Salzverlustsyndrom

Verwitterung (von Wetterbzw. Witterung) ist die Veränderung und Zerkleinerung von Materialien durch physikalische, chemischeund/oder biologischeProzesse auf oder nahe der Erdoberfläche, hervorgerufen durch die spezifischen Umweltbedingungen. In den Geowissenschaften handelt es sich dabei um Gesteine, genauer Fest- oder Lockergesteine, sowie deren Mineralien.

Man unterscheidet meist lediglich zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung, betrachtet also die biologische Verwitterung in der Regel nicht als eigenständige Verwitterungsform. Dies sollte jedoch nicht mit einer geringen Bedeutung biologischer Prozesse gleichgesetzt werden und ist zudem nicht verbindlich.

Grundlage einer jeden Verwitterung ist das Ausgangsgesteinund dessen tektonischePrägung durch Prozesse der Metamorphose, Klüftung, Faltungund unter anderem Schieferung. Ausgehend von diesem Ausgangsgestein spielen Verwitterungsprozesse eine große Rolle im Kreislauf der Gesteineund führen hier durch die Zerlegung von magmatischenund metamorphen Gesteinenzur Bildung von Sedimentensowie allen Arten von Gesteinstrümmern. Auch die Bildung von Rohböden, wie die Bodenbildung und -entwicklungüberhaupt, ist eng an Verwitterungsprozesse geknüpft, wobei man diese hier in ihrer bodenspezifischen Ausprägung gesondert bezeichnet. Die Verwitterung wird ihrerseits durch eine Vielzahl an Umwelteinflüssen beeinflusst, insbesondere durch Klimaund Wetter. Es ergeben sich somit verschiedenste abiotische aber auch biotische Umweltbedingungen, die die Verwitterung in Art und Umfang bestimmen. Diese spielt sich dabei vorwiegend im Wirkungsbereich dieser Umweltbedingen ab, also auf oder nahe der Erdoberfläche.

Den Abtransport des verwitterten Materials, unter anderem durch fluvialenund äolischen Transport, bezeichnet man als Erosion. Durch Sedimentationund/oder Diagenesekönnen sich die Verwitterungsprodukte zudem erneut in Sedimentgesteinenverfestigen.

Die Stärke der Verwitterung eines Gesteins wird in Verwitterungsgradenklassifiziert. Die von verschiedenen Faktoren abhängige Verwitterungsstabilitätgibt an, wie anfällig bzw. resistent ein Material für Verwitterungsprozesse ist.dick

Physikalische Verwitterung

Unter der physikalischen Verwitterung versteht man all jene Prozesse, die das Ausgangsmaterial auf mechanischem Wege und dabei meist durch eine Temperatur- bzw. Volumenänderung zersetzen und somit den Materialverband auflockern. Im Regelfall handelt es sich dabei um Festgesteine, die entlang ihrer oft bereits durch tektonische Prozesse vorgeprägten Trennflächenin immer kleinere Stücke zerlegt werden, ohne dick dabei jedoch eine chemische Veränderung zu erfahren. Eine solche chemische Veränderung rechnet man daher zur chemischen Verwitterung, sie tritt jedoch in der Regel gleichzeitig und unterstützend zu einer physikalischen Verwitterung auf.

Temperaturverwitterung

Die Temperaturverwitterung (Insolationsverwitterung) wird durch Temperaturunterschiedehervorgerufen. Jedes Gestein dehnt sich aus wenn es erwärmt wird und zieht sich zusammen wenn es abkühlt. Man bezeichnet diesen Effekt, der sich vornehmlich auf der Oberfläche des Gesteins abspielt, als Wärmeausdehnung. Diese Erwärmung wird vor allem durch die Sonneneinstrahlunghervorgerufen, kann aber auch auf die Einwirkung anderer Wärmequellen und hierbei besonders von Waldbrändenzurückgehen. Die Abkühlung vollzieht sich wiederum durch das Freisetzen von Wärmestrahlung, die Abgabe von Wärme an die umgebenden Feststoffe und das Gesteinsinnere über Wärmeleitungsowie die niederschlagsbedingte Temperatursenkung. Wesentlichste äußere Parameter sind der Temperaturintervall und die Geschwindigkeit der Temperaturänderung. Zu Brüchen im Gestein kann es dann kommen, wenn die Kräfte der Wärmeausdehnung Spannungenerzeugen, die die Elastizitätsgrenzedes Gesteins überschreiten. Spuren der Temperaturverwitterung lassen sich durch die großen Tag-Nacht Temperaturschwankungenvorallem in Wüstenfinden. In Gesteinen, die aus vielen verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten und -richtungen bestehen, werden solche Spannungen noch verstärkt. Auch die verschiedenen Farben der Mineralienan der Gesteinsoberfläche bewirken eine unterschiedliche Erwärmung.

Frostverwitterung

Der maßgebliche Effekt der Frostverwitterung ist die Frostsprengung (auch Eissprengung oder Kryoklastik). Diese wird durch Wasserhervorgerufen, welches in kleine Risse und Klüftedes Materials eindringt und bei Temperaturenunter 0 °C gefriert. Diese Risse als Grundlage der Frostverwitterung gehen dabei aus tektonischen Prozessen wie beispielsweise einer Druckentlastung und anderen Verwitterungsarten wie zum Beispiel der Temperaturverwitterung hervor.

Aufgrund der Dichteanomalie des Wassersvergrößert das Wasser beim Gefrieren sein Volumenum rund 9 %. Diese Volumenzunahme führt zur mechanischen Ausdehnung der Klüfte des Materials und damit zu einer Lockerung des Materialverbandes, eventuell sogar auch zur Absprengung einzelner Teilstücke. Die Sprengwirkung kann unter der Voraussetzung einer Sättigung mit Wasser und Temperaturen um -22 °C einen Druck von 210 MPa erreichen.

Die Stärke der Frostverwitterung wird durch die Sonneneinstrahlung, die Mineralbestandteile im Gestein bzw. die Gesteinseigenschaften (Klüftigkeit, Spaltbarkeit), dessen Porenvolumenund den Salzgehaltder angreifenden wässrigen Lösungbestimmt.
Durch Sonneneinstrahlung können in kalten Klimaten Frostwechselauftreten. Je dunkler die Mineralfarbe dabei ist, umso intensiver kann die Sonneauf das Gestein wirken und lokale Frostwechselzyklen hervorrufen. Auch bestimmt die Festigkeitdes Gesteins den Widerstand, den dieses einer mechanischen Kluftausweitung entgegen setzt. Zudem spielt die Klüftigkeit des Gesteins eine Rolle, also insbesondere der Grad der vorgelagerten Verwitterung durch andere Prozesse. Eine natürliche Anfälligkeit zeigen, bedingt lol durch ihre gute Spaltbarkeit, Minerale wie Glimmeroder Feldspäte. Es zeigt sich zudem, dass die Grenzflächeneffekte kleiner Klüfte den Schmelzpunkt des Wassers vermindern und daher die Wirkung der Frostsprengung mit der Größe der Klüfte bzw. der Poren zunimmt. Hierbei spielt jedoch auch die Sättigung dieser Klüfte/Poren mit Wassers eine Rolle, welche durch die größeren Kapillarkräftebei kleineren Klüften im Allgemeinen höher ist. Durch den Salzgehalt kann der spezifische Gefrierpunktherabgesetzt werden, was man als Gefrierpunktserniedrigungbezeichnet. Dies wirkt hemmend auf die Intensität der Frostverwitterung.

Am stärksten von der Frostverwitterung betroffen sind humideKlimatemit starken Temperaturschwankungen um den Gefrierpunkt des Wassers, also vor allem die Gebiete der polaren Gletscherklimate bis zu den winterkalten borealen Waldgebieten (Glazial- und Periglazialgebiete) und den winterkalten, kontinentalen, semiariden bis aridenWaldsteppen, Steppen und Wüsten. Eine mäßige Bedeutung besteht in den feuchtgemäßigten Waldklimatenund im Winter in den außertropisch wechselfeuchten Monsunklimaten. Resultat einer Frostverwitterung sind in der Regel klastische Materialienund scharfkantige Gesteinstrümmer, aber auch kleinere Korngrößen wie Grus, Sand, Schluffund unter Umständen auch Grobtonsind möglich.

Salzverwitterung

Analog zur Frostsprengung, jedoch mit anderen Ursachen, ist die Salzsprengung der maßgebliche Effekt der Salzverwitterung. Bei der Kristallisationvon Salzkristallenim Zuge der Verdunstungvon Wasser aus einer salzhaltigen Lösung vergrößern die Salzeihr Volumen und üben einen Kristallisationsdruckauf sie umgebenden Kluftgrenzen aus. Sie haben daher, wie das Eis bei der Frostverwitterung, eine Ausweitung der Gesteinsklüfte an dem zur Folge. Der Kristallisationsdruck wirkt dabei immer in die Richtung des schnellsten Kristallwachstums. Verstärkt wird dieser Effekt durch eine eventuell anschließende Umkristallisation, also einen Wechsel in der Modifikationdes Salzkristalls. Hierzu kommt es vor allem wenn bestimmte wasserfreie Salze bei Befeuchtung beginnen Wasser in ihr Kristallgitter einzubauen (Hydratisierung) und dadurch Quellen (siehe Quellung unten). Die Volumenzunahme kann dabei 30 bis 100 % betragen, trägt also erheblich zur Erhöhung der Spannung bei. Ein Beispiel hierfür ist Anhydrit, welcher unter Wasseraufnahme zu Gipshydratisiert und sich dabei um 60 % seines Ursprungsvolumen ausdehnt. Man bezeichnet dies auch als Hydratationssprengung, wobei dieser Prozess eng mit der hydrolytischen Verwitterung verknüpft ist und im eigentlichen Sinne keine physikalische Verwitterung mehr darstellt.

Am stärksten hiervon betroffen sind arideGebiete mit hohen Verdunstungsratenund einem unregelmäßigen aber dennoch vorhandenen Wasserzufluss von außen bzw. durch Kapillaraufstiegaus dem Grundwasser, vor allem dann, wenn das Wasser bei der Bodenpassage mit Salzen angereichert wurde bzw. Salzwasserdarstellt. Dabei handelt es sich vor allem um die ariden Halb- und Vollwüsten und die trockenen Suptropenklimate. Insbesondere sind Oberflächen betroffen, die einen ständigen Wechsel zwischen mäßiger Durchfeuchtung und Austrocknung aufweisen. Zur Salzverwitterung kommt es daher auch typischerweise bei versalztenBöden, abgeschnittenen Flachwassermeereoder deren Resten, den Salzseen. Resultat einer vollständigen Salzverwitterung mit einem häufigen Wechsel zwischen Feucht- und Trockenphasen ist ein Grus.

Desquamation

Bei einer Desquamation oder Schalenablösung kommt es zu einem Abplatzen der äußeren Gesteinsschichten und damit auch oft zur Abrundung des Gesteinskörpers. Die Prozesse die zu einer Desquamation führen, sind hauptsächlich Temperaturverwitterung und Hydratationssprengung (siehe Salzverwitterung). Es kann zu einer Verwechslung mit fluviatil bedingten Gesteinsabrundungen kommen, weshalb man bei vermutlich durch Desquamation geprägten Gesteinen auf deren Löslichkeit und Genesecharakter achten muss.

Quellung und Schrumpfung

Im Zuge der chemischen Umwandlung eines Minerals kann es zu Quellungs- und Schrumpfungsprozessen kommen, welcher ihrerseits eine mechanische Spannung bzw. Spannungsentlastung zur Folge haben. Durch den Einbau von Kristallwasserin das Kristallgittervon Schichtsilikatenwie Smectiten(Hydratation im Zwischenschichtraum) kommt es hierbei zur so genannten intrakristallinen Quellung. Einen anderen Effekt stellt die osmotische Quellung dar. Besonders häufig zeigen sich diese Effekte bei tonreichen Böden wie Pelosolen.

Druckentlastung

Ein Großteil der Gesteine liegen unter aufgelastetem Druck anderer Gesteinschichten. Löst sich dieser Druck, brechen die unteren Schichten durch die plötzliche Entlastung.

physikalisch-biologische Verwitterung

Bei einer physikalisch-biologische Verwitterung handelt es sich um die mechanische Zerstörung des Gesteins durch Lebewesen, in der Regel verursacht durch Wurzeln, die in die Gesteinsklüfte einwachsen und diese dabei ausweiten. Resultat sind in der Regel klastische Materialien.

Chemische Verwitterung

Unter der chemischen Verwitterung versteht man die Gesamtheit all jener Prozesse, die zur chemischen Veränderung oder vollständigen Lösung von Mineralen führen. Durch sie werden Gesteine in ihren Eigenschaften verändert und Stoffe in deren Umgebung freigesetzt bzw. auch aus der Umgebung in den Mineralbestand eingebunden. Mit der chemischen Verwitterung sind zahlreiche Prozesse wie etwa der Effekt des sauren Regensverbunden.

Durch die Einwirkung von Wasser, verschiedenen Gasen wie insbesondere Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff sowie anorganischen und organischen Säuren, kommt es an der Oberfläche von Mineralien zu chemischen Reaktionen, durch die diese verändert oder aufgelöst werden. Je größer diese für die Verwitterungsreagenzien zugängliche Oberfläche im Vergleich zum Volumen ist, je kleiner also die Körngröße, desto deutlicher zeigt sich der Effekt der chemischen Verwitterung. Aus diesem Grund leisten tektonische Prozesse sowie auch die physikalische Verwitterung eine wichtige Vorarbeit zur chemischen Verwitterung, da sie es der Verwitterungslösung ermöglichen in das Innere des Gesteins vorzudringen.

Wie in der Abbildung rechts zu sehen, ist von der chemischen Verwitterung je nach Zusammensetzung des Gesteins jedoch nicht nur dessen direkte Oberfläche betroffen, was wie hier insbesondere für Sandsteinegilt. Wichtig für die chemische Verwitterung ist zudem, dass die durch sie aus den Mineralien herausgelösten Ionen in der Verwitterungslösung kein stabiles Gleichgewicht mit der Mineraloberfläche ausbilden können, da andernfalls ebenjene Herauslösung und damit die chemische Verwitterung gestoppt würde. Omg Durch die pflanzliche Aufnahme dieser Ionen, ihrer Auswaschung durch Sickerwasser sowie ihre Bindung durch Mineralneubildungen, Oxidation oder Komplexierung wird garantiert, das ein beständiges Ungleichgewicht vorhanden ist und damit immer neue Ionen aus den Mineralen gelöst werden.

Da es sich um chemische Reaktionen handelt, die in ihrer Kinetikim Allgemeinen mit der RGT-Regelvon der Temperatur abhängen, hat diese bis auf den Fall der Karbonatverwitterung (siehe unten) auch einen wesentlichen Einfluss auf deren Geschwindigkeit. Ihre Intensität nimmt jedoch auch mit dem Grad und der Dauer der Feuchteeinwirkung sowie dem Säuregrad der Verwitterungslösung zu. Als Folge hiervon zeigt sich das Maximum der chemischen Verwitterung in den klimatischen Gebieten der warm-humiden Tropen.

HydrolytischeVerwitterung

Durch die Anlagerung von Wassermolekülen an die Ioneneines Kristallgittersentsteht zum einen Druck durch Volumenvergrößerung, zum anderen werden H⁺-Ionendes Wassers gegen Ionen des Minerals ausgetauscht. Dadurch wird das Ionen-Gitter des Gesteins instabil. Siehe auch Modellfall der Silikatverwitterung.

Oxidationsverwitterung

Besonders bei Gesteinen, die Eisen, Schwefeloder Manganenthalten, kann der Luftsauerstoff in Verbindung mit Wasserchemische Reaktionenhervorrufen. Es entstehen Hämatitund Goethit. Mit der Oxidationsverwitterung geht eine deutliche Farbänderung des Materials einher.

Lösungsverwitterung

Die Lösungsverwitterung greift vor allem Salz- und Karbonatgesteine an, deren Minerale in Lösung gehen oder Kristallwasseraufnehmen (zum Beispiel Umwandlung Anhydritzu Gips). Im einfachsten Fall werden Salze im Boden durch einsickerndes Wasser aufgelöst, wodurch Hohlräume einstürzen können.

Kohlensäureverwitterung

Kalkstein oder Dolomiten sind resistent gegen die Auflösung deren Mineralien durch reines Wasser. Als Sonderform der Lösungsverwitterung werden in kohlensäurehaltigemWasser, das durch die Verbindung von Wasser und Kohlendioxid entstanden ist, auch deren Mineralien, zum Beispiel karbonathaltigeMinerale wie Calcit unter gleichzeitiger Bildung von Calciumhydrogencarbonat, gelöst. Dies bezeichnet man als Kohlensäureverwitterungoder Carbonatisierung.

Durch diese Verwitterung entstehen die bizarren Karrenfelderder Kalkalpen.

Rauchgasverwitterung

Hierbei handelt es sich um eine Verwitterungsart bedingt durch Rauchgasemissionenaus anthropogenen und vulkanischenQuellen. Diese führen zu saurem Regenund den damit verbundenen Verwitterungserscheinungen nach dem Typ der Salzverwitterung.

chemisch-biologische Verwitterung

Es handelt sich hierbei um eine von Pflanzen und Tieren verursachte Verwitterung. Die von diesen Lebewesen abgesonderten Huminsäuren greifen Gesteine und Mineralien an und zerlegen diese schlussendlich. Vor allem der aus abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Resten bestehende Humus enthält in hohe Masse Huminsäuren

Auftreten

Wie in den Abschnitten zu den einzelnen Verwitterungsarten bereits deutlich wurde, zeigen diese eine stark klimaabhängige Bedeutung. Es ist daher möglich von einer klimazonalen Verteilung der unterschiedlichen Verwitterungsarten zu sprechen. Hinzu kommt eine regionale Verteilung verschiedener Gesteine, welche bedingt durch die unterschiedliche Verwitterungsstabilität ihrer jeweiligen Mineralien ebenfalls einen Einfluss auf den letztendlich vorzufindenden Charakter der Verwitterung haben. Verwitterungsprozesse als Elemente des Abbaus von Gesteinen und Mineralen treten dabei jedoch in der Regel zusammen mit anderen Prozessen auf, welche ihrerseits zu Mineralneubildungen führen können. Diese Neubildungen besitzen dabei in der Regel eine höhere Verwitterungsstabilität. Erst durch die Gesamtheit all dieser Prozesse ist die Dynamik der Geisteins- und Mineralumwandlungen sowie der Einfluss der Verwitterung auf die Geomorphologie verstehbar.

Verwandte Artikel

• Erosion
• Pedogenese
• Tektonik
• Orogenese

Literatur

• Heinrich Bahlburg, Christoph Breitkreuz: Grundlagen der Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-1394-X
• Wilhelm Bland, David Rolls: Weathering. An introduction to the scientific principles, Arnold, London 1998, ISBN 0-3406-7745-7
• Herbert Kuntze u.a.: Bodenkunde. 188 Tabellen, Ulmer, Stuttgart 1994, ISBN 3-8252-8076-4(UTB)
• Frank Press, Raymond Siever: Allgemeine Geologie. Einführung in das System Erde, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-0307-3
• Fritz Scheffer, Paul Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2002, ISBN 3-8274-1324-9

Weblinks

• Lernmodule zur chemischen Verwitterung
• Verwitterung mit Abbildungen zur Illustrationbg:?????????

en:Weathering eo:Efloresko et:Murenemine he:???? ja:?? nl:Verwering pt:Meteorização

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