Physikalische Verwitterung

Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  3

1.1  Der Begriff Verwitterung  4

1.2  Der Begriff Physikalische Verwitterung  4

2.  Die Insolationsverwitterung  5

3.  Die Frostsprengungsverwitterung  7

4.  Die Salzsprengungsverwitterung  9

5.  Kluftbildung durch Entlastung Schalenverwitterung Exfoliation  10

6.  Die Biophysikalische Verwitterung  12

7.  Sonstige Arten der physikalischen Verwitterung  13

8.  Zusammenfassung  13

  Literaturverzeichnis  14

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1. Einleitung

Die Verwitterung und ihre vielfältigen Erscheinungsformen lassen sich in unzähligen Gebieten wiederfinden. Ihr Einflussbereich erstreckt sich von Natur und Umwelt, bis hin zum menschlichen Alltag. Die Verwitterung beeinflusst diese Teilbereiche in einem hohen Maße und wird gleichzeitig durch sie verstärkt. Je nach Ort des Auftretens kann ihr Wirken und ihre Intensität unterschiedlich stark sein. Die Verwitterung steht in einer maßgeblichen Abhängigkeit zur Temperatur. Besonders Klimate mit außerordentlichen Schwankungen der Klimasituation sind prädestiniert für vermehrt auftretende Verwitterung. Je nach Lage des zu betrachtenden Ortes und den Schwankungen in der Temperaturamplitude, lassen sich verschiedenste Charakteristika erkennen. So kann bei erhöhtem Auftreten einer bestimmten Erscheinungsform der Verwitterung immer auf eine gewisse Temperatursituation geschlossen werden und anders herum. Annährend alle Materialien verändern ihr Erscheinungsbild mit der Zeit aufgrund von Verwitterung. Egal ob Holz, Metall oder Gestein, jedes Material wird durch sie beeinflusst und verändert. Im Folgenden, soll es um die Physikalische Verwitterung von Gestein gehen. Es werden die charakteristischen Mechanismen und Formen der Physikalischen Verwitterung betrachtet und erläutert. Anhand von Beispielen und Bildern erfolgt die anschauliche Darstellung von Ablauf und Vorkommen des jeweiligen Typs.

1.1 Der Begriff „Verwitterung“

Da im Anschluss mehrfach die Rede von dem Begriff „Verwitterung“ sein wird, muss diese Begrifflichkeit zunächst kurz erläutert werden. AHNERT, fasst die Bedeutung des Begriffs Verwitterung in seinem Lehrbuch „Einführung in die Geomorphologie“ in drei wesentlichen Punkten zusammen. Die erste Bedeutung schreibt er dem Einwirken atmosphärischer Prozesse auf das Gesteinsmaterial zu. Die zweite, der Anpassung der Gesteine an die Umweltbedingungen der Erdoberfläche und die dritte Bedeutung, der Aufbereitung des Gesteinsmaterials als Voraussetzung für die spätere Abtragung. [vgl. AHNERT F.(1999): Einführung in die Geomorphologie: 88]. Daraus leitet sich die folgende Definition ab: „ Der Begriff Verwitterung (engl. weathering) ist abgeleitet von Wetter und umfasst alle Prozesse der direkten oder indirekten Veränderung von anorganischen und von manchen toten organisch entstandenen Substanzen (z.B. Muschelschalen oder Steinkohle) durch Wettereinflüsse, insbesondere durch Temperaturschwankungen, Eisbildung, Feuchtigkeit und Feuchtigkeitsschwankungen, sowie durch die chemischen Einwirkungen von Stoffen, die im Regen-, Boden- und Grundwasser gelöst sind. In der Geomorphologie ist dabei immer die Veränderung von Gesteins- und Bodenmaterial gemeint. Je nach der Art der Veränderung unterscheidet man die mechanische und die chemische Verwitterung. Die mechanische Verwitterung wird auch als

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physikalische Verwitterung bezeichnet. Sie besteht aus Prozessen, die den Zustand des Gesteins verändern, z. B. die Korngröße, die Oberflächenbeschaffenheit oder den inneren Zusammenhalt (Kohäsion), aber nicht die stoffliche Zusammensetzung. Im Gegensatz dazu bewirken die Prozesse der chemischen Verwitterung Stoffänderungen des Gesteinsmaterials, d. h. Zersetzung (Korrosion) der Substanz und Bildung neuer Verbindungen. Ein Teil des zersetzten Materials wird dabei häufig in Lösung weggeführt. In der Natur wirken mechanische und chemische Verwitterungsprozesse häufig gleichzeitig und einander ergänzend an demselben Gestein. Die mechanische Verwitterung erzeugt und erweitert Risse, an denen die chemische Zersetzung in das Gestein vordringen kann. Die chemischen Stoffumwandlungen vermindern andererseits den Zusammenhalt des Gesteins und tragen so zu dessen physikalischem Zerfall bei.“ [AHNERT F.(1999): Einführung in die Geomorphologie: 88]. Es lässt sich also ferner feststellen, dass die Unterscheidung zwischen physikalischen, chemischen sowie biogenen Verwitterungsprozessen rein formal ist. Im Geoökosystem wirken sie jedoch meist kombiniert und lassen sich somit im Grunde nie gesondert betrachten.

1.2 Der Begriff „Physikalische Verwitterung“

(Erläuterung mit Hilfe einer Definition)

Kommen wir zur begrifflichen Erklärung der Physikalischen Verwitterung. Diese wurde in der Definition von AHNERT bereits erwähnt, soll aber nun noch etwas genauer betrachtet werden. „ Als physikalische oder mechanische Verwitterung der Gesteine bezeichnet man die Lockerung ihres Gefüges und ihre Zerkleinerung zu Bruchstücken vom groben Schutt bis zu feinem Grus, ja Sand und Staub durch von der Erdoberfläche her einwirkende Vorgänge, soweit dabei keine bzw. keine

auffälligen chemischen Veränderungen der betroffenen Gesteinsmassen erfolgen.“[LOUIS H. &

FISCHER K. ( 1979): Allgemeine Geomorphologie: 111]. Des Weiteren lässt sich feststellen, dass die

Physikalische Verwitterung überwiegend auf Temperaturschwankungen beruht. Es erfolgt eine Zerlegung der Minerale und Gesteine in kleinere Korngrößen. Die daraus resultierende Oberflächenvergrößerung ist eine wichtige Voraussetzung für die spätere Wirksamkeit von chemischen Verwitterungsprozessen.

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2. Die Insolationsverwitterung

Der Fachterminus Insolation ist aus den lateinischen Wörtern „in“, was hinein bedeutet und dem Wort „sol“, was soviel wie Sonne bedeutet zusammengesetzt. Im

deutschsprachigen Raum nennt man diese Form der Verwitterung auch „unmittelbare Temperaturverwitterung“. Sie beruht darauf, dass alle Materialien ihr Volumen verändern, wenn auf sie Temperatur einwirkt. Als Einstieg soll hier ein Beispiel dienen, um den Mechanismus und die Wirkungsweise genauer zu beschreiben und im Anschluss zu erläutern. In Wüsten, wie der Sahara, ist es tagsüber sehr heiß und nachts sehr kalt. Durch den täglichen Wechsel von Sonnenschein und nächtlicher Abkühlung dehnen sich die Gesteine an der Erdoberfläche tagsüber aus und nachts ziehen sie sich wieder zusammen. Es kommt zu Druck- und Zugspannungen, die auf das Gestein wirken. Diese Mechanismen können als Effekt die Gesteinlockerung haben. Generell lässt sich davon ableiten, dass die „unmittelbare Temperaturverwitterung“ auf dem raschen Wärmeaustausch an Gesteinsoberflächen beruht. Die einstrahlungsbedingte Erwärmung, sowie die ausstrahlungsbedingte Abkühlung (auch mehrfach aufeinander folgende Starkregen in heißen Klimaten können dazu beitragen) sind wesentliche Grundlagen dieses Verwitterungstypus. Als Regler wirken hierbei die Gesteinsfarbe, die Wärmeleitfähigkeit, der Mineralbestand, das Mineralgefüge sowie die eventuell vorhandenen Feinkluftnetze. Differenziert werden die Vorgänge der Insolationsverwitterung durch ihren Wirkungsort. Es lässt sich eine variierende Intensität zwischen dem Innerem und der Außenschale erkennen. Der Hauptwirkungsraum ist der strahlungsexponierte Außenbereich. Die entstehenden Temperaturunterschiede zwischen Innerem und dem Rand führen zu Spannungen, die den Gesteinskörper durch Sprünge zerlegen können (siehe Abb.1). Zu den Eindringtiefen dieser Verwitterungsart ist zu sagen, dass sie im großen Maße abhängig sind von Zahl und Tiefe der bereits vorhandenen Klüfte, von der Gesteinsart, sowie der mineralischen Zusammensetzung des zu betrachtenden Gesteins. Prinzipiell ist festzustellen, je grobkörniger und bunter das Gestein (unterschiedliche mineralische Zusammensetzung, Farb-, Größen- und Strukturunterschiede), desto schneller kommt es zum Mineral- bzw. zum Gesteinszerfall, sprich zur Verwitterung des Gesteins. Dichte feinkörnige kristalline Gesteine, wie der Basalt oder Syenit sind dagegen verwitterungsresistenter. Weiterhin ist zu beachten, dass die Insolationsverwitterung nicht nur von der Wärmemenge abhängig ist, die wirkt. Viel mehr sind es Temperaturwechsel in plötzlicher und sich wiederholender Folge, die zur Beschleunigung der

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