Veel stenen in alledaagse ontmoetingen lijken misschien onbreekbaar en onveranderlijk. Rotsen ondergaan echter veranderingen. Een van die veranderingen wordt verwering genoemd, en over zowel korte als lange perioden kan het rotsen op een aantal manieren drastisch veranderen.
Wat is verwering van rotsen?
Verwering van gesteenten beschrijft het proces van verzwakking en afbraak van gesteenten en mineralen. Dit kan gebeuren via zowel niet-levende als levende factoren, zoals temperatuurveranderingen, planten en dieren, zuren, zouten en water, vast of vloeibaar. Verwering van rotsen vindt plaats over een bepaalde periode. Rotsen op het aardoppervlak hebben de neiging om sneller te verweren dan die onder de grond. Verwering is een van de processen die leiden tot bodemproductie.
Wat zijn de soorten verwering?
Verschillende soorten verwering beïnvloeden rotsen. Deze omvatten fysische/mechanische verwering, chemische verwering en biologische verwering.
Fysieke of mechanische verwering breekt stenen in feite af in stukjes. Een methode van fysieke verwering omvat het bevriezen en ontdooien van water. In vloeibare vorm kan water tussen poriën of scheuren in rotsen glippen. Als dit water bevriest, zet het uit in die rotsen. Het volume kan tot 10 procent toenemen, waardoor er grote druk op rotsen komt te staan. Dit wordt ijswiggen of cryofracturing genoemd, omdat ijs in de loop van de tijd rotsen uit elkaar wigt. Wanneer het ijs ontdooit en weer vloeibaar water vormt, worden delen van het gesteente als kleine stukjes weggevaagd door erosie. Water speelt een grote rol bij fysieke verwering. Het kan de poriën van gesteente en klei binnendringen, ze laten zwellen en dan harder gesteente om hen heen weerstaan. Water tilt rotsen op van onderwateroppervlakken en wanneer ze terugvallen of andere rotsen raken, kunnen ze breken.
Zout kan leiden tot een soort verwering die honingraatverwering wordt genoemd. Grondwater sijpelt door capillaire werking in rotsspleten en verdampt uiteindelijk. Hierdoor ontstaan zoutkristallen, die de druk in gesteenten verhogen. Uiteindelijk zullen de rotsen breken. Dit kan putten met zoutkristallen achterlaten die op honingraten lijken. De verwering door zoutkristallisatieverwering wordt vaak aangetroffen in droge klimaten.
Extreme temperaturen kunnen ook de verwering van rotsen beïnvloeden. Eén type fysieke verwering wordt thermische stress genoemd. Dit is een veelvoorkomende factor in woestijnklimaten, waar de dagtemperaturen erg hoog zijn, terwijl de nachttemperaturen behoorlijk koel kunnen zijn. Wanneer deze wilde temperatuurschommelingen gedurende een lange periode herhaaldelijk plaatsvinden, zullen rotsen uiteindelijk afbrokkelen en schilferen. Deze actie wordt exfoliatie genoemd. Slijtage is een ander type fysieke verwering waarbij constante blootstelling aan wrijving door wind, water of ijs geleidelijk stenen blootlegt en afbreekt.
Een ander belangrijk type verwering is chemische verwering. Chemische verwering is vaak het gevolg van de interactie van water en temperatuur in een omgeving met mineralen in gesteenten. Bij chemische verwering verandert de feitelijke moleculaire samenstelling van gesteenten. Een voorbeeld is wanneer kooldioxide wordt gecombineerd met water, waardoor carbonatatie ontstaat, wat koolzuur oplevert. Koolzuur zal op zijn beurt kalksteen oplossen, dat na verloop van tijd ondergrondse kalksteengrotten vormt.
Oxidatie is een vorm van chemische verwering waarbij gesteenten met ijzergehalte zullen reageren met zuurstof en water, wat leidt tot roest. Roest presenteert zich als de klassieke rood-oranje kleur in ijzer. Deze roest zal stenen slijten. Bij hydratatie zullen de feitelijke chemische bindingen van een rots veranderen door de absorptie van water. Water verandert op deze manier anhydriet in gips. Hydratatie leidt ook tot rotsvervorming. Bij uitdroging wordt water uit gesteente verwijderd, zoals wanneer water uit limoniet wordt verwijderd om hematiet te vormen. Bij hydrolyse veranderen mineralen wanneer ze worden blootgesteld aan zuur water om oplossingen te maken, zoals een zoutwateroplossing. Chemische verwering, via hydrolyse van veldspaat, maakt ook de veel voorkomende kleimineralen en kwarts. Hydrolyse van alkali-veldspaat of orthoklaas kan ook leiden tot de vorming van kaoliniet en andere stoffen. Al deze chemische processen leiden tot verhoogde verwering van gesteenten. Chemische verwering komt vaker voor en komt sneller voor in tropische gebieden, vanwege hitte en overvloedig regenwater.
Biologische verwering is een vorm van verwering die het gevolg is van plantaardige, dierlijke en zelfs microbiële invloeden. Boomzaden zullen bijvoorbeeld na verloop van tijd rotsen uit elkaar halen als ze uitgroeien tot volwassen bomen. De wortels van bomen zullen zich voortdurend verspreiden en scheuren in rotsen maken. Gravende dieren zoals mollen kunnen ook stenen afbreken. Zelfs bovengrondse dieren kunnen rotsen afbreken als ze over land reizen. Zowel levende als rottende planten en schimmels beïnvloeden gesteenten door koolzuur te produceren. Schimmels in korstmossen werken om rotsen af te breken om mineralen vrij te maken, en symbiotische algen nemen van die mineralen deel. Dit proces leidt tot gaten in de rotsen. Zelfs kleine bacteriën kunnen het mineraalgehalte van gesteenten verweren en veranderen! Na verloop van tijd leidt alle activiteit van biologische organismen tot verhoogde verwering van gesteenten.
Relatie tussen verwering en erosie
Wanneer stenen door verwering in de loop van de tijd zijn afgesleten, kunnen ze worden weggevaagd door de wind of door watermassa's. Dit proces wordt erosie genoemd. Erosie treedt meestal op in rotsen die verweerd zijn op het aardoppervlak. Zowel verwering als erosie komen overal op aarde voor, en de combinatie hiervan verandert het oppervlak drastisch gedurende lange tijdsperioden.
Opmerkelijke voorbeelden van verwering
Er zijn veel voorbeelden van verwering van rotsen over de hele wereld, waaronder enkele belangrijke bezienswaardigheden.
Wist je dat de grootste kloof op aarde door water is gemaakt? De Grand Canyon in de Verenigde Staten is in de loop van miljoenen jaren in zijn huidige vorm uitgehouwen als gevolg van verwering van rotsen door water, met name de Colorado-rivier. Een ander voorbeeld van verwering is de afschilfering die leidt tot landvormen die bornhardts worden genoemd. Deze koepelvormige structuren komen meestal voor in tropische omgevingen; een voorbeeld is de Suikerbroodberg in Brazilië.
Kalksteengrotten zijn een voorbeeld van verwering. Chemische verwering vormde het immense grottenstelsel van Carlsbad Caverns National Park, in de Verenigde Staten.
De Appalachen in Noord-Amerika waren ooit hoger dan de Mount Everest. Verwering en erosie, gedurende vele miljoenen jaren, droegen deze bergen naar de lagere, gladdere keten die ze nu zijn.
Het is verbazingwekkend om te bedenken dat verwering door chemicaliën, planten en dieren en microben van elke grootte, en regen en wind zulke enorme veranderingen in het landschap kunnen veroorzaken!
Hoe verwering het milieu beïnvloedt
De verwering van gesteenten speelt een cruciale rol in de balans van het milieu. Wanneer rotsen verweerd zijn van scherpe voorwerpen tot gladdere, zijn ze klaar om bij te dragen aan het maken van bodems. Verrotte plantaardig en dierlijk materiaal, bacteriën en verweerde mineralen leveren vruchtbare grond op. Hoe meer soorten materialen er in de bodem zijn, inclusief verweerde rotsstukken, hoe vruchtbaarder de bodem zal zijn. Dit is belangrijk voor het kweken van planten, en als zodanig belangrijk voor de boeren die voedsel verbouwen voor mens en dier om te eten. Als de bodem geen breed mengsel van zowel biologische als minerale componenten bevat, zal deze niet zo vruchtbaar zijn en in sommige gevallen zelfs geen enkele vruchtbaarheid hebben.
Menselijk handelen kan de verwering versnellen. Luchtvervuiling door fossiele brandstoffen leidt tot zure regen, die rotsen zoals marmer en kalksteen, en alle gebouwen of monumenten die ervan zijn gemaakt, verslijt. Door de vervuiling van de lucht door de productie van fossiele brandstoffen te verminderen, kan verdere schade aan het milieu door zure regen worden voorkomen.