Einleitung
Unter Verwitterung wird die Zersetzung von Gestein verstanden. Es gibt mehrere Prozesse, die Zerfall und Zersetzung an oder nahe der Erdoberfläche verursachen. Beispielsweise gehören Wasser, Eis, Wind und Temperatur dazu. Das Ergebnis ist Gesteinszerstörung. Bei physikalischer Verwitterung bleiben die gesteinsbildenden Minerale erhalten. Ist die Verwitterung chemischer Natur werden sie um- bzw. neu gebildet. Klimabedingte Verwitterung ist, gemeinsam mit Erosion, Transport und Sedimentation, ein exogener Faktor. Vulkanische oder tektonische Verwitterung hingegen endogen.
In der Umgangssprache werden die Verwitterungsprozesse an Werken aus Naturstein als Steinfraß bezeichnet.
(Quelle: eigenes Foto: Sigismundkapelle Oberwittighausen)
Dabei gliedert sich Verwitterung nach:
- Physikalischen Faktoren.: Frost, Salz, Druckentlastung, Quelldruck, Hydration und Thermik
- Chemischen Faktoren.: Wollsackverwitterung, Kohlensäure, Lösung und Hydrolyse
- Biogenen Faktoren: Physikalisch-biotisch (beispielsweise durch Vegetation, d. h. durch Pflanzenwurzeln) und Chemisch-biotisch (z. B durch Kohlensäure, durch Bildung anderer Säuren und durch Oxidation)
Eine Trennung zwischen diesen drei Formen ist teils schwierig und nicht immer möglich. „Biogene Verwitterung durch Pflanzen ist teils physikalischer (Turgordruck), teils chemischer Natur (Ätzwirkung). Darüber hinaussetzt die Wirksamkeit einer Verwitterungsform häufig andere vorher angreifende Verwitterungsformen voraus.“ (vgl. Wikipedia Deutschland)
Arten der Verwitterung
Physikalische Verwitterung
Physikalische oder auch mechanische Verwitterung umfasst mehrere, unterschiedliche physikalische Vorgänge. Gemeinsam ist ihnen, dass sie alle das Gestein in Teile zerlegen. Selten geschieht dies nur durch einen Prozess, in der Regel wirken mehrere Prozesse gleichzeitig auf das Gestein ein, auch chemische Prozesse.
Frost
Diese Verwitterung wird durch Frostwechsel hervorgerufen, d.h. durch das wiederholte Wachstum und Schmelzen von Eiskristallen in den Poren oder natürlichen Spalten des anstehenden Gesteins, und gehört zu den wichtigsten Prozessen der physikalischen Verwitterung (vgl. Wikipedia Deutschland). Diese Verwitterungsart tritt auf in mittleren und höheren Breiten, da dort kalte Winter herrschen. Darüber hinaus auf kalten klimatischen Höhenstufen in Gebirgsregionen.
Ist Gestein an Felsen entblößt, werden Blöcke durch das in Klüften gefrierende Wasser abgetrennt. Unter besonders günstigen Bedingungen sammeln sich großeGesteinsbrocken an und decken das darunterliegende Gestein zu. Ausgedehnte Decken aus Steinblöcken werden Felsenmeer genannt.
(Quelle: eigenes Foto: Felsenmeer Lautertal-Reichenbach/Odenwald)
Geschieht die Produktion dieses Schutts mit hoher „Geschwindigkeit“ und sammelt er sich am Fuß von Felswänden bezeichnet man dies als Schutthalde.
Salz
Bei der Salzverwitterung ist die Wirkung ähnlich der Frostverwitterung. Dies ist durch die kristalline Struktur des Salzes und Eises bedingt. Der Prozess wird „Salzsprengung“ genannt und findet in trockenen Klimaten Verbreitung. Während langer Trockenperioden wird Wasser aus dem Inneren des Gesteins an die Oberfläche gezogen. Es enthält gelöste Mineralsalze und bei seiner Verdunstung bleiben winzige Salzkristalle zurück. Der Wachstums- oder auch Kristallisationsdruck dieser Kristalle ist imstande, den körnigen Zerfall der äußeren Gesteinsschale zu verursachen (vgl. Wikipedia Deutschland). Gleiches geschieht bei Bausteinen und Beton in Bauwerken, bzw. lässt sich im Winter beim Streusalzeinsatz beobachten. Sandstein ist durch Salzsprengung besonders anfällig.
(Quelle: eigenes Foto: Steinkreuz bei Salamanca/Spanien)
Druckentlastung
Der Prozess der Druckentlastungsverwitterung ist weitverbreitetet. Das Gestein reagiert hier auf die Verminderung vorher vorhandener, den Gesteinskörper einengender Druckkräfte die auf es wirkten. Gesteine in großer Tiefe befinden sich in einem komprimierten Zustand wegen der Last des sie überlagernden Gesteins. Gelangen sie an die Oberfläche, dehnen sie sich etwas aus und dabei brechen dicke Gesteinsschalen los (Exfoliation).
Quelldruck
Durch den Wechsel zwischen Feuchtigkeit und Trockenheit kommt es zur Veränderung des Volumens. Dies zerstört den Gesteinsverband.
Hydration
Hierbei ist das Einlagern von Wassermolekülen in das Kristallgitter von Mineralen zu verstehen. Durch die Volumenzunahme kommt es zu Vergrusungserscheinungen (Bildung von kleinen, eckig-kantigen, unregelmäßigen Gesteinsstücken).
Thermik
Diese Form der Verwitterung wird in festen Materialien durch Temperaturunterschiede hervorgerufen. Diese können sein
- Sonneneinstrahlung, Wind, Frostkälte, Strahlungswetter, Temperaturerhöhung im Erdinnern und ähnliches
- Reibung, Alterung/Korrosion, Radioaktivität, Heizung und andere
Chemische Verwitterung
Dies ist die Gesamtheit aller Vorgänge, die zur chemischen Veränderungvon Mineralen führen. Die Gesteinseigenschaften werden verändert, Stoffe freigesetzt bzw. in die Mineralien eingebunden.
Wollsackverwitterung
Die kluftbegrenzten Blöcke im Gestein werden von allen Seiten angegriffen. „Von den Klüften her rückt die Zersetzung in das Innere des Blocks vor und erzeugt dabei konzentrische Schalen weichen Gesteins, die sich bei weiterer Verwitterung zwiebelschalenförmig absondern und dem noch unverwitterten Kern des kantig begrenzten Blocks eine gerundete, wollsackähnliche Formgeben – daher die Bezeichnung Wollsackverwitterung.“ (vgl. Wikipedia Deutschland)
Kohlensäure
Kalkstein und Marmor sind besonders anfällig für die Wirkung von Kohlensäure. Das in Wasser gelöste mineralische Calcit zerfällt in Ionen von Calcium und Hydrogencarbonat. In wasserreichen Regionen werden diese Ionen in Fließgewässern weggeführt. Als Reaktion aufdie Kohlensäure entstehen auf dem Gestein oft recht kleine Oberflächenformen. Die Oberflächeist dann mit einem Muster von Pfannen, Rillen, Furchen und ähnlichem überzogen.
Lösungen
In erster Linie fallen Salz- und Karbonatgesteine dieser Verwitterung zum Opfer. Die Minerale dieser Gesteine gehen in Lösung odernehmen Kristallwasser auf. Ein Beispiel hierfür ist die Höhlenbildung. Salze im Boden werden durch gelöst, Hohlräume entstehen.
(Quelle: eigenes Foto: Luray Cavern/USA)
Aufgrund der Zugehörigkeit von Lösungen zur Chemie, ordnet man dieLösungsverwitterung der chemischen Verwitterung zu. Weil bei diesem Vorgang die Gesteine aufgelöst werden, ist diese Verwitterung gut zu erkennen.
Hydrolyse
Bei der Hydrolyse werden Kationen, die am Grundgerüst des Gesteins gebunden sindgelöst. Das Grundgerüst wird instabil und zerfällt. Die Hydrolyse ist für die Bodenbildung verantwortlich. Allgemein gilt: je feuchter das Klima, je höher die Temperatur und je geringer der pH-Wert, umso intensiver ist die Hydrolyse.
Biotische Verwitterung
Dieser Vorgang ist auf biologische Organismen zurück zu führen. Dabei sind die Auswirkungen physikalischer (z.B. Wurzelsprengung) oder chemischer Natur.
Mechanisch-biotisch
Das ist in erster Linie die Wurzelsprengung. In Klüfte und Spalten hineinwachsende Wurzeln üben durch ihr Dickenwachstum eine Kraft aus und erweitern diese. Der Druck des Wachstums vieler Wurzeln am und im Gesteins lockert kleine Gesteinsschuppen undKörner.
Chemisch-biotisch
Diese Verwitterung wird durch Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere verursacht. Deren organische Säuren greifen die Minerale an und zerlegen so das Gestein in einzelne Bestandteile. Auch Reste abgestorbener Pflanzenund Tiere, die damit Humus bilden, enthalten nicht unerhebliche Anteile an Huminsäuren, die gesteinszerstörend sind. Mikroben können Säure bilden, aber auch Oxidationen und Reduktionen können Minerale auflösen. Wenn Mikroorganismen und Pflanzenwurzeln atmen, dann wird durch die Kohlenstoffdioxid-Bildung der Kohlensäuregehalt im Boden erhöht. Damit erfolgt die oben genannte Kohlensäureverwitterung.
(Quelle: eigenes Foto: Steinmauer Jakobsweg/Spanien)
Aufgaben:
Du wirst an den Koordinaten eine hölzerne Bank vorfinden. Nimm darauf Platz. Zu Deiner rechten und linken Seite sind zwei steinerne Gebilde.
1.) Welche "Steindinge" sind rechts und links von Dir?
2.) Welche Arten der Verwitterung erkennst Du jeweils? Beschreibe diese kurz in eigenen Worten.
3.) Wenn Du möchtest, knipse ein Bild von Dir auf der Bank (bitte ohne die beiden "Dinge"), oder die Aussicht die Dir von der Bank aus geboten wird. Es kann nach Sendung der Antworten gleich geloggt werden. Bei Unklarheiten werden wir uns melden.
Es muss zum Lösen der Aufgaben nichts angefasst, gemessen oder verändert werden!