Response of the wadden sea to a rising sea level: a Predictive empirical model

Summary

A clue to the stratigraphic evolution in the case of a barrier island migrating up against a landward obstruction has recently been obtained from a detailed analysis of sediment patterns in the mesotidal backbarrier environment of the Wadden Sea (southern North Sea). Here the landward boundary is man-made and comprises a continuous dike line constructed in the wake of extensive land reclamation over the past 1000 years. Sea-level rise currently amounts to 25 cm/century. The system is further characterized by a lack of external sediment supply and a pronounced cross-shore energy gradient resulting in progressive landward fining of the backbarrier sediments. Adjacent to the dike the depositional system today is dominated by mixed flats with mud contents rarely exceeding 30%. Land reclamation has thus truncated the natural succession of sediment facies by eliminating mud flats and salt marshes. Contrary to expectations, the re-establishment of a complete but compressed facies sequence incorporating mud flats and salt marshes has not materialized. This would suggest that energy levels at the foot of the dike today are considerably higher than was previously the case along the undiked shoreline. A quantitative relative measure of backbarrier energy levels is the mean settling velocity of the sediment. In extreme cases the system has reached the stage where the finest sands with settling velocities below 0.3 cm s^-1 (mean grain sizes < 0.1 mm) are being eliminated. It is postulated that, in the wake of continued sea-level rise and associated landward migration of the barrier island system, the sediment elimination process adjacent to the dike will continue and involve progressively coarser sediments. In the case of the Wadden Sea, the settling-lag and scour-lag mechanism by which fine-grained sediments are carried shoreward must be modified to incorporate an export loop for those particle sizes which have settling velocities below the local elimination threshold.

The sediment elimination process outlined above is triggered by the rigid man-made boundary which prevents landward displacement of the depositional system onto the adjacent coastal plain. This model may be applicable to natural systems migrating towards a coastal cliff or a steeply rising hinterland in the course of transgression. It is postulated that in such cases an analogous loss of intertidal facies belts adjacent to the shoreline will occur and that this should be revealed in the stratigraphic record by upward coarsening, onlapping sequences.

Zusammenfassung

Eine neuere ausführliche Analyse der Sedimentmuster im mesotidalen landseitigen Watt der südlichen Nordsee gibt Aufschlu\ über die stratigraphische Evolution im Fall einer sich landwÄrts verlagernden Barriereinsel. Die landseitige Begrenzung ist hier eine im Zuge der Landgewinnung der vergangenen 1000 Jahre künstlich geschaffene durchgehende Deichlinie. Der Meeresspiegelanstieg betrÄgt zur Zeit 25 cm in 100 Jahren. Kennzeichnend für das Gebiet ist die fehlende Sedimentzufuhr von au\en und ein ausgeprÄgter küstennormaler Energiegradient, aufgrunddessen die Ablagerungen landwÄrts zunehmend feiner werden. Angrenzend an den Deich herrscht im Ablagerungssystem Mischwatt vor, dessen Schlickgehalt selten über 30% liegt. Im Zuge der Landgewinnung ist demnach durch das Verschwinden von SchlickwattflÄchen und Salzmarschen die natürliche Abfolge der Sedimentfazies gekappt worden. Entgegen den Erwartungen hat es keine Neubildung einer vollstÄndigen, jedoch komprimierten Faziesfolge mit Schlickwatten und Salzmarschen gegeben. Das deutet darauf hin, da\ die Energieeinwirkung am Deichfu\ heute erheblich höher ist als früher an der nicht eingedeichten Küstenlinie. Ein quantitatives relatives Ma\ für die Energieeinwirkung ist die mittlere Partikelsinkgeschwindigkeit. Das vorliegende System hat im Extremfall das Stadium erreicht, in dem die feinsten SÄnde mit Sinkgeschwindigkeiten unter 0,3 cm s^-1 (mittlere Korngrö\en < 0,1 mm) verschwunden sind. Es wird postuliert, da\ sich im Zuge des Meeresspiegelanstiegs und der damit verbundenen landwÄrtigen Verlagerung der Barriereinseln der Abtransport des feinkörnigen Materials am Deichfu\ fortsetzen wird unter Einschlu\ zunehmend gröberer Partikel. Im Fall des Wattenmeers mu\ der Sedimentations- und Auskolkungsmechanismus, der feine Partikel zur Küste hin transportiert, durch eine Abtransportschleife für die Korngrö\en ergÄnzt werden, deren Sinkgeschwindigkeit unterhalb der lokal gültigen Schwelle liegt.

Der beschriebene Proze\ wird durch die künstlich geschaffene Grenze ausgelöst, die die landwÄrtige Verlagerung des Ablagerungssystems in Richtung auf die angrenzende Küstenebene verhindert. Das Modell kann bei natürlichen Systemen Anwendung finden, die sich transgressionsbedingt auf ein Küstenkliff oder auf steil ansteigendes Hinterland zubewegen. Es wird angenommen, da\ es in solchen FÄllen analog zum Verlust von küstennahen Faziesgürteln im intertidalen Gezeitenbereich kommt, was im stratigraphischen Signal durch gröbere, übergreifende Sequenzen zu erkennen sein mü\te.