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Verwitterung

(engl.: weathering; to weather)

Bitte beachten Sie auch das ausführliche Geologische Portrait zum Thema Verwitterung und Erosion


Zitat von Prof. Dr. R. Brauns aus dem Buch "Mineralogie":

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Bryce Canyon, Utah
Foto: Jon Sullivan, Public Domain

Das Wasser welches als Regen auf die Erde fällt, nimmt aus der Luft und dem Erdboden Sauerstoff, Kohlensäure und andere Bestandteile auf, sickert mit diesen beladen in die Tiefe und kommt hier mit Mineralien in Berührung. Während nur reines Wasser auf die meisten Mineralien keine besondere Wirkung ausübt, besitzt ein derartiges Wasser ganz andere Eigenschaften. Es vermag im Laufe der Zeit auch die widerstandsfähigsten Mineralien zu lösen und zu zerstören und führt mit Sicherheit deren Verwitterung bei. Sie verlieren ihren Glanz und oft ihre Farben, werden matt, rau und zerbrechlich und zerfallen schließlich zu Grus, wenn sie nicht vollständig vom Wasser gelöst und fortgeführt werden.

Das Wasser nimmt aus den verwitterten Mineralien weitere Bestandteile auf, es trifft auf seinem Wege in der Erde mit Wasser, das von anderen Mineralien andere Bestandteile aufgenommen hat, zusammen und die gelösten Stoffe vereinigen sich zu neuen Körpern, zu frischen Mineralien, die ihrerseits wieder der Verwitterung anheim fallen. So herrscht auf der Erde ein ununterbrochenes Werden und Vergehen der unorganischen Mineralien vergleichbar dem Werden und Vergehen der organischen Geschöpfe auf der Erde und diese selbst können nur dadurch leben, dass Mineralien zerstört werden. Aus der Lösung, die bei der Verwitterung entstehen, nehmen die Pflanzen ihre Nahrung auf und von den Pflanzen nähren sich die Tiere.

So kann man sagen, dass ohne die Verwitterung der Mineralien kein Leben auf der Erde möglich ist.



Abgrenzung der Begriffe Verwitterung - Erosion und Alterung

Verwitterung

Exogene Prozesse an der nahen Erdoberfläche, die zum Zerfall und zur Zersetzung von Mineralien und Gesteinen führen, wobei unter allmählichem Verlust von Bestandteilen die Konsistenz und Form des Minerals oder Gesteins zerstört werden. Ein besonderes Merkmal ist, dass Verwitterungsprozesse nur bei Gesteinen in situ stattfinden, wobei kein Transport stattfindet. Auf die Verwitterung folgt die flächenhaft wirkende Abtragung (Denudation). Verwitterung bei Salzen ist das Austreten von Kristallwasser bei gewöhnlicher oder höherer Temperatur, wobei in der Regel der Kristall zerfällt.

Erosion

Ist die ausfurchende Tätigkeit des Wassers, bzw. eine Abtragung, welche eine Vertiefung und Verbreiterung von Flussbetten bewirkt. Hierbei findet im Gegensatz zur Verwitterung ein Transport statt. Durch Zusammentreffen von Verwitterung und Erosion entstehen so Täler. (Im US-Sprachgebrauch versteht man unter Erosion eine durch Menschen verursachte Abspülung, die Bodenerosion, aber auch die Abtragung durch das Meer (Abrasion) und selbst durch Gletscher.

Alterung

Der Prozess des Alt- oder Älterwerdens. Wird manchmal als Synonym für Verwitterung benutzt (gealterte Gesteine)


Unterschiedliche Arten von Verwitterung

Mechanische oder Physikalische Verwitterung

(Einstrahlung der Sonne auf Gesteine (Insolation), Temperatursprengung, Frostsprengung, Salzsprengung)

Hierbei werden die Gesteine durch mechanische Vorgänge ohne wesentliche chemische Veränderungen zersetzt. Diesen Verwitterungsprozess bezeichnet man als Gesteinszerfall. Findet der Verwitterungsprozess durch Volumenänderung der Mineralien bei Temperaturwechsel statt (insbesondere bei polymineralischen Gesteinen), wird dieser Prozess Temperaturverwitterung genannt. Die meisten Wüstenböden der Erde sind durch physikalische Verwitterung entstanden. Im weiteren Sinne sind auch Windkanter eine Verwitterungserscheinung, wobei Gesteine durch ständigen Sand- und Windschliff verändert und verkleinert werden

Verwitterung durch Sonneneinstrahlung (Insolation)- Temperatursprengung

Durch verstärkte Sonneneinstrahlung, besonders in heißen Wüstengebieten, werden Gesteine durch Abschuppung und durch Kernsprünge zerstört. Das Gestein dehnt sich bei Erwärmung und kontrahiert bei Abkühlung, wobei Spannungen an der Oberfläche auftreten, welche letztlich zur Sprengung führen. Ein besonderes Verwitterungs-Phänomen ist das manchmal explosionsartige "Knallen" von Felsen in den großen Gesteinswüsten. Durch ausgeprägte Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und die damit verbundene Zerrung und Dehnung werden die Gesteine deutlich hörbar zertrümmert. Durch Sonnenbestrahlung intensiv erhitzte Gesteine werden auch mechanisch zertrümmert, wenn Wasser oder Regen darauf gelangt.

Frostsprengung

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Bildungsprozess von Hoodoos in sedimentären Gesteinen. Aus einem ehemaligen Plateau bilden sich durch Abtragung erodierte freistehende Säulen und Nadeln.
s.a. unten: Bsp. Bryce Canyon
Foto: Copyright: Public Domain US-NPS National Park Service

Die Verwitterung durch Volumenvergrößerung des Wassers beim Gefrieren wird als Frostverwitterung definiert. Dieser Prozess findet statt, wenn im Winter Wasser in Gesteinsrisse eindringt, zu Eis gefriert, wobei sich die Spalten ausdehnen, nach dem Schmelzen des Eises noch mehr Wasser in die nunmehr vergrößerten Spalten gelangt und durch dieses wiederholte Auftauen und Gefrieren letztendlich das Gestein zerspringt.


Salzsprengung (Desquamation)

Eine mechanische schalenartige Zerstörung von Gesteinen und Mineralien durch den Sprengdruck, welche bei der Kristallisation von Salzen und durch Insolation aus wässrigen Lösungen oder bei Wasseraufnahme (Hydratation) entsteht. Typisch für die Salzsprengung sind schuppige Gesteinsoberflächen, welche durch die Salzlösungen entstehen, die bei der Verdunstung an die Oberfläche steigen, ausfällen und kristallisieren.

Chemisch-mechanische Verwitterung - Vergrusung

Wollsackverwitterung und Tafoni

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Vorgang der Wollsackverwitterung
Zeichnung:P.Rothe
aus: Rothe, P., 2002: Gesteine: Entstehung -
Zerstörung-Umbildung, Abb.: 118

Wollsackverwitterung

Eine chemisch-mechanische Verwitterung von Festgesteinen ( Bsp. Granit, Gabbro, Gneis), bei welcher sich Grus bildet. Entlang der Gesteinsklüfte im Boden wurden die Gesteine chemisch umgesetzt; je mehr Risse vorhanden waren und je leichter das Gestein war, desto tiefer schritt der Verwitterungsprozess voran. Die Gesteinspartien werden von oben nach unten immer kleiner und abgerundeter, bedingt durch die an den Ecken lösende Wirkung von drei Seiten. Der verwitterte Gesteinszersatz mit Korngrößen zwischen 64 bis 2 mm führt im Inneren abgerundete Blöcke und Gerölle, welche mit zunehmender Tiefe eckig werden. Legen die Verwitterungsvorgänge diese Blöcke durch mechanischen Abtransport von Grus und Erde frei, bilden sich sogenannte Wollsackverwitterungen , wobei vor allem bei Granit das Gestein an Längs- und Querklüften durch das Eindringen chemisch aktiver Lösungen von den Klüften aus und folgendem mechanischem Abtransport von Grus und Erde in wollsackähnliche, abgerundete Blöcke zerfällt.

Tafoni

Chemisch-mechanische Verwitterungen sind auch Tafoni, d.h. Kernverwitterungen von innen nach außen, wobei das chemisch herausgelöste "Bindemittel" (Fe-, Mn-Oxide) durch Wasser fortgespült oder durch Wind herausgeblasen wird, dadurch Hohlräume gebildet werden und eine Hartrinde (Verwitterungsrinde) übrigbleibt. Tafoni bilden sich meist in Trockengebieten. (Tafoni sind eines der Wahrzeichen der Insel Korsika).

Chemische Verwitterung

Hydratation (Wasseraufnahme an der Oberfläche und Anlagerung an der Oberfläche, Hydrolytische Verwitterung / Hydrothermale Alterung

Chemische Verwitterung ist wesentlich die Lösung durch Wasser, gesteígert durch Interaktion mit aufgenommener Kohlen-, Salz-, Schwefel- und Humussäure. Diese Art der Verwitterung wird als Gesteinszersatz, bzw. im speziellen Fall als Kohlensäureverwitterung bezeichnet. Chemische Verwitterungsprozesse finden fast nie in ariden Gebieten statt (s.u. Ausnahme), sondern meist dort, wo kältere Temperaturen herrschen oder Gefrier- und Auftau-Phasen die Regel sind.

Wüstenlack

Eine Ausnahme bildet der sogenannte Wüstenlack (Wüstenpatina), welcher durch chemische Verwitterung in Verbindung mit Kapillartransport der gelösten mineralischen Bestandteile and die Gesteinsoberfläche entsteht (d.h. nicht durch Wind herausgeblasene oder Wasser fortgespülte Hartrinden, sondern durch an der Gesteinsoberfläche ausgeschiedene Mineralien). Die typisch lackartigen dunkelbraunen bis schwärzlichen Überzuge bilden sich ausschließlich auf Gesteinen in ariden Gebieten (Hamadas oder Geröllwüsten)

Hydrolytische Verwitterung (Hydrothermale Alterung)

Werden die Silikate der Gesteine durch Hydrolyse in ihre sauren und basischen Bestandteile zersetzt, wobei diese in Lösung gehen, spricht man von hydrolytischer Verwitterung.

Allitische und Siallitische Verwitterung

Abhängig vom chemischen Milieu unterscheidet man zwischen allitischer und siallitischer Verwitterung

Allitische Verwitterung
Verwitterung in semihumidem (tropischen)- bis semiaridem Klima, was zur Bildung von Aluminiumhydroxiden führt, SiO2 abgeführt wird, Aluminiumhydroxid ausfällt und Eisenoxide angereichert werden. Typische durch diesen Prozess entstandene Gesteine sind Laterit und Bauxit.

Siallitische Verwitterung
Verwitterung in einem humiden Klima. Durch die Anwesenheit von Humussäuren wird die Abfuhr von SiO2 gehemmt; durch die Zersetzung von Feldspäten bilden sich Tonmineralien wie Montmorillonit oder Kaolinit; bei erhöhten Temperaturen erfolgt Kaolinisierung.

Rauchgas- und Säureverwitterung (Anthropogene Verwitterung)

Durch CO2 und SO2 infolge Verbrennens von Stein- und Braunkohle, besonders bei Verhüttungsprozessen, in Industrie- und bevölkerungsstarken Wohngebieten, sowie durch starke Luftverschmutzung durch Autoabgase findet eine Säureverwitterung von Bausubstanz statt (Natursteine, Zement, Mörtel an alten Gebäuden, etc.)

Pseudomorphose

Die Pseudomorphose ist eine besondere Art der Verwitterung. Geht die Verwitterung von Kristallen sehr langsam vor sich, wird die fortgeführte Substanz folglich durch neu sich bildende ersetzt, so kann es vorkommen, dass die Form des urspünglichen Minerals erhalten bleibt. Man spricht von Pseudomorphose.

siehe > Pseudomorphose


Biologische Verwitterung

Diese Verwitterung wird durch Wachstumsdruck von Pflanzenwurzeln (Wurzelsprengung) und die Aktivität in der Erde grabender und wühlender Tiere hervorgerufen. Auch Organismen wirken chemisch auf die Gesteine; tw. als Flechten auf Mauern und Felswänden, tw. durch Zersetzungsmaterialien wie Humus-, Schwefel- und Kohlensäure, welche wiederum chemisch verwitternd wirken. Folge der biologischen Verwitterung sind Lockermassen, aus welchen sich Böden bilden.


Literatur

  • Hohl, R. (Hrsg.), 1985; Die Entwicklunsggeschichte der Erde (tw. zitiert)
  • Page, J. (Hrsg.), 1985; Der Planet Erde: Wüsten; Time-Life
  • Petitjohn, F., 1957; Sedimentary Rocks; Harper, New York
  • Rothe, P., 2002; Gesteine: Entstehung-Zerstörung-Umbildung. wbg-Darmstadt
  • Wilhelmy, H., 1981; Klimamorphologie der Massengesteine; 2. Aufl., Akad. Verl.ges. Wiesbaden)

Links:


Quellangaben


Einordnung