN wurden holozäne Schichten mit umgelagerten pleisto-
zänen Ablagerungen erbohrt. Sie enthalten aufgearbeitetes pleistozänes Materi-
al, das eine transgressive Fazies vermuten lässt, was mit der Meeresspiegelan-
stiegskurve für Langeoog (B
UNGENSTOCK 2006) korreliert. Die Kurve zeigt für
den Zeitraum um 5.500 v. Chr., als die Nordsee den Bereich der heutigen Inseln
erreichte, einen Meeresspiegel von -11 m NN. Im Hangenden der aufgearbeite-
ten pleistozänen Sedimente wurde jedoch ein Rinnenkörper identi ziert. Daher
wird vermutet, dass die vorgefundenen Schichten durch Erosionstätigkeit die-
ser ehemaligen Rinne entstanden sind.
Das Hangende von -11 m NN bis -1 m NN (im Osten des Untersuchungsge-
bietes bis -2 m NN) bilden Sedimente  achmarinen bis eulitoralen Ursprungs.
Tonlagen weisen auf geringe, Schillagen auf hohe Energien hin. Darin be ndet
13
sich ein lateraler Zuwachskörper, erkennbar in den Georadarpro len zwischen
-5,25 m und -1 m NN. Er weist Einfallswinkel von bis zu 9,4° nach SE auf
(Abb. 4) und keilt nach SE aus. Der laterale Zuwachskörper entstand vermut-
lich beim Anwachsen der Insel nach SE durch die laterale Verfüllung einer Ge-
zeitenrinne.
Zwischen -1 m und 0 m NN (im Osten des Untersuchungsgebietes: -2 m
bis -1 m NN) folgen typische Wattsedimente, die hohe Schluff- und organische
Anteile aufweisen. In den Georadarpro len sind in diesem Bereich keine Re-
exionen erkennbar, was vermutlich auf einen schnellen Schichtwechsel zu-
rückzuführen ist, so dass es zu Interferenzen in den Georadaraufzeichnungen
kommt. Die Wechsellagerung von Hydrobien-reichen Lagen und Schluf agen
zwischen -1,85 m NN bis -0,99 m NN in LANG 4 bestätigt diese Vermutung.
Zwischen -1 m NN und 0 m NN (in den Bohrungen) bzw. -1 m und 0,70 m
NN (in den Georadarpro len) konnten Strandsedimente identi ziert werden.
Diese setzen sich am rezenten Strand (LANG 5) bis zur Geländeober äche
fort. Auf dem heutigen Groden (LANG 1) werden die Strandsedimente von den
rezenten Grodensedimenten überlagert.
Oberhalb von 0 m NN (in den Bohrungen) bzw. 0,70 m NN (in den Geora-
darpro len) folgen Dünensedimente, die in zwei Generationen unterteilt sind.
Die ältere Generation wird diskordant überlagert. Dies ist entweder auf Boden-
bildungsphasen zurückzuführen oder aber auf eine erosive Kappung während
Sturm uten.
8 Fazit
Die Kombination von Bohrungen und Georadar hat sich als geeignet erwiesen,
um den Aufbau der Insel Langeoog über den bisherigen Kenntnisstand hinaus
zu untersuchen und zu verstehen. Die Grenze zwischen marinem und äolischem
Faziesbereich kann durch die kombinierten Methoden identi ziert werden
Die Frage nach der Entstehung der Insel ist jedoch nicht endgültig lösbar.
Keine der drei Theorien zur Inselentstehung lässt sich auf Grund der vorgestell-
ten Studie ausschließen. Dafür sollte die gesamte geologische Situation auch in
den Rückseitenwatten analysiert werden.
Es hat sich herausgestellt, dass sich das Untersuchungsgebiet im Bereich
einer ehemaligen Rinne be ndet. Die Ergebnisse belegen eine laterale Auffül-
lung der Rinne, die mit dem Anwachsen der Insel nach SE einherging. Dabei
entstand zunächst ein Wattgebiet, auf dem sich ein Strand ausbildete. In der
weiteren Entwicklung wuchsen Dünen auf, in deren Schutz sich auf der süd-
lichen Seite ein Groden entwickelte. Ein Anwachsen der Insel nach SE durch
laterale Verfüllung einer Rinne wäre sowohl bei der Nehrungs-, als auch bei der
14
Strandwall- und der Sandplaten-Theorie denkbar und bestätigt die zu beobach-
tende Nord-Süd- als auch West-Ost-Verlagerung der Inseln (S
TREIF 1990).
Die Grenze zwischen marinem und äolischem Faziesbereich kann durch
die kombinierten Methoden gut identi ziert werden. Die Zeitstellung dieses
Überganges wird zur Zeit durch
14
C-Datierungen erarbeitet, die an Hydrobien-
Gehäusen durchgeführt werden.
Es ist wünschenswert, Studien weiter im Westen der Insel Langeoog so-
wie auf anderen Inseln durchzuführen, um durch die Methodenkombination ein
besseres Bild des Aufbaus und der Entstehungsgeschichte der Barriereinseln zu
erhalten. Wenn möglich, sollten weitere Untersuchungsansätze integriert wer-
den, so dass auch der Strand und die Inselgroden mit in die Untersuchungen
aufgenommen werden können. Neben
14
C-Datierungen sollten auch Lumines-
zenz-Datierungen an Sandproben der Grenzschicht hinzugezogen werden.
Danksagung
Der Dr. Wolff schen Stiftung, Marburg, danken wir für die Finanzierung des
Projektes. Von ESRI wurde eine Jahreslizenz des ArcGIS zur Verfügung ge-
stellt.
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Dipl.-Geogr. Sabine Mareike Klaffke
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Geographie
Deutschhausstr. 10, D-35032 Marburg
Niedersächsisches Institut für historische
Küstenforschung (NIhK)
Viktoriastr. 26/28, D-26382 Wilhelmshaven
sabine.m.klaffke@gmail.com
Dr. rer. nat. Dipl.-Geol.
Friederike Bungenstock
Niedersächsisches Institut für historische
Küstenforschung (NIhK)
Viktoriastr. 26/28, D-26382 Wilhelmshaven
Dipl.-Geol. Sebastian Lindhorst
Universität Hamburg
Geologisch-Paläontologisches Institut (GPI)
Bundesstr. 55, D-20146 Hamburg
Prof. Dr. Helmut Brückner
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich Geographie
Deutschhausstr. 10, D-35032 Marburg
PD Dr. Holger Freund
Universität Oldenburg
Institut für Chemie und Biologie des
Meeres (ICBM)
Schleusenstr. 1, D-26382 Wilhelmshaven
17
Das Zusammenwirken von Tide und Sturm ut
im Elbe-Ästuar
Johann-Ahlert Bremer & Gabriele Gönnert
Abstract
A storm tide occurs when strong wind weather conditions coincide with the
astronomical tide. There are numerous surveys dealing with the resulting water
level, whereas the interaction of the parameters wind and tide at the coast as
well as in an estuary has only scarcely been examined.
Under constant wind conditions the surge during high astronomical tide is
generally lower than during low astronomical tide. Furthermore, constant wind
accelerates the rising of coastal and estuarial water but it prevents the water
from draining off signi cantly better. In case of lesser winds the in uence of the
tidal phase on the surge curve will become increasingly considerable. Wizen
wind speeds  19 to 20 m/s (hourly average), the wind in uence predominates
the tidal effects; for smaller velocities, the in uence of the tidal phase is pre-
vailing. The higher the wind speed, the lesser the tide impact on the surge. Tidal
phase and wind are the central elements shaping surge curves and affecting all
of them.
In Cuxhaven and Hamburg, high water levels close to high tide will come
about when there is strong wind generating a high surge above high water. On
the contrary, storm surges arising from slower wind speeds develop their surge
maxima above low water and show a decreasing intensity approaching Ham-
burg.
1 Einleitung
Der Begriff „Klimakatastrophe“ wurde zum Wort des Jahres 2007 gewählt.
Dies kennzeichnet prägnant die Wahrnehmung des Globalen Klimawandels in
der Öffentlichkeit. Der Klimawandel ist so aktuell wie nie zuvor, und in kurzen
Abständen werden neue Studien und Prognosen hinsichtlich der zu erwartenden
vielfältigen Konsequenzen publiziert bzw. aufgestellt. Neben einem grundsätz-
lichen Anstieg des Meeresspiegels dürfte dabei eine zunehmende Sturmaktivi-
tät (G
IORGI et al. 2004) zu mehr Sturm uten an der Nordseeküste führen. Daher
ist es notwendig, das Sturm utgeschehen besser zu verstehen.
Marburger Geographische Schriften, Heft 145, S. 17 - 32, Marburg 2009
18
Eine rein statistische Erfassung des Geschehens ist jedoch nicht ausrei-
chend, vielmehr muss die Physik der Sturm uten verstanden werden, um den
Charakter jeder Sturm ut interpretieren zu können. Methodisch werden in
dieser Studie die Windstaukurven an verschiedenen Pegeln untersucht, um die
Sturm utentwicklungen im gesamten Bereich zwischen Cuxhaven und Ham-
burg-St. Pauli zu analysieren. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Betrachtung
des gesamten Sturm utverlaufes (G
ÖNNERT 2003) und nicht, wie bei bisherigen
Untersuchungen, nur in der Untersuchung der Scheitelwasserstände.
Sturm uten sind Ereignisse, bei denen sich ein windinduzierter Wasserstau
mit einer astronomischen Tide überlagert. Während Wind während aller Tide-
phasen auftreten und ein Aufstauen des Wassers zur Folge haben kann, führt erst
die Überlagerung von Hochwasser durch einen Sturm zu einer Sturm ut. Wind
tritt aber auch bei Niedrigwasser auf und produziert dort ebenfalls einen Stau,
der Auswirkungen auf das Niedrigwasser haben kann. Diese Wechselwirkung
zwischen Tide und Wind auf den Wasserstand beschreibt die Physik der Sturm-
uten (G
ÖNNERT et al. 2001). Insofern ist die Lage zur Tidephase – gemeinsam
mit dem Wind – das zentrale, jede Windstaukurve formende Element. Dabei
hindert ein gleich bleibender Wind das Wasser erheblich stärker am Ablaufen,
als dass er das Au aufen beschleunigt. Daher ist es besonders interessant, die
Wirkung der Tidephasen auf die Entwicklung der Windstaukurven näher zu
betrachten. In dieser Arbeit werden insgesamt 73 Sturm uten zwischen 1988
und 2005 untersucht.
2 Arbeitsmethode
2.1 Windstau
Anhand der Scheitelhöhe allein ist nicht zu bestimmen, ob eine Sturm ut vor-
liegt, da hier nur der Teil der Sturm ut betrachtet würde, der sich bei Hochwas-
ser abspielt und da deren zeitlicher Verlauf außer Acht gelassen würde. Zudem
ist das Zusammentreffen von Tidehochwasser und maximalem Windein uss
ein Zufallsereignis. Die ausschließliche Betrachtung der Überlagerung dieser
beiden Faktoren bei Hochwasser spiegelt daher nicht das gesamte, bislang
aufgetretene Windgeschehen wider, das einen hohen Wasserstand hätte bilden
können, sondern lediglich einzelne Zufallsereignisse.
Um die Sturm ut als Ganzes erfassen zu können, wird die Windstaukur-
ve betrachtet. Sie gibt den „physikalischen Wert der Sturm ut“ wieder, da die
Energieeinwirkung während jeder Tidephase, also auch bei Tideniedrigwasser,
abgebildet wird (G
ÖNNERT 2003; SIEFERT 1968). Nach SIEFERT (1985) ist eine
Sturm ut auf der Elbe über einen Windstau [W] von mindestens 200 cm zu
irgendeiner Tidephase de niert.
19
Ermittelt wird die Windstaukurve als Differenzkurve zwischen der gelau-
fenen und der Mittleren Tidekurve (Abb. 1). Neben dem Wind selbst haben
auch andere Größen Ein uss auf die Windstaukurven, wie z.B. Luftdruck und
Temperatur von Wasser und Luft, astronomische Wirkungen, Eigenschwingun-
gen des Meeres sowie Fernwellen. Den Anteil dieser Ein üsse quanti zieren
S
IEFERT & LASSEN (1985) mit etwa 10 %, so dass der Wind den mit Abstand
größten Anteil am Windstau einnimmt.
2.2 Parametrisierung der Windstaukurven
Die Untersuchung der Propagation verschiedener Sturm uten entlang der Elbe
geschieht durch den Vergleich der Windstaukurven an den einzelnen Pegeln. Da
diese aus einer Vielzahl an Datenpunkten bestehen und sehr unterschiedliche
Formen aufweisen, ist eine Parametrisierung der Windstaukurven notwendig.
Sie erfolgt durch Annäherung mittels eines Polygonzugs an die realen Kurven
des Windstaus, um die Phasen (Anstieg, Scheitel und Abfall, vgl. Abb. 2) sinn-
voll zu erfassen (G
ÖNNERT 2003; SIEFERT 1978). Besondere Bedeutung kommt
hier dem Windstauscheitel zu, da dieser den Zeitraum des größten Windein us-
ses und – daraus resultierend – des größten Windstaus repräsentiert.
Zur Bestimmung des Scheitelbereiches ist die Betrachtung des Windver-
laufs von entscheidender Bedeutung, da er den Scheitelbereich am klarsten
von Anstieg und Abfall unterscheidet. Der Verlauf des Windstaus folgt dem
Abb. 1: De nition der Windstaukurve
Quelle: S
IEFERT 1978: 60
20
des Windes in der Regel mit etwa 3 Stunden Abstand (GÖNNERT 2003; SIEFERT
1978).
Für die 73 in dieser Arbeit untersuchten Sturm uten konnten 55 Windstau-
maxima identi ziert werden. Ein Windstauereignis kann über mehrere Hoch-
wasserscheitel andauern, so dass der Windstauscheitel einer Windstaukurve
über mehrere Tiden anhält, die als einzelne Sturm uten gezählt werden.
3 Lage der Windstaumaxima zur Tidephase
Das Zusammentreffen von Wind und Tidephase erfolgt rein zufällig. Zu erwar-
ten wäre demzufolge eine ausgeglichene Verteilung der Windstaumaxima über
die gesamte Tidekurve. Bei der Betrachtung der Verteilung der 55 untersuchten
Windstaumaxima in ihrer Lage zur Tidephase fällt allerdings deren häu ges
Eintreten zu Niedrigwasser sowohl in Cuxhaven als auch in Hamburg auf (vgl.
Abb. 3). Diese Häufung trifft auch auf andere Pegel in der Deutschen Bucht zu,
wie G
ÖNNERT (2003) für Norderney und Wittdün zeigte.
Schon T
OMCZAK (1960) stellte fest, dass die Höhe des Windstaus von der
Wassertiefe und damit von der Tidephase abhängig ist. Folglich nimmt die
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
28.01.02 12h 28.01.02 16h 28.01.02 20h 29.01.02 00h 29.01.02 04h 29.01.02 08h
[cm] PN [cm] = NN -5,00 [m]
5
15
25
35
[m/s]
Scharhörn
Windgeschwindigkeit
180
240
300
360
[Grad]
Windrichtung
Pegel Cuxhaven
Sturmflut Nr. 236 vom 28.01.2002
Anstieg
Scheitel
Abfall
Abb. 2: Parametrisierung einer Windstaukurve am Beispiel der Sturm ut Nr. 236
Entwurf Bremer 2008
21
Windstauhöhe bei gleich bleibendem Wind mit zunehmender Wassertiefe ab.
TOMCZAK (1960) berechnete für das mittlere Verhältnis von W
MThw
zu W
MTnw
in Cuxhaven einen Wert von 4:5, allerdings mit erheblichen Abweichungen.
Somit erreicht das Windstaumaximum über Hochwasser höchstens 80 % des
Maximums über Niedrigwasser.
S
IEFERT (1998b) untersuchte ebenfalls das Verhältnis von W
MThw
zu W
MTnw
.
Die höchsten bislang gemessen Windstaumaxima in Cuxhaven traten über
Niedrigwasser auf, die höchsten um Hochwasser eingetretenen Windstaumaxi-
ma liegen deutlich darunter (vgl. Tab. 1).
Bei der Betrachtung von Sturm uten, „deren Windstaumaximum W um
Niedrigwasser auftrat und bei denen der Wind sich über die Tide nicht wesent-
lich veränderte“ (LAG 1988, S. 36f.), wurde im Rahmen der Ermittlung des
Bemessungswasserstandes 2085A für die Elbe ein maximales Verhältnis von
Abb. 3: Lage der Windstaumaxima der untersuchten Sturm uten zur Tidephase
an den Pegeln Cuxhaven und Hamburg-St. Pauli
Entwurf Bremer 2008
Pegel Cuxhaven
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-2:00
-1:00
Tnw
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
Thw
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
Tnw
13:00
14:00
Stunden vor bzw. nach MTnw
Anzahl der Windstaumaxima
Pegel Hamburg-St. Pauli
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-2:00
-1:00
Tnw
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
Thw
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
Tnw
13:00
14:00
Stunden vor bzw. nach MTnw
Anzahl der Windstaumaxima
W (MTnw) = max. Wind-
stau um MTnw (cm)
Datum
W (MThw) = max. Wind-
stau um MThw (cm)
Datum
430 23.12.1894 375 16./17.2.1962
430 23.2.1967 365 3.1.1976
410 3.1.1976 360 3./4.2.1825
400 10.2.1949
Tab. 1: Höchste Windstaumaxima um Tnw und Thw in Cuxhaven
Quelle: S
IEFERT 1998b: 233, verändert
22
WMThw : WMTnw von 90 % ermittelt. Dieses Verhältnis wurde in den Jahren
1995/96 und 2007 bei den Überprüfungen des Bemessungswasserstandes be-
stätigt (S
IEFERT 1998b; GÖNNERT 2007). Dabei stellt das Verhältnis WMThw :
WMTnw = 90 % das Maximalverhältnis dar; WMThw kann also auch deutlich
unter 90 % von WMTnw liegen. Für das von S
IEFERT (1998b) ausgewertete
Kollektiv an Sturm uten ergaben sich ein Mittelwert von 67 % und ein Mini-
malwert von nur 29 % (Sturm ut Nr. 198). In Abb. 4 wird verdeutlicht, wie der
Windstau trotz gleich bleibenden Windes schwanken kann.
Einen weiteren Grund für die Häufung der Windstaumaxima um Niedrig-
wasser liegt nach S
IEFERT & LASSEN (1986) in der Konzentration kinetischer
Energie durch au andige Winde bei ablandiger Ebbströmung. Die Seekarte
(BSH, Blatt 44) weist für die Elbmündung bei Cuxhaven (Tonne 28, ca. 8 km
nördlich) maximale Flut- bzw. Ebbstromgeschwindigkeiten von knapp 3 kn in
beide Richtungen aus. Diese Differenz von bis zu 6 kn bewirkt eine direkte Ver-
stärkung der relativen Windgeschwindigkeit bei ablaufendem Wasser um bis zu
3 m/s gegenüber au aufendem Wasser (1 m/s = 1,99 kn), was zur Erhöhung des
Windstaus während der Ebbe führt.
Aufgrund der Beobachtung, dass die Höhe des Windstaus bei gleich blei-
bendem Wind mit Kentern des Stromes von der Ebbe in die Flut deutlich ab-
zunehmen beginnt, lässt sich schließen, dass die Höhe des Windstaus nicht nur
vom Wasserstand (Hoch- oder Niedrigwasser), sondern auch von der vorherr-
Abb. 4: Schwankender Windstau bei gleich bleibendem Wind
0
100
200
300
400
500
600
700
800
17.10.91 02h 17.10.91 08h 17.10.91 14h 17.10.91 20h 18.10.91 02h
[cm] PN [cm] = NN -5,00 [m]
180
240
300
360
[