Vom Stein zum Korn
- Verwitterungserscheinungen an der St. Nikolai
Einleitung
Die Ruine der Hauptkirche St. Nikolai am Hamburger Hopfenmarkt ist als Mahnmal „den Opfern von Krieg und Gewaltherrschaft zwischen 1933 und 1945“ gewidmet und ein Sinnbild für Vergänglichkeit. Das Mauerwerk ist der Witterung ausgesetzt und so treten immer wieder Verwitterungserscheinungen an dem Sandstein auf. Dass es nicht nur „den“ Sandstein gibt wird einem bewusst, wenn man sich mit der Entstehung von Sandstein beschäftigt. Der benachbarte EarthCache „Hamburg Rathaus - Das "Sandsteinschloss" liefert hierzu eine detaillierte Beschreibung. Sandstein ist ein klastisches Sedimentgestein mit einem Anteil von mindestens 50 % Sandkörnern, d. h. von Körnern, die nach der allgemeinen Definition der Korngröße Sand zwischen 0,063 und 2 mm groß sind. Die Sandkörner bestehen aus verschiedenen Mineralen, meistens jedoch aus Quarz. Sandstein entsteht durch die Verkittung (Zementation) von lockerem Sand und Beimengungen gröberer oder feinerer Sedimentpartikel (Ton, Silt, Gerölle). Die Entstehung und Zusammensetzung des Sandsteins macht ihn aber auch anfällig für verschiedene Verwitterungserscheinungen, also die natürliche Zersetzung des Gesteins. Nicht nur natürlich anstehende Gesteine sind Verwitterungsprozessen unterworfen, sondern auch Bauwerke aus Naturstein (sog. Steinfraß). „Verwittern“ ist die natürliche Zersetzung von Materialien, die dem direkten Einfluss der Witterung ausgesetzt sind. Bei den Verwitterungsprozessen wird in drei Gruppen unterschieden. Die physikalischen Prozesse, also die mechanische Schwächung oder Zerstörung des Gesteinsverbandes infolge einer Volumenzunahme von einzelnen Komponenten, chemische Prozesse, die Zersetzung einzelner oder aller Komponenten des Gesteinsverbandes und biogene Prozesse, also die gesteinsschwächenden Auswirkungen der Aktivität von Lebewesen. All diese Prozesse wirken am Sandstein der St. Nikolai und werden im Detail vorgestellt.
Kirchturm der St. Nikolai
Verwitterungserscheinungen des Sandsteins
An der St. Nikolai lassen sich eine Vielzahl unterschiedlichster Verwitterungserscheinungen entdecken. Einige werden durch die Zusammensetzung und Eigenschaften des Sandteins begünstigt, andere hingegen beruhen alleinig auf Umwelteinflüsse. Einige Verwitterungserscheinungen und Phänomene möchten wir nun näher vorstellen. Die vor Ort zu sehenden Verwitterungserscheinungen der physikalischen Verwitterung lässt sich weiter differenzieren. Ein Vertreter ist die Frostverwitterung. Sie entsteht durch die Volumenausdehnung gefrierenden Wassers, welches in Poren des Gesteins eingedrungen ist. Bei dem vorliegenden Sandstein konnte das Wasser zwischen den Mineralkörnern in das Gestein eindringen. Durch den starken Druck der dabei auftretenden Volumenvergrößerung werden die Mineralkörner voneinander getrennt. Sandstein ist für den Gesteinszerfall durch Salzverwitterung bzw. Salzsprengung besonders anfällig. Die Wirkung ist ähnlich der Frostverwitterung. Bei der Verdunstung des Wassers bleiben winzige Salzkristalle in Spalten und Poren zurück, dadurch kommt es zu einer Volumenzunahme und Gesteinspartikel werden herausgesprengt. Ein weiteres Phänomen ist die Rostverwitterung (auch Rostsprengung) kommt nur bei Gesteinen vor, die Eisenerzminerale enthalten. Entsprechende Mineralkörner erfahren bei Kontakt mit Wasser eine Volumenzunahme durch Oxidation. Auch hier kommt es zu einer Volumenzunahme, infolge derer das ursprüngliche Gesteinsgefüge gesprengt wird.
Unter der chemischen Verwitterung wird die Gesamtheit all jener Prozesse verstanden, die zur chemischen Veränderung oder vollständigen Lösung von Gesteinen bspw. unter dem Einfluss von (sauren) Niederschlägen führen. Dabei ändern sich mit dem Mineralbestand meist auch die physikalischen Eigenschaften des Gesteins. Durch das Wasser werden Elemente oder Verbindungen aus den Mineralen gelöst (bis hin zur vollständigen Auflösung). Bei diesen Lösungsvorgängen bspw. von Gips, Kalk und Salz können Zerfallsprodukte in Form von Schalen und Schuppen entstehen. Auf Sandstein findet sich oft auch Ausscheidungsprodukte in Form eines weißen Überzuges oder die Verfärbung des gesamten Gesteinsoberfläche in grau bis schwarz.
Unter biotischer Verwitterung (auch biologische oder biogene Verwitterung genannt) versteht man Verwitterung durch den Einfluss lebender Organismen sowie ihrer Ausscheidungs- bzw. Zersetzungsprodukte. Hier an der St. Nikolai ist dies überwiegend der Algenbewuchs, aber auch kleinere Pflanzen, wie Gräser und Moose.
Kirchmauer aus Sandstein
Begebt euch an die obigen Koordinaten. Dann steht ihr vor einer Sandsteinmauer mit einem Schriftzug. Nachdem ihr die Antwortet gesendet habt dürft gleich loggen, nur wenn es Probleme gibt dann melden wir uns.
Fragen:
1. Betrachtet die verschiedenen Sandsteine der Mauer. An einigen lassen sich Verwitterungserscheinungen entdecken, die aufgrund der Zusammensetzung des Gesteins entstanden sind. Welche sind das und wie stellen sie sich dar?
Begebt euch nun zum WP „Infotafel“ Am Treppenaufgang findet ihre mehrere Tafeln zum Thema „Das Mahnmal St. Nikolai sichern und erhalten“. Im Feld „Die Schadens-Bilanz“ werden verschiedene Verwitterungserscheinungen und wie sie sich vor Ort zeigen dargestellt.
2. Sortiere die Punkte 1, 2, 5, 7 und 11 den entsprechenden Verwitterungserscheinungen aus dem Listing zu!
Schaut euch nun auf dem Gelände der St. Nikolai um und sucht euch zwei unterschiedliche Verwitterungserscheinungen.
3. Macht ein Bild von den beiden ausgewählten Verwitterungen und ladet sie mit eurem Log hoch. Dazu sendet ihr uns für die Logfreigabe, um welche Verwitterungsart es sich handelt. Begründet eure Vermutung!
Quellen / Bilder / weitergehende Informationen:
Bilder / Skizzen: Nine&Dido
Murawski / Meyer: Geologisches Wörterbuch
https://de.wikipedia.org/wiki/Ehemalige_Hauptkirche_St._Nikolai_(Hamburg)
https://de.wikipedia.org/wiki/Sandstein
https://de.wikipedia.org/wiki/Verwitterung
Happy hunting wünschen
