Original paper
In situ rounding of quartz grains within an African surface weathering profile in North West Ngamiland, Botswana
Mc Farlane, M.J. Coetzee
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 51 Issue 3 (2007), p. 269 - 286
published: Sep 20, 2007
DOI: 10.1127/0372-8854/2007/0051-0269
ArtNo. ESP022005103000, Price: 29.00 €
Abstract
A basal sandstone was regarded as the lowest component of the thick, unconsolidated sands and silts assigned to the Kalahari Sediments in the north west Ngamiland area of Botswana. The roundness of the quartz grains in the sandstone was taken to indicate physical transport. This seriously conflicts with recent evidence which indicates that the sandstone is a component of an in situ weathering profile. Here the results of ESEM examination of the sandstone, of unconsolidated material above it and of the underlying weathered Damaran metasediments are presented.Quartz grain rounding and shrinkage are achieved in situ in the basal sandstone by repeated alteration of a thin surface layer to an amorphous form which becomes detached, exposing a shallowly etched surface. Within the underlying Damaran metasediments, dominated by surviving interlocking crystalline textures, the more weathered partings show similar alteration of the originally angular quartz crystals. Discrete areas of interlocking crystalline textures survive within the basal sandstone, providing further evidence of a continuity of alteration processes across the boundary between the Damaran metasediments and the basal sandstone. The process of quartz grain rounding continues in the overlying unconsolidated silts and sands. No evidence was found to support the assumption that the grain rounding here indicates mechanical transport. The rounding is attributed to an in situ process of repeated alteration and exfoliation of the altered rind.
Kurzfassung
Als unterster Bestandteil der mächtigen, unverfestigten Sande und Schluffe der Kalahari-Sedimente des Ngamilands im Nordwesten von Botswana wird ein basaler Sandstein angesehen. Die im Sandstein enthaltenen Quartzkörner zeigen eine Zurundung, weswegen einen Transport angenommen wurde. Dies widerspricht jedoch der Tatsache, dass der Sandstein eindeutig ein Teil eines in situ-Verwitterungsprofils darstellt. Diese Arbeit stellt die Ergebnisse von elektronenmikroskopischen Untersuchungen des Sandsteins, vom unverfestigtem Material darüber sowie von den verwitterten DamaranMetasedimenten im Liegenden des Sandsteins vor.Im basalen Sandstein ist die Zurundung der Quarzkörner sowie die Verringerung ihrer Korngröße das Resultat immer wieder kehrender Verwitterung. Diese Verwitterung erfasst einen dünnen Bereich der Kornoberflächen und führt bis hin zu amorphen Formen, die abgelöst eine leicht verätzte Oberfläche offenbaren. In den darunter liegenden DamaraMetasedimenten, die von Überresten kristalliner Gesteine beherrscht werden, zeigen die stärker verwitterten Partien eine ähnliche Verwitterung der ursprünglich angularen Quartz-kristalle. Im basalen Sandstein sind einzelne Bereiche damit korrespondierender kristalliner Texturen erhalten, wodurch ein weiterer Beleg für eine fortgesetzte Verwitterung, über die Schichtgrenze zwischen Damaran-Metasedimenten und basalem Sandstein hinaus, sichergestellt ist. Die Zurundung der Quarzkörner durch Verwitterungsprozesse setzt sich in den überlagernden unverfestigten Schluffen und Sanden fort. Es wurde kein Hinweis dafür gefunden, der die Annahme unterstützen würde, dass die Zurundung der Körner durch einen mechanischen Transport hervorgerufen worden sei. Die Zurundung der Quarzkörner ist auf in situ-Verwitterung zurückzuführen, bei der wiederholt die Kornoberflächen angegriffen und die dünnen Verwitterungsrinden entfernt wurden.
Résumé
Les grès de base constituent le niveau inférieur du complexe sableux et silteux considéré dans notre région d'étude (Nord-Ouest Ngamiland, Botswana) comme les Sédiments du Kalahari. L'émoussé des grains de quartz est interprété comme le résultat d'un transport physique. Ceci est en contradiction flagrante avec le fait découvert récemment que les grès constituent en fait la partie supérieure d'un profil d'altération in situ. Sont présentés ici les résultats d'une analyse au ESEM du matériel récolté tant dans les couches altérée de surface que dans les métasédiments du Damara. L'émoussé et le diminution des grains des grès de base sont dus à l'alteration répétée d'une fine pellicule qui devient amorphe et qui, après départ, découvre une surface finement gravée. Dans les métasédiments du Damara où subsistent de nombreuses structures imbriquée. Les parties les plus altérée montrent une altération similaire à partir de cristaux qui étaient anguleux à l'origine. De larges zones de structure imbriquée subsistent au sein même des grès de base fournissant ainsi la preuve d'une continuité de l'altération de part et d'autre du contact entre métasédiments et grès de base. L'émoussé des grains de quartz continue de se former dans les sables et silts superficiels non consolidés. Aucun élément susceptible de fournir un argument en favour d'un émoussé dû à un transport mécanique, n'a été rencontré. L'émoussé est attribué à une altération in situ des grains suivie d'une exfoliation de la partie ainsi alterée.