Sanddünen

Ein Foto von Wind in Aktion. Die hellen Streifen am Strand sind Sandkonzentrationen, die sich über den nassen Strand in Richtung der Dünen bewegen.

Inhalt

• Wie entstehen Sanddünen?
• Typen von Sanddünen
• Künstliche Sanddünen
• Gebräuchliche Dünenformen
• Ausblasungen
• Querbeet
• Dünengräser und Dünen
• Probleme mit aufgeschütteten und künstlichen Dünen

Wie entstehen Sanddünen?

Obwohl nicht mehr als ein Haufen vom Wind verwehter Sand, nehmen Dünen eine bemerkenswerte Bandbreite an Größen und Formen an, abhängig von der Menge des verfügbaren Sandes, der Größe des Sandes und den vorherrschenden Windrichtungen. Mit der Zeit können Dünen wachsen, schrumpfen oder sich in die Richtung der vorherrschenden Winde bewegen. Dünen können sowohl von der Natur als auch von Menschen geschaffen und zerstört werden. Dünen können über Bäume und Gebäude rollen oder von Stürmen weggespült werden.

Abbildung 1.10. Ein Foto vom Juli 1999 von einer Erosionskuppe auf der Frontdüne am Caswell Beach. In einem natürlichen System würde diese Erosion dem Strand als Teil der natürlichen Sturmreaktion Sand zuführen. Aber wenn die Häuser im Weg sind, schafft das natürliche Strandgleichgewicht ernsthafte Probleme für die Strandgemeinden. Im Hintergrund, auf dem nächstgelegenen Hüttendach, das nun dem Strand ausgesetzt ist, angelt jemand in der Brandungszone.

Der Strand ist die einzige Sandquelle für Küstendünen, und jedes einzelne Sandkorn in einer Düne ist irgendwann in seiner Geschichte über den Strand gekommen. Tatsächlich hat jedes Korn die Reise wahrscheinlich viele Male gemacht (Abb. 3.1), denn wenn der Wind dreht und ablandig weht, gehen einige der Körner direkt zurück zum Strand. Die auffällige Steilküste (siehe Abb. 1.10), die oft nach einem Sturm am Dünenfuß zu sehen ist, ist ein Beweis dafür, dass die Wellen den Dünensand wieder an den Strand zurückverteilt haben. Der Sand kann sowohl vom Sundstrand als auch vom ozeanseitigen Strand an Land kommen.

Der Dünenaufbau wird durch die charakteristischen auflandigen Küstenwinde unterstützt. Unabhängig von den allgemeinen Windzirkulationsmustern der Region werden die Winde zumindest zeitweise auflandig wehen, und wenn es Vegetation gibt, wird ein Teil des Sandes eingefangen, um eine Düne zu bilden. Nicht nur der Sand wird bewegt, sondern die Energie wird manchmal auch auf andere Objekte übertragen. Eine Glasflasche, die am Strand zurückgelassen wird, wird mattiert. Da die Sandkörner den Glanz und die Klarheit der Glasoberfläche abstrahlen.

Abbildung 3.2. Spartina (Salzwiese) Stroh am Strand auf Ocracoke Island. Der Strohsaum hat Sand angesammelt und liefert nun Nährstoffe für alle Pflanzen, die hier ausgesät werden.

Dünen beginnen in der Regel als Sandhaufen, die sich im Windschatten von Strandabfällen wie Seegras (vor allem Sargassum), Klumpen von Salzwiesenstroh und einer Vielzahl menschlicher Abfälle (Fischernetze, Flaschen, Hölzer) ansammeln (Abb. 3.2 und 3.3). Strandgut verlangsamt den Wind oder blockiert ihn, wodurch sich Sand im Windschatten“ des Objekts ansammelt. Schließlich finden Dünengras-Samen (vor allem Strandhafer) ihren Weg zu den neuen Sandhaufen, keimen, sprießen und fangen mehr Sand ein. Die verrottende Vegetation, der Seetang oder das Salzwiesengras, das die Sandanhäufung zu Beginn verursacht hat, liefert nun Nährstoffe, die den neuen Sämlingen beim Überleben helfen. Während die Pflanze wächst, sorgt sie dafür, dass sich mehr und mehr Sand ansammelt. Wenn alles gut geht und die Brandungszone weit genug entfernt bleibt, ist eine neue Düne geboren! Während diese embryonalen Dünen wachsen, schiebt sich die Vegetation immer weiter nach oben und hält einen Großteil des Sandes an Ort und Stelle.

Typen von Sanddünen

Abbildung 3.3. Vor der Düne am Holden Beach aufgestapelte Weihnachtsbäume im März 2002. Solche Maßnahmen werden in der Hoffnung ergriffen, dass die Bäume Sand einschließen und die Düne aufbauen, aber im Allgemeinen hat dieser Ansatz nicht funktioniert, und der Strand wird lediglich mit toten Bäumen zugemüllt.

Gemeinsam wird die Düne am hinteren Ende eines natürlichen Strandes als Vorläuferdüne bezeichnet, ein Sandrücken, der sich mit seiner Achse oder seinem Kamm parallel zur Küstenlinie bildet. Eine solche Düne oder ein solcher Sandrücken in Verbindung mit einem Strand wird auch als Strandkamm bezeichnet. Die Vegetation dient als Anker für das vom Wind verwehte Sediment und erzeugt ein kontinuierliches Dünenwachstum. Wenn das Gras durch Stürme, Feuer, Zertrampeln, Überweidung oder einfach durch zu viel Sand, der über den Strand an Land kommt, entfernt wird, werden die Dünen destabilisiert und können beginnen, landwärts zu wandern.

Medaños ist der Begriff, der verwendet wird, um isolierte große Dünen in Küstengebieten zu beschreiben. Medaños leiten ihren Namen von dem spanischen Wort für „Küstensandhügel“ ab und sind ein charakteristischer Typ von unbewachsenen Dünen. Diese hohen, steilen, isolierten Sandhügel haben enorme Sandmengen und sind zwischen zehn und mehreren hundert Fuß hoch. Medaños werden durch Winde gebildet, die den Sand aus verschiedenen Richtungen nach oben zum Gipfel treiben. Trotz des Fehlens von Vegetation wandern Medaños nur langsam, vielleicht wegen der vielen verschiedenen Windrichtungen, die den Wind zu den Dünen transportieren.

Diese Dünen sind nicht gut verstanden und stellen vielleicht einfach nur Sandhaufen dar, wo eine außergewöhnlich große Menge Sand an den Strand kommt. Aber warum sollte die große Menge an Sand an einer bestimmten Stelle von der Uferoberfläche an Land kommen? Die Antwort auf den Ursprung der Outer Banks Medanos muss auf dem Kontinentalschelf liegen, der eigentlichen Quelle des Sandes. Künstliche Dünen kamen im 20. Jahrhundert hinzu, als die Menschen begannen, Dünen zu bauen, um zu versuchen, die Küstenlinie an Ort und Stelle zu halten. Versuche, bestehende Dünen zu verbessern oder neue Dünen zu schaffen, beinhalten in der Regel die Anpflanzung von Dünengräsern und/oder die Verwendung von „Sandzäunen“. Die Zäune reduzieren die Windgeschwindigkeiten und bewirken, dass sich Sand in ihrem Schatten ablagert und ansammelt. Sie arbeiten mit unterschiedlichem Erfolg. Eine Studie in New Jersey zeigte, dass die wichtigste Aufgabe der Sandzäune darin bestand, Menschen von den neuen Dünen fernzuhalten, damit die Dünenpflanzen gedeihen konnten.

Künstliche Sanddünen

Bulldozer sind zu einer gängigen Form des künstlichen Dünenbaus geworden, zum Teil, weil der Ansatz mit Vegetation und Zäunen einige Zeit braucht, um Sand einzufangen und eine neue Düne zu bauen. An vielen Stränden sind Bulldozer das ganze Jahr über aktiv und schieben Sandhaufen im hinteren Teil des Strandes auf. Wir können diese Sandaufschüttungen kaum als Dünen bezeichnen, da ihnen alle Merkmale natürlicher Dünen fehlen (z. B. gut sortierter und geschichteter Sand, der das Wachstum stabilisierender Dünengräser unterstützt). Der Urvater der künstlichen Dünen war das alte Dünenbauprojekt des Civilian Conservation Corps (CCC) auf den Outer Banks in North Carolina, USA in den 1930er Jahren. Diese alte Dünenlinie wird bei Stürmen oft durchbrochen und neue große künstliche Dünen stopfen die Löcher in der Linie. Einst wurden dort sogar alte Autos zur Dünenstabilisierung eingesetzt!

Die Motivation hinter der künstlichen Dünenstabilisierung war es, eine erodierende Küstenlinie an Ort und Stelle zu halten. Ironischerweise hat der Bau neuer Dünen wahrscheinlich wenig Einfluss auf die Erosionsraten. Das Sandvolumen in den Dünen ist sehr klein im Vergleich zu dem Sandvolumen, das an der Erosion beteiligt ist. Der Rückzug der Küstenlinie ist eigentlich ein Rückzug der gesamten Uferfläche, die ein großes Sandvolumen darstellt, das um ein Vielfaches größer ist als das Volumen der Vorlanddünen. Daher können Dünen im Erosionsprozess weggeschwemmt werden und tragen nur wenig dazu bei, die Küstenlinie zu halten.

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Gängige Dünenformen

Abbildung 3.4. Ein Überschwemmungspass zwischen niedrigen natürlichen Dünen auf Ocracoke. Seegras fördert die Bildung einzelner Dünen (anstelle einer durchgehenden Dünenreihe), die durch Pässe oder niedrige Bereiche getrennt sind, die eine Überspülung ins Innere der Insel ermöglichen. Dieses Eindringen von Sediment ist wichtig, da es der Insel hilft, ihre Höhe als Reaktion auf den Anstieg des Meeresspiegels zu erhöhen.

Die Größe einer Düne ist hauptsächlich eine Funktion der Sandzufuhr: je größer die Zufuhr vom Strand, desto höher die Düne. Die vorherrschenden Windrichtungen, die Breite des Strandes und die Zeit, die für den Aufbau einer Düne zur Verfügung steht, sind Teil des Sandangebots. Am wichtigsten ist jedoch der verfügbare Sand aus dem Meer. Bislang ist nicht klar, warum an manchen Stellen mehr Sand an Land kommt und große Dünen bildet, während 100 Meter weiter die Dünen klein und niedrig sind. Die meisten Vorlanddünen haben gelegentlich Lücken zwischen sich, durch die die Sturmwellen in die Inseln eindringen. Diese Öffnungen werden als Überspülungspässe bezeichnet (siehe Abb. 3.4) und sie sind sehr wichtig für die Entwicklung der Inseln, besonders in einer Zeit des steigenden Meeresspiegels. Überspülungspässe ermöglichen die Ansammlung von sturmbedingtem Sand, der die Inseln anhebt (siehe unten). Einige Überschwemmungspässe sind das Ergebnis künstlicher Einschnitte durch Dünen an den Enden von Straßen und Wegen. Selbst solche, die natürlich zu sein scheinen, sind oft das Ergebnis von Wellen, die eine schwache Zone durchbrechen (Abb. 3.6), die durch menschliche Aktivitäten (z. B. Fußwege, Einkerbungen auf der Rückseite für Bauarbeiten oder eine bessere Aussicht auf das Meer) verursacht wurden. Wenn die Vordüne sehr groß ist, gibt es keine Überspülungslücken. Überspülte Ablagerungen auf der Dünenrückseite sind aufgrund ihres hohen Muschelanteils leicht von Dünensanden zu unterscheiden. Wellen können Muscheln an Land bringen, aber Winde nicht.

Auswaschungen

Abbildung 3.6. Strandbuggy-Trails durch die Dünen südlich von Fort Fisher. Es ist klar, dass der uneingeschränkte Fahrzeugverkehr der Dünenvegetation schadet.

Eine Art der Erosion von Sanddünen besteht darin, dass der Wind den Sand remobilisiert und aus der Düne herausbläst, ein Prozess, der als Deflation bekannt ist. Das häufigste Deflationsmerkmal ist der Blowout, eine schüsselförmige Vertiefung mit einem flachen Boden, der unterhalb der Höhe der meisten angrenzenden Dünen liegt. Blowouts haben einen flachen Boden, weil der Sand weggeblasen wird, bis die Sandoberfläche die Oberkante des Grundwasserspiegels erreicht. Auf diesem Niveau widersteht der nasse Sand dem Wegblasen und die Oberfläche wird bewachsen. Sie können diese Kontrolle des Grundwasserspiegels über die Windprozesse testen, indem Sie mit Ihren Händen ein Loch in einem Blowout in North Carolina graben. Weniger als eine Unterarmlänge unter der Oberfläche werden Sie Süßwasser erreichen.

Cross Bedding

Je schneller der Wind, desto größer sind die Sandgrößen, die aufgenommen und bewegt werden können. Da sich die Geschwindigkeit und Richtung des Windes ständig ändert, variiert das Aussehen einer Dünenoberfläche in Textur, Farbe, Korngröße und Bettformen fast täglich. In der Düne bauen sich aufeinanderfolgende Schichten aus vom Wind verwehtem Sand auf und mit der Zeit bilden die Schichten eine einzigartige Art der Schichtung oder Schichtung, die als Wind-Querbettung bezeichnet wird. Querbetten, die man normalerweise in Erosionsrillen am Strand sehen kann, haben mehrere Sätze von Sandschichten, die in verschiedenen Winkeln geneigt sind (Abb. 3.7). Jede einzelne Schicht deutet auf eine frühere Oberfläche der Düne hin.

Die Dünenschichtung besteht in der Regel aus Hunderten von sehr dünnen, sich abwechselnden Schichten aus Quarzsand, Muschelfragmentsand und schwerem mineralischem Sand sowie einigen Schichten, die Mischungen aus allen drei sind. Die schwarzen Schichten, manche nur ein oder zwei Körner dick, sind die Schwermineralschichten. Muschelfragmentschichten sind meist braun gefärbt. Diese Schichten wurden jeweils unter unterschiedlichen Windverhältnissen abgelagert. Möglicherweise können einzelne Windstöße einige Schichten bilden, während andere die Windverhältnisse über Minuten bis Stunden widerspiegeln. Einige Schichten entstehen durch das Abtragen von leichten Körnern, die eine dunkle Schicht schwerer Mineralien zurücklassen. Die Oberfläche der Düne, auf der Sie gerade gehen, wird eines Tages eine Schicht sein, die in einem Erosionshang am Strand freigelegt wird! Vielleicht bleiben sogar Ihre Fußabdrücke übrig.

Dünengräser und Dünen

Abbildung 3.7. Querbettung in einer Düne in Kill Devil Hills. Es sind zwei unterschiedliche Orientierungen der Schichtung zu erkennen, wobei die obere, fast flache Schichtung die unteren Schichten scharf abschneidet. Jede der hier sichtbaren Schichten befand sich einst an der Oberfläche der Düne.

Dünengras stabilisiert den Sand, in dem es wächst, und die Art und Weise, wie sich das Gras ausbreitet, beeinflusst zwangsläufig die Form der Düne. Aufgrund der büschelweisen Ausbreitung einiger Gräser können Dünen, die von Gras dominiert werden, Lücken oder Überspülungspassagen aufweisen. Solche Lücken erleichtern das Eindringen von Sturmwellen auf die Insel. Im Gegensatz dazu können Dünen, die von anderen Grasarten dominiert werden, weniger Lücken aufweisen. Dies verhindert oder reduziert die Sturmüberspülung, außer bei größeren Stürmen. Das Durchdringen der Sturmwellen durch die Dünen ist wichtig, weil dadurch Überschwemmungssand auf die Insel gelangt und ihre Höhe erhöht. Vertikales Wachstum durch den angesammelten Überspülungs- und Dünensand ist wichtig, damit sich eine Barriereinsel mit einem steigenden Meeresspiegel entwickeln kann.

Wenn Gräser die Dünenlinie stabilisieren, setzen sich weitere Pflanzen durch, besonders auf der geschützteren landwärtigen Seite der Düne. Pflanzen auf Inseln und in Strandnähe brauchen unterschiedlich viel Schutz vor Wind und Salznebel. Wenn sich mehrere Dünenkämme bilden, werden die Senken dazwischen von Sträuchern, Lianen, kleinen Bäumen besiedelt, und schließlich kann in der Sukzession der Pflanzen ein maritimer Wald entstehen. Unter natürlichen Bedingungen sind die Arten und die Dichte der Vegetation Indikatoren für das Alter und die Dauer der Stabilität von Dünen. Gräser können sich innerhalb einer Saison etablieren, aber Sträucher brauchen 10 bis 20 Jahre, um sich zu etablieren, und Jahrzehnte, sogar Jahrhunderte, sind nötig, um einen maritimen Wald wachsen zu lassen. Wenn reifer Wald für die Bebauung entfernt wird, wird das vegetative Gleichgewicht gestört. Überweidung durch Rinder und Pferde, ein weitverbreitetes Problem in einigen Gebieten, entfernt bestimmte Pflanzenarten, beschädigt Salzwiesen und verhindert das Wachstum unter den Baumkronen maritimer Wälder.

Probleme mit Bulldozern und künstlichen Dünen

An vielen Stränden ist es mit den richtigen Genehmigungen legal, Strände mit Bulldozern aufzuschütten, um „Dünen“ zu bilden oder zumindest Sandhaufen zum Schutz vor Stürmen vor Gebäuden aufzuschütten. Abgetragene „Dünen“ sind leicht zu erkennen. Diese „Dünen“ haben eine andere Form als natürliche Dünen und sehen oft wie große Sandhaufen aus, die auf den Strand gekippt wurden. Diese Sandhaufen enthalten viel Muschelmaterial, ein seltener Bestandteil von natürlichem Dünensand. Nach ein paar Tagen am oberen Strand bläst der Wind den feineren Sand an der Oberfläche weg, wodurch sich eine Schicht aus Muscheln oder „Muschellage“ auf der Oberfläche einer abgetragenen Düne bildet. Da der Wind oft keine Muscheln in die Dünen blasen kann, ist die Muschelschicht ein positiver Indikator dafür, dass der Bulldozer zu Besuch war. Natürliche Dünen, insbesondere solche mit Wurzeln, die sich im Sand verfangen haben, bilden ein solides (wenn auch temporäres) Bollwerk gegen einen kleineren Sturm. Wenn sie von Wellen angegriffen werden, bildet sich schnell eine Steilküste oder ein kleiner Abhang. Nachfolgende Wellen werden zumindest teilweise von der Steilküste reflektiert, rollen den Strand hinunter und prallen auf die nächste Welle, die an Land kommt. Nach und nach bewegt sich die Dünenböschung unter dem Angriff der Wellen landwärts. Zur Verstärkung und Festigung natürlicher Dünen tragen (neben der positiven Wirkung von Pflanzenwurzeln) die elektronischen Kräfte oder Vanderwaal-Kräfte zwischen den gleichgroßen Sandkörnern und dem Wasser zwischen den Körnern bei. In mit Bulldozern aufgeschütteten „Dünen“, die aus Strandsand mit einem breiten Größenspektrum von Quarzkörnern und Muschelfragmenten bestehen, sind weder Wurzeln noch Vanderwaal-Kräfte zur Stabilisierung der Ablagerung am Werk. Infolgedessen erodieren die künstlichen Dünen mit viel größerer Leichtigkeit. Der abgetragene Sand, abzüglich der Tiere, die einst dort lebten, kehrt an den Strand zurück (normalerweise während des nächsten Sturms) und die Dünen werden abgeflacht und ins Landesinnere gespült.

Beach Bulldozing, oder Beach Scraping, entfernt eine dünne Sandschicht aus der inneren Schwemmzone (normalerweise einen Fuß oder weniger dick) in dem Versuch, zusätzliche Sandansammlung zu fördern. Oft wird jedoch die gesetzliche Grenze von einem Fuß Eindringen in den Strand verletzt. Der abgekratzte Sand wird an den hinteren Teil des Strandes geschoben, normalerweise in einen niedrigen Sandrücken. Das Abtragen von Sand ist keine gute Sache für Strände. Zum einen ist die Entnahme von Sand von irgendeinem Teil des Strandes eine Form der Stranderosion, schlicht und einfach. Zum anderen tötet es die Organismen im Strand – die Maulwurfskrabben, die Muscheln und all die mikroskopisch kleinen Organismen, die zwischen den Sandkörnern leben. Tagelang nach dem Bulldozer-Einsatz haben Möwen einen unerwarteten Glücksfall: Sie stürzen sich auf die gestrandeten und kämpfenden Strandtiere, die nun hoch und trocken in der Bulldozer-Düne liegen. Der Geruch von verrottenden Organismen während der Zeit nach dem Bulldozer kann auch eine unangenehme Atmosphäre für Strandspaziergänger schaffen. Der Prozess wirkt sich auf die gesamte Nahrungskette aus, einschließlich der Küstenvögel und der küstennahen Fische.

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