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Verwitterung und Erosion

BILD:1258910156 Chemische Verwitterung spätjurassischer bis
cretazäischer (60-75 mya) andesitischer
sowie terrigener Gesteine (Lehm, Konglomerate)
Point Loma-Halbinsel, Bucht von San Diego
Kalifornien, USA
Foto: Jon Sullivan

Chemische Verwitterung


Hydrolyse und Protolyse

Hydrolyse

Die Hydrolyse ist ein wichtiger Prozess der chemischen Verwitterung von Silikaten und bedeutet die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser. Chemisch gesehen ist die Hydrolyse die Auflösung durch Reaktion der Silikate bzw. deren Ionen mit dissoziierten H2O-Molekülen (bzw. Reaktion zwischen Silikaten und den H+ und OH–Ionen des Wassers. Dabei wird (formal) ein Wasserstoffatom an das eine „Spaltstück“ abgegeben, der verbleibende Hydroxyrest an das andere Spaltstück gebunden (Kationenaustausch nach erfolgter Hydratation), wobei Kationen an den Grenzflächen des Kristallgitters durch Wasserstoffionen des Wassers ersetzt werden und das Kation sich sich seinerseits mit einem Anion zu einem Hydroxid verbindet. (GeoDZ), (d.h., Stoffe unter der Einwirkung bzw. dem Einbau von Wasser in ihre Bausteine gemäss: A-B + H2O→A-H + B-OH zerfallen). Im Gegensatz zur Hydratation reagiert hier das Wasser mit dem zerfallenden Teilchen: An den einen Baustein wird ein Proton und an den anderen Baustein das verbleibende Hydroxid-Ion angelagert. (Geo.FU-Bderlin-Themenbereiche)

Die Umkehrung der Hydrolyse ist eine Kondensationsreaktion. Die Hydrolyse ist eine Substitutionsreaktion, bei der eines der Edukte das Lösungsmittel Wasser ist.

Protolyse

Protolyse ist ein intensiver chemischer Teilprozess der Verwitterung. Chemisch gesehen ist die Protolyse eine Säure-Base-Reaktion, bzw. die Umbildung oder Auflösung der Mineralien durch Säuren. Der Ursprung der Protonen (H+-Ionen) sind organische und anorganische Säuren im Boden, darunter Huminsäuren, welche u.a. aus Wurzelatmung stammen können, sowie Kohlensäure. Durch die Protolyse, bzw. die H+-Ionen werden die Kationen effektiv aus dem Kristallgitter gelöst. Auch anthropogene Schwefel- und Salpetersäuren aus Rauchgasen wirken protolytisch. Protolyse ist der wichtigste chemische Verwitterungsgrund bei Silikaten, besonders bei Feldspäten. Nach anfänglichem Ersatz der Kaliumionen an der Kristalloberfläche durch Protonen werden die Si-O-Al-Bindungen geschwächt. Die dann freigelegten Si- bzw. Al-Ionen gehen anschließend als Al-Hydroxid und Kieselsäure in Lösung und werden gegen Ende des Verwitterungsprozesses in K-Ionen, Al-Hydroxid (Gibbsit) und Kieselsäure zerlegt.

Allitische und Siallitische Verwitterung

Allitische Verwitterung

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Beginnende allitische Verwitterung
in den Tropen
Insel Koh Chang, Provinz Trat, Thailand
Foto: Collector

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Allitische Verwitterung - cretazäischer
Laterit auf jurassischem Kalkstein
Makhtesh Gadol, Wüste Negev, Israel
Foto: Mark A. Wilson

Als allitisch bezeichnet man eine chemische Verwitterungsform, bei welcher silikatische Mineralien vollständig aufgelöst und abgeführt werden und als Rest Oxide, bzw. Hydroxide von Eisen und Aluminium übrigbleiben.

Im Zusammenspiel sehr hoher Temperaturen und starker Regenfälle in den Tropen werden Gesteine unter Lösung der die Gesteine bildenden Mineralien zersetzt. Je feuchter das Klima, je höher die Temperatur und je geringer der pH-Wert, umso intensiver ist die Hydrolyse. In den warmen und feuchten Klimaten der äquatorialen, tropischen und subtropischen Zone werden Erstarrungsgesteine und metamorphe Gesteine durch Hydrolyse und Oxidation oft bis zu Tiefen von 100 Metern verwittert.

Nachdem die leichter löslichen Bestandteile wie Calcium, Kalium, Natrium, Magnesium und Silizium durch Sickerwässer fortgeführt wurden, werden die schwerer löslichen Elemente Eisen und Aluminium als Rückstand angereichert. Dieser Prozess wird als Ferrallitisierung bezeichnet.

Diese Art der Verwitterung findet in der Regel in subtropische bis tropischen Klimazonen statt. Je nach Art des Ausgangsgesteins bilden sich oberflächliche rote Laterite und Saprolithe (eisenreich, in der Regel aus magmatischen Gesteinen) oder Bauxit (aluminiumreich, in der Regel aus granitischen Gesteinen) als Verwitterungsprodukte.

Laterit und Bauxit sind sedimentäre Gesteine und werden auch als Residual- oder Rückstandsgesteine bezeichnet.

Bauxit ist eine Tonerdehydrat-Gemenge aus Böhmit, Gibbsit und Diaspor und nichtkristallinen Gelen. Bauxitlagerstätten entstehen, im Gegensatz zur nachfolgend beschriebenen siallitischen nur durch allitische Verwitterung. Die tropischen eisenreichen Laterite sind sedimentäre Oberflächenprodukte, welche durch lang andauernde und chemisch-mineralogisch intensive Verwitterung entstehen. Sie bestehen aus schwer löslichem Quarz, aus Hämatit, Gibbsit, Goethit und Kaolinit. In manchen Ländern der Erde sind Laterite, wenn sie als Ziegel geschnitten und getrocknet werden, wertvolle Baumaterialien.

Siallitische Verwitterung

Die siallitische Verwitterung ist eine Verwitterungsform in humiden Klimazonen, wobei es aufgrund der durch die vorhandenen Huminsäuren verhinderten Abfuhr von Kieselsäure zur Bildung silikatischer Tonmineralien kommt. Eines der bekanntesten Resultate saillitischer Verwitterung ist Kaolin, bzw. der Entstehungsprozess der Kaolinisierung. Mit Kaolinisierung werden chemische Prozesse bezeichnet, bei welchen Feldspäte in Gesteinen zu Tonmineralen (Montmorillonit, Kaolinit) durch chemische Verwitterung umgewandelt werden.

Kaolinit ist ein Alumosilikat und besteht aus submikroskopisch kleinen Kristallen. Das Mineral bildet sich in pH-saurem Milieu in Böden feuchtwarmer Zonen durch Hydrolyse oder durch Säure von Feldspat oder Muskovit. Hauptausgangsgesteine sind saure Magmatite wie Granit und Rhyolit. Die Bildungstemperaturen liegen gewöhnlich unter 300°C. Die Umsetzung von Kalifeldspat zu Kaolinit bezeichnet man als partielle Hydrolyse.


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Kaolinit
Foto: USGS und Mineral Information
Institute Plus US Fed. Government

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Lateritboden
im tropischen Regenwald in Guyana
Archiv: Collector

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Silikat-Bauxit
Busot, Alicante, Spanien
Foto: Collector

Saprolith

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Saprolith,
welcher einen Quarzgang umschließt
Steinbruch Pine Hill Quarry,
Mecklenburg County, North Carolina, USA
Foto: J.T. Pardee, 1934, USGS

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Allitische Verwitterung von
Basalttuff (bläulichweiß) zu Saprolith (gelblich)
und Laterit (dunkelbraun)
Vangaindrano, Madagaskar
Foto: Werner Schellmann
Archiv: Collector

Saprolith ist ein stark verwittertes, ursprünglich silikatisches Gestein, dessen primäres Gefüge noch erkennbar ist, wobei bereits eine zunehmende Zerstörung von Feldspäten und Fe-Mg-Silikaten, Si und Al in Form von Tonmineralien fixiert ist. Saprolithe bilden sich als chemisches Verwitterungsprodukt unter humiden Bedingungen in tropischen Klimazonen. Sie enthalten neben widerstandsfähigen Mineralen aus dem Primärgestein, vor allem Quarz, hohe Anteile an Kaolinit, der sich bei der chemischen Verwitterung von primären Mineralen insbesondere Feldspat gebildet hat. Weitergehende Saprolithverwitterung führt zur Bildung von Laterit. Saprolithe sind Residualgesteine und bilden den unteren Teil von Regolithen.


Wüstenlack

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Wüstenlack
Ein metamorphes Gestein, welches komplett
mit einer lackartigen Patina überzogen ist
Gefunden 2001 bei Tabelbala
nördliche algerische Sahara
Sammlg. und Foto: Collector

Wüstenlack, auch als Wüstenpolitur bezeichnet, im Sinne chemischer Verwitterung sind dunkelbraune bis schwarze lack- bis firnisartige Überzüge auf Gesteinsoberflächen, welche durch Hydrolyse, bei der die Mineralien mit den geladenen Ionen des Wassers reagieren, entstehen. Die Entstehung des Wüstenlacks beruht auf der durch Wärme begünstigten Verdunstung von kapillar aufsteigenden sauren Mangan- und/oder Eisenlösungen aus dem Inneren der Gesteine in Verbindung mit Tonpartikeln, die von außen angeweht werden sowie den hohen Temperaturen in der Wüste. Offensichtlich trägt auch die Feuchtigkeit des morgendlichen Taus zur Bildung bei. Die Lösungen verdunsten an der Oberfläche und bilden eine harte, glänzende Versiegelung (Patina).

Wüstenlack kommt gewöhnlich auf Oberflächen von Basalt, Quarzit und harten metamorphen Gesteinen vor. Auf Kalkstein kann sich kein Wüstenlack bilden, da das Gestein sehr porös ist und viel Wasser enthält, ergo physikalisch instabil ist.

Anmerkung 1:
Bisher ungeklärt ist der hohe Anteil von Mangan im Wüstenlack. Mangan kommt in der Erdkruste in einem Anteil von nur etwa 0,12 % vor, im Wüstenlack ist die Konzentration jedoch um das 50- bis 60-fache erhöht. Bislang erklärt man sich dieses Phänomen durch bakterielle Aktivität im Wüstenlack und durch eine biochemische Anreicherung des Materials. (Diese Anmerkung wurde aus dem Artikel Wikipedia: Wüstenlack entlehnt)

Anmerkung 2:
Zur Entstehung des Wüstenlacks gibt es (wie bei den meisten Verwitterungsarten) unterschiedliche Annahmen, darunter auch die, dass Wüstenlack eine Form der physikalischen Verwitterung darstellt (z.B. Windverwitterung).


Sonnenbrenner

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Hydrolytisch verwitterter tertiärer
Basalt vom
Black River, Salmon Fork, Alaska
Foto: E.E. Brabb, 1961, USGS

Sonnenbrand ist eine bei SiO2-untersättigten ultrabasischen Basalten und anderen vulkanischen Gesteinen verbreitete Art der hydrolithischen Verwitterung, auch als hydrothermale Alterung bezeichnet, bei der auf dem Gestein winzige bis zentimetergroße hellgraue Flecken auftreten. Nach einer relativ kurzen Zeit zerfallen die Gesteine zu einer bröseligen Masse.

Der Sonnenbrand wird vom Mineral Analcim erzeugt, welches sehr feinkristallin intergranulare Räume im Gestein füllt. Das Mineral ist von feinsten Kapillarrissen durchsetzt, welche das Eindringen von Wasser und damit die Verwitterung begünstigen. Die Kapillarrisse entstehen bei der abkühlungsbedingten Umwandlung von Nephelin und anderer Foide in Analcim, wobei sich das Volumen vergrößert (Analcim hat ein um ca. 5,5 % größeres Volumen.


Lösungsverwitterung

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Lösungsverwitterung
Ouromieh-See, Aserbeidschan, NW-Iran
Foto: Hyd-Masti 2009
Archiv: Collector

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Durch Lösungsverwitterung gebildete Insel
im Ouromieh-See, Aserbeidschan, NW-Iran
Foto: Hyd-Masti 2009
Archiv:Collector

Als Lösung versteht man den Übergang eines Minerals in die wässrige Verwitterungslösung, wobei keine chemische Reaktion stattfindet. Da Lösung traditionell zur Chemie gezählt wird, ordnet man die Lösungsverwitterung der chemischen Verwitterung zu. Da sie aber reversibel ist und die chemische Zusammensetzung des Gesteins nicht verändert wird, sondern lediglich die Kristallstruktur zerstört wird, ist die Lösungsverwitterung eigentlich eine physikalische Verwitterungsart, wobei die Moleküle in ihre Anionen und Kationen zerlegt werden. Jedes Ion wird dabei von Wassermolekülen umgeben. Die Lösungsverwitterung wird von Temperatur, pH-Wert und von Klimafaktoren beeinflusst. Sie bewirkt die Lösung (Korrosion) leicht löslicher Mineralien (Salze), darunter Chloride der Alkalimetalle wie Halit und Sylvin, aber auch Calcit (Kalkstein).

Die Mineralien (Salze) gehen bei Kontakt mit Wasser in Lösung. An die randständigen Ionen des Kristallgitters lagern sich Wassermoleküle an (Hydration), das Kristallgitter wird aufgelockert und letztlich werden die hydratisierten Ionen aus dem Mineralverband herausgelöst (Dissoziation). Dieser Vorgang findet solange statt, bis das Salz vollständig aufgelöst ist. Die Ionen der Lösung werden dann mit dem Wasser abgeführt, was zur Abtragung der Landoberfläche beiträgt.

Im einfachsten Fall werden Salze im Boden durch einsickerndes Wasser gelöst, wodurch Hohlräume entstehen können. In Karbonatgesteinen kann dieser Prozess zur Bildung von Karst und Höhlen führen. Nicht selten entstehen wabenartige Hohlräume. Hier spricht man von alveolischen Verwitterungsformen.

Die Lösungsverwitterung ist ein optisch meist gut erkennbarer Verwitterungsprozess. Manche Gesteine lösen sich wortwörtlich auf, fast so wie Zucker in Getränken oder wie Salz in einem Topf mit Wasser. Kalkstein, der vor allem aus Calciumcarbonat besteht, ist von dieser Form der Verwitterung besonders betroffen, da er durch Kohlensäure vollständig aufgelöst werden kann.


Kohlensäureverwitterung

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Kohlensäureverwitterung mit Karstbildung
Tam Coc, Ninh Binh, Vietnam

Kohlensäureverwitterung ist eine Art der chemischen Verwitterung, die bei der Lösung von Karbonatgesteinen (Kalkstein, Marmor und Dolomit) durch Kohlensäure entsteht.

Kohlensäure (H2CO3) bildet sich in der Natur u.a. durch Lösung des in der Luft enthaltenen Kohlendioxids (CO2) im Regen- und Bodenwasser (H2O). Kalkstein besteht hauptsächlich aus dem schwer wasserlöslichen Calcit (CaCO3). Kohlensäure löst Calcit und es entsteht Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2), das sich sehr gut im Wasser löst.

  • H2O + CO2 → H2CO3- → HCO3- → 2 H+ + CO32-
  • CaCO3 + H+ + HCO3- → Ca2+ + 2 HCO3- → Ca(HCO3)2

Ändern sich die äußeren Einflüsse, erfolgt also eine Temperaturzunahme oder Druckminderung, so zerfällt das Calciumhydrogencarbonat.

Auch tief unter der Landoberfläche führt die Kohlensäureverwitterung zur Wegführung von Carbonatgestein und damit zur Bildung von Höhlen und Höhlensystemen im Kalkgestein. In Tropfsteinhöhlen wird unter Abgabe des Kohlendioxids an die Umgebungsluft Calcit ausgefällt, das sich in Form von Tropfsteinen ablagert. Durch die Wirkung von Kohlensäure auf Kalkgesteine entstehen interessante, oft meist kleine Oberflächenformen, typischerweise mit einem komplexen Muster von Vertiefungen, Rillen, Furchen und Spalten überzogen. An einigen Stellen erreichen sie das Ausmaß tiefer Furchen und hoher, wandartiger Gesteinsrippen, die von Mensch und Tier nicht mehr in normaler Weise überquert werden können (siehe dazu auch Abschnitt Tsingy in Madagaskar). Durch sie entstehen die bizarren Karrenfelder im Karst, in Irland, in den Kalkalpen, auf dem Balkan und in Südostasien. Die Kohlensäureverwitterung ist die Grundlage für die Entstehung von Karst.


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Kohlensäureverwitterung von Kalkstein
Keshcorran Caves nahe
Carrowkeel, Irland
Jon Sullivan

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Karstgebirge
Velebit-Massiv, Nahe Paklenica
Kroatien
Foto: M. Dirgela
Archiv: Collector

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Kohlensäure- und Lösungsverwitterung
eines Sedimentmassivs aus
ordovizischen Karbonat- und Sandsteinen
Jebel Kissane, Draa-Tal,
Südwestliches Jebel Sarhro-Gebirge, Marokko
Foto: Collector


Karst

Der Begriff Karst steht für die Gesamtheit der Formen von durchlässigen, wasserlöslichen Gesteinen (z.B. Kalkstein, Gips, Salze), die durch Oberflächen- und Grundwasser ausgelaugt werden. Durch Lösungsvorgänge kommt es zu charakteristischen Karsterscheinungen. An der Oberfläche sind dies z.B. Karren (Schratten), Dolinen, Uvalas, Poljen, Schlotten, Erdorgeln. Zu den unterirdischen Karsterscheinungen gehören oft weit verzweigte Höhlen und die typischen Erscheinungen der Karsthydrographie: unterirdische Flussläufe und Karstseen, Karstquellen, die unter Druck austreten, Ponore (Katavothre) oder Flussschwinden.

Eine Sonderform der Karste ist der Kegelkarst oder Turmkarst der wechselfeuchten Tropen.

Namensursprung

Der Name Karst stammt von der Landschaft Kras in Slowenien, die sich über das Hinterland der Triester Bucht bis zu den Dinarischen Alpen erstreckt, einem ausgedehntem Karstgebiet mit dem typischen Erscheinungsbild. Der deutsche Name Karst für diese Region hat sich als allgemeine Bezeichnung für solche Landschaftsformen international etabliert. Für die besonderen Merkmale des Karst haben sich jedoch die slowenischen Bezeichnungen durchgesetzt (dolina, polje, ponor).

Entstehung

Kohlensäureverwitterung
Kohlensäureverwitterung

Vergleich frischer (links) und verwitterter (rechts) ordovizischer Kalkstein; Roadcut Stae College Bypass; Route 322

Public Domain
Karstgebirge
Karstgebirge

Torcal-Massiv, Antequera, Provinz Malaga, Spanien

Collector

Die zumeist aus Karbonatgesteinen (zum Teil auch in Sulfat- und Salzgesteinen) aufgebauten Karstgesteine sind vorwiegend durch Lösungs- und Kohlensäureverwitterung sowie Ausfällung von biogenen Kalksteinen und ähnlichen Sedimenten mit hohen Gehalten an Calciumcarbonat (CaCO3) entstanden. Die Gesteine werden durch Kohlensäure gelöst (siehe auch Tropfsteine).

Regenwasser mit einem pH-Wert unter 7 gilt als sauer. Dies geschieht durch Aufnahme von Kohlenstoffdioxid CO2. Chemisch ausgedrückt reagiert das CO2 der Luft mit dem Wasser und bildet teilweise Kohlensäure (H2CO3). Die Kohlensäure dissoziiert nun in HCO3- und H+ und ist so in der Lage, den Kalk (CaCO3) zu lösen. Durch in das Gestein eindringendes, kohlensäurehaltiges Wasser entstehen Gänge und Hohlräume, die sich im Laufe von Jahrmillionen zu riesigen Gangsystemen entwickeln können. Oft bilden sich in diesen Hohlräumen durch eintropfendes saures Oberflächenwasser, welches gelösten Kalk enthält, Tropfsteine. Brechen die Hohlräume ein, so können trichterförmige Senken (Doline) entstehen.

Größere Senken von einigen Quadratkilometern Grundfläche werden Polje genannt. Sie entstehen durch Einschwemmung feinkörniger Sedimente, die den Boden der Polje abdichten und vor der weiteren Verwitterung schützen. Abfließendes Wasser verschwindet oft an den Rändern der Polje in einem Schluckloch (Ponor), um unterirdisch weiterzufließen und an einer anderen Stelle wieder zu Tage zu treten.

An der Oberfläche des Gesteins entstehen Auswaschungen, Rinnen und Furchen, die sogenannten Karren.

Landschaften, die überwiegend von Karbonaten aufgebaut werden, sind als Karstlandschaften ausgebildet. Große Karstlandschaften finden sich diese um das Mittelmeer (Balkan, Spanien, Italien), sowie in Südostasien (Thailand, Burma, Malaysia) und Südchina, den Großen Antillen und im Indoaustralischen Archipel. Karstlandschaften von geringerem Ausmaß finden sich in deutschen Mittelgebirgen (Schwäbische Alb, Fränkische Alb), im Schweizer Jura sowie allgemein in Westeuropas sowie den Nord- wie Südalpen. Eine ausführliche Beschreibung ausgesuchter Karstlandschaften ist im Kapitel Die schönsten Monumente der Verwitterung - Karst zu finden.


Dolinen und Geologische Orgeln

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December Giant - Eine 140 x 105 m
große Doline (Tiefe 45 m)
Einbruch 2.12.1972
Shelby County, Alabama, USA
Foto: USGS

BILD:1265617056

Doline Sima und Doline Martel
Sarisarinama Tepuis
Venezuela
Foto: Luis Ruiz Bert

Dolinen
(slowenisch = Tal) sind trichterförmige Vertiefungen in Karst, welche durch Lösungsverwitterung von Kalk- und Salzgesteinen und vor allem an Gesteinsfugen und durch Einsturz entstandene Hohlräume gebildet haben.

Man unterscheidet zwei Arten von Dolinen: Einsturzdolinen und Lösungsdolinen. Die Einsturzdoline, auch als Einsturzkessel oder Einsturztrichter bezeichnet, entsteht, wenn die Überdeckung großer Hohlräume bzw. Höhlen einbricht. Man spricht hier auch von einer Korrosionsdoline. Lösungsdolinen sind Dolinen, die von Oberflächengewässern entlang von Störungszonen lösungsverwittert wurden. Andere Namen für Lösungsdolinen sind Karren- oder Trichterdolinen, bzw. Karsttrichter.

Im weiteren Sinne sind auch die großen Cenoten, d.h. schachtartiges Kalksteinlöcher in Karstgebieten auf der mexikanischen Halbinsel Yukatan, welche durch Lösungsverwitterung des Kalkgesteins und folgendem Einsturz von Höhlen entstanden und mit Süßwasser gefüllt sind, zu den Dolinen.

Geologische Orgeln
sind eine Laune der Natur und sehr selten. Sie entstehen durch Lösungsverwitterung im Zuge der Bodenbildung in Karstgebieten, d.h. in Kalk, Dolomit oder Gips. Wenn die Verwitterung entlang von Klüften oder Spalten angreift und der Kalk aus den lösungsanfälligen kalkreichen Schottern ausgewaschen wird, entstehen trichterförmige oder schachtartige senkrechte Vertiefungen an der Geländeoberfläche. Das Sickerwasser sucht sich einen Weg in den Untergrund und formt dabei über lange Zeit bis mehrere Meter lange, senkrechte Lösungsröhren. Wenn mehrere Verwitterungsröhren aneinander gereiht sind, spricht man von einer geologischen Orgel. Streicht ein starker Wind durch die geleerten Röhren, entstehen orgelartige Töne.

Im ehemaligen Steinbruch bei Oberschroffen, nordöstlich von Niederdof an der oberen Hangkante dicht beim Weiler Bossarts im Landkreis Altötting in Bayern gelegen, sind zahlreiche Verwitterungsröhren in einem Schotterkonglomerat freigelegt. Diese geologischen Orgeln, resp. Verwitterungsröhren sind bis zu 15 m lang, mit Durchmessern bis etwa einem halben Meter und entstanden vor etwa 600.000 Jahren durch intensive Lösungsverwitterung während eines Interglazials - einer Warmzeit zwischen zwei Kaltzeiten. In eindrucksvoller Weise sind hier die Folgen der Klimaschwankungen der jüngeren Erdgeschichte dokumentiert (tw. zitiert: Bayrisches Landesamt für Umwelt; http//www.lfu.bayern.de).


Cenoten

(span.: cenotes)

Cenotes (Maya: Mayathan ts’o’noot, in Ortsnamen meist dzonot) sind dolinenartige Kalksteinloch, welche durch den Einsturz einer Höhlendecke entstanden und mit Süßwasser gefüllt sind.

Der Begriff stammt von den Maya der mexikanischen Halbinsel Yucatán. 954 Cenotes sind im mexikanischen Bundesstaat Quintana Roo bekannt, eine weitaus geringere Anzahl im benachbarten Bundesstaat Yucatán sowie in Belize. Sie besitzen im Durchschnitt eine Tiefe von etwa 15 Metern, vereinzelt auch von über 100 Metern.

Cenotes entstehen in Karstgebieten. Durch die Auflösung des Kalkgesteins bilden sich Höhlen und unterirdische Wasserläufe. Brechen die Decken dieser Höhlen ein, so entstehen Tagöffnungen (engl. Aston Collapse), die bis zum Grundwasser (Aquifer) reichen können. Die Maya betrachteten sie als Eingänge zur Unterwelt (xibalba) und nutzten sie häufig als religiöse Opferstätten.

Im NW von Yucatán folgen die wasserführenden Schichten und damit die Höhlen den durch den Einschlag des Chicxulub-Meteoriten verursachten Brüchen und Verwerfungen. Der damit verbundene halbkreisförmige Ring von Cenotes bildet den ansonsten längst verschütteten Kraterrand auch heute noch nach.

Cenote
Cenote

Cenote de los Sacrificios, Chichen Itza;
Halbinsel Yúkatan, Mexico

Ekehnel

Mogotes - Tropischer Kegelkarst

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Mogotes (Tropischer Kegelkarst)
im Valle de Viñales, Provinz
Pinar del Rio, Cuba

In der Sierra de los Organos (Orgelpfeifengebirge) in der Provinz Pinar del Rio auf Cuba liegt das etwa 10 km lange und 4 km breite Valle de Viñales, welches durch seine Karsttopologie berühmt wurde und als Nationalpark seit 1999 von der UNESCO als Kulturlandschaft der Menschheit ausgezeichnet wurde.

Das Kalkgestein des Gebietes, in welchem das Tal liegt, gehört zum geologisch ältesten Teil Kubas. Es entstand im Oberen Jura vor rund 170 mya durch Kohlensäureverwitterung und Verkarstung. Durch Subrosion (unterirdische Auslaugung und Verfrachtung von meist leichtlöslichem Gestein) durch unterirdische Fließgewässer entstanden gewaltige Höhlen. Durch Einsturz der Höhlendecken und fortschreitende Verwitterung entstanden die heute sichtbaren, charakteristischen Kegelkarst-Felsen (Turmkarst), welche als die Mogotes bezeichnet werden. Dieser tropische Kegelkarst stellt eine Sonderform der Verkarstung dar, da er ein in den immerfeuchten und wechselfeuchten Tropen klimaspezifisches Ergebnis ist und nicht auf andere Klimazonen übertragen werden kann, wobei der chemische Prozess der Lösungsverwitterung in den Tropen anders, bzw. energischer und intensiver als in den gemäßigten Breiten verläuft. Der tropische Kegelkarst bildet sich besonders dort aus, wo massige Kalkschichten von ziemlich reiner Konsistenz vorliegen.


Subrosion

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Subrosion
Lösungsverwitterung von
Halit eines Salzstocks
Salar de Atacama, Chile
Foto: K. Segerstrom, USGS

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Lösungsverwitterung an einem Gipshut
Chella, Valencia, Spanien
Foto: Collector

Subrosion (lat.: sub = unter, rodere = benagen, zerkleinern) bedeutet unterirdische Ablaugung oder Auslaugung und die Abtragung von Gesteinen durch Wasserzufluss (Aquifere- oder Sickerwasser), was zur Bildung von Hohlräumen an der Erdoberfläche führt. Subrosion kann chemisch (Auslaugung, Verkarstung) oder mechanisch (Suffosion) erfolgen. Ein Salzhang ist eine schräge Ablaugungsfläche, Subrosionssenke bezeichnet eine Senkung im Deckgebirge mit Bildung einer mulden- oder beckenartiger konkaven Form an der Erdoberfläche. Da Salze wasserlöslich sind, kann das Eindringen von Wasser in eine Salzlagerstätte (Evaporite wie Halit (Steinsalz), Anhydrit oder Gips) größte Veränderungen bis hin zum völligen Verschwinden mit sich bringen. Die Hutgesteine der Salzstöcke entstehen als Folge der Subrosion. Auch lösungsresistenter Kalkstein kann durch Subrosion unter Bildung von Karsthöhlen abgetragen werden.


Oxidationsverwitterung

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Oxidationsverwitterung von
felsitischem Gestein mit
deutlicher Bildung von Grus,
einem Feinkies ausQuarz und Feldspat
Pulot, Palawan, Philippinen
Foto: Collector

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Durch Hydrolyse und Oxidation verwitterte Böden bis zu einer Tiefe von 60 m
Rubin-Schürfung; Mine bei
Bang Phra, Provinz Trat
Thailand
Foto: Collector

In den oberen Bodenbereichen ist die Oxidations- oder Sauerstoffverwitterung von Bedeutung. Viele Gesteine enthalten Eisen-, Mangan- und Schwefelverbindungen, wobei vordergründig das Eisen durch Einwirkung des im Wasser gelösten Sauerstoffs bzw. durch Reaktion mit dem freien Sauerstoff der Luft chemisch verwittert - es oxidiert. Zweiwertiges Eisen wird dabei durch die Abgabe eines Elektrons zu dreiwertigem Eisen und die ursprüngliche Mineralstruktur wird zerstört. Das nunmehr oxidierte Gestein nimmt eine bräunliche, rötliche oder gelbliche Farbe an. Die Intensität der Färbung, wie man sie besonders an frischen Gesteinsflächen sieht, sind ein Indikator für den Verwitterungsgrad. Die oft in tropischen oder subtropischen Böden zu sehende rote Färbung ist Folge der Oxidationsverwitterung. Beispiele der Eisen- und Schwefeloxidation:

a) zweiwertiges Eisen (Beispiel Mineral Siderit) wird zu dreiwertigem Eisen

4 FeCO3 + 6 H2O + O2 → 4 FeOOH + 4 HCO3- + 4 H+

b) zweiwertig-negativer Schwefel (Beispiel Mineral Pyrit) wird zu sechswertigem, positivem Schwefel

4 FeS2 + 14 O2 + 4 H2O → 4 FeSO4 + 4 H2SO4


Bildung organo-metallischer Komplexe

Als Komplexierung bezeichnet man den Teilprozess der chemischen Verwitterung, durch welchen Fe, Al, Mn und Schwermetalle durch organische Säuren komplex gebunden werden. Die Verwitterung wird durch Komplexierung beschleunigt (Gleichgewichtsverschiebung).




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