Viele Felsen in alltäglichen Begegnungen mögen unzerbrechlich und unveränderlich erscheinen. Felsen unterliegen jedoch Veränderungen. Eine dieser Veränderungen wird als Verwitterung bezeichnet und kann Gesteine sowohl über kurze als auch über lange Zeiträume auf verschiedene Weise drastisch verändern.
Was ist Verwitterung von Gesteinen?
Die Verwitterung von Gesteinen beschreibt den Prozess der Schwächung und des Abbaus von Gesteinen und Mineralien. Dies kann sowohl durch unbelebte als auch durch lebende Faktoren geschehen, wie Temperaturänderungen, Pflanzen und Tiere, Säuren, Salze und Wasser, ob fest oder flüssig. Die Verwitterung von Gesteinen findet über einen Zeitraum statt. Gesteine auf der Erdoberfläche neigen dazu, schneller zu verwittern als solche unter der Erde. Die Verwitterung ist einer der Prozesse, die zur Bodenproduktion führen.
Welche Arten von Verwitterung gibt es?
Verschiedene Arten der Verwitterung wirken sich auf Gesteine aus. Dazu gehören physikalische/mechanische Verwitterung, chemische Verwitterung und biologische Verwitterung.
Physikalische oder mechanische Verwitterung zerlegt Gestein tatsächlich in Stücke. Eine Methode der physikalischen Verwitterung beinhaltet das Einfrieren und Auftauen von Wasser. In flüssiger Form kann Wasser zwischen Poren oder Rissen in Gesteinen rutschen. Wenn dieses Wasser gefriert, dehnt es sich in diesen Felsen aus. Das Volumen kann bis zu 10 Prozent ansteigen, was großen Druck auf die Felsen ausübt. Dies wird als Eiskeilen oder Kryofrakturierung bezeichnet, da Eis im Laufe der Zeit Felsen tatsächlich auseinanderkeilt. Wenn das Eis auftaut und wieder flüssiges Wasser bildet, werden Teile des Gesteins durch Erosion als winzige Stücke mitgerissen. Wasser spielt eine große Rolle bei der physikalischen Verwitterung. Es kann in die Poren von Gestein und Ton eindringen, sie anschwellen lassen und dann härteres Gestein um sie herum verwittern. Wasser hebt Steine von Unterwasseroberflächen, und wenn sie zurückfallen oder auf andere Steine treffen, können sie brechen.
Salz kann zu einer Art von Verwitterung führen, die als Wabenverwitterung bezeichnet wird. Durch Kapillarwirkung sickert Grundwasser in Felsrisse und verdunstet schließlich. Dabei entstehen Salzkristalle, die den Druck im Gestein erhöhen. Irgendwann brechen die Felsen zusammen. Dies kann Gruben mit Salzkristallen hinterlassen, die Waben ähneln. Die Verwitterung durch Salzkristallisationsverwitterung findet sich häufig in trockenen Klimazonen.
Temperaturextreme können auch die Verwitterung von Gesteinen beeinflussen. Eine Art der physikalischen Verwitterung wird als thermischer Stress bezeichnet. Dies ist ein häufiger Faktor in Wüstenklimaten, in denen die Tagestemperaturen sehr heiß sind, während die Nachttemperaturen ziemlich kühl sein können. Wenn sich dieser wilde Temperaturwechsel über einen langen Zeitraum wiederholt, bröckelt und blättert das Gestein schließlich ab. Diese Aktion wird Peeling genannt. Abrieb ist eine andere Art der physikalischen Verwitterung, bei der die ständige Reibung durch Wind, Wasser oder Eis allmählich Gesteine freilegt und abbricht.
Eine weitere wichtige Art der Verwitterung ist die chemische Verwitterung. Chemische Verwitterung resultiert oft aus der Wechselwirkung von Wasser und Temperatur in einer Umgebung mit Mineralien in Gesteinen. Bei der chemischen Verwitterung ändert sich die tatsächliche molekulare Zusammensetzung von Gesteinen. Ein Beispiel ist, wenn sich Kohlendioxid mit Wasser verbindet, wodurch Kohlensäure entsteht, die Kohlensäure ergibt. Kohlensäure wiederum löst Kalkstein auf, der mit der Zeit unterirdische Kalksteinhöhlen bildet.
Oxidation ist eine Art chemischer Verwitterung, bei der eisenhaltige Gesteine mit Sauerstoff und Wasser reagieren und zu Rost führen. Rust präsentiert sich als die klassische rötlich-orange Farbe in Eisen. Dieser Rost wird Felsen abnutzen. Bei der Hydratation ändern sich die tatsächlichen chemischen Bindungen eines Gesteins durch die Aufnahme von Wasser. Wasser wandelt auf diese Weise Anhydrit in Gips um. Hydratation führt auch zu Gesteinsdeformationen. Bei der Dehydration wird Wasser aus dem Gestein entfernt, beispielsweise wenn Wasser aus Limonit entfernt wird, um Hämatit zu bilden. Bei der Hydrolyse verändern sich Mineralien, wenn sie saurem Wasser ausgesetzt werden, um Lösungen wie Salzwasserlösungen herzustellen. Die chemische Verwitterung durch Hydrolyse von Feldspat erzeugt auch die sehr verbreiteten Tonminerale und Quarz. Die Hydrolyse von Alkalifeldspat oder Orthoklas kann auch zur Bildung von Kaolinit und anderen Substanzen führen. All diese chemischen Prozesse führen zu einer verstärkten Verwitterung von Gesteinen. Chemische Verwitterung ist häufiger und tritt in tropischen Regionen aufgrund von Hitze und reichlich Regenwasser schneller auf.
Biologische Verwitterung ist eine Art der Verwitterung, die durch pflanzliche, tierische und sogar mikrobielle Einflüsse entsteht. Zum Beispiel brechen Baumsamen im Laufe der Zeit Steine auf, wenn sie zu ausgewachsenen Bäumen heranwachsen. Die Wurzeln der Bäume breiten sich ständig aus und machen Risse in den Felsen. Auch das Graben von Tieren wie Maulwürfen kann Steine abbauen. Sogar oberirdische Tiere können auf ihrem Weg über Land Felsen abbauen. Sowohl lebende als auch verrottende Pflanzen und Pilze beeinflussen Gesteine durch die Produktion von Kohlensäure. Pilze in Flechten arbeiten daran, Gesteine abzubauen, um Mineralien freizusetzen, und symbiotische Algen nehmen an diesen Mineralien teil. Dieser Prozess führt zu Löchern im Gestein. Selbst winzige Bakterien können verwittern und den Mineralgehalt von Gesteinen verändern! Im Laufe der Zeit führt die gesamte Aktivität biologischer Organismen zu einer verstärkten Verwitterung von Gesteinen.
Zusammenhang zwischen Verwitterung und Erosion
Wenn Gesteine im Laufe der Zeit durch Verwitterung abgenutzt sind, können sie vom Wind oder von Gewässern weggeschwemmt werden. Dieser Vorgang wird Erosion genannt. Erosion tritt tendenziell in Gesteinen auf, die auf der Erdoberfläche verwittert sind. Sowohl Verwitterung als auch Erosion sind überall auf der Erde verbreitet und ihre Kombination verändert die Oberfläche über lange Zeiträume drastisch.
Bemerkenswerte Beispiele für Verwitterung
Es gibt viele Beispiele für die Verwitterung von Gesteinen auf der ganzen Welt, darunter einige wichtige Sehenswürdigkeiten.
Wussten Sie, dass der größte Canyon der Erde aus Wasser besteht? Der Grand Canyon in den Vereinigten Staaten wurde über Millionen von Jahren aufgrund der Verwitterung von Gesteinen durch Wasser, insbesondere den Colorado River, in seine heutige Form gebracht. Ein weiteres Beispiel für Verwitterung ist das Abblättern, das zu Landformen namens Bornhardts führt. Diese gewölbten Strukturen treten in der Regel in tropischen Umgebungen auf; Ein Beispiel ist der Zuckerhut in Brasilien.
Kalksteinhöhlen sind ein Beispiel für Verwitterung. Durch chemische Verwitterung entstand das riesige Höhlensystem des Carlsbad Caverns National Park in den Vereinigten Staaten.
Die Appalachen in Nordamerika waren einst höher als der Mount Everest. Verwitterung und Erosion über viele Millionen Jahre hinweg haben diese Berge in die untere, glattere Kette hinabgetragen, die sie heute sind.
Es ist erstaunlich, dass die Verwitterung durch Chemikalien, Pflanzen und Tiere und Mikroben jeder Größe sowie Regen und Wind die Landschaft so enorm verändern können!
Wie sich Verwitterung auf die Umwelt auswirkt
Die Verwitterung von Gesteinen spielt eine entscheidende Rolle für das Gleichgewicht der Umwelt. Wenn Gesteine von scharfen zu glatten Objekten verwittert werden, sind sie bereit, zur Bodenbildung beizutragen. Verrottetes Pflanzen- und Tiermaterial, Bakterien und verwitterte Mineralien ergeben fruchtbare Böden. Je mehr Arten von Materialien im Boden vorhanden sind, einschließlich verwitterter Gesteinsstücke, desto fruchtbarer wird der Boden sein. Dies ist wichtig für den Pflanzenanbau und als solche für die Landwirte, die Nahrung für Mensch und Tier anbauen. Wenn der Boden keine breite Mischung aus biologischen und mineralischen Bestandteilen enthält, ist er nicht so fruchtbar und kann in einigen Fällen überhaupt keine Fruchtbarkeit aufweisen.
Menschliches Handeln kann die Verwitterungsrate erhöhen. Die Luftverschmutzung durch fossile Brennstoffe führt zu saurem Regen, der Gesteine wie Marmor und Kalkstein sowie alle daraus hergestellten Gebäude oder Denkmäler abnutzt. Die Verringerung der Luftverschmutzung durch die Produktion fossiler Brennstoffe kann dazu beitragen, weitere Umweltschäden durch sauren Regen zu verhindern.