Wasser ist der Ursprung der Welt
(Thales von Milet, 624 v.Chr. - 545 v.Chr.)
Wie Thales von Milet schon erkannte, ist Wasser für sehr viele chemische Reaktionen und Prozesse notwendig, ohne die ein Leben wie wir es kennen, nicht möglich wäre. Es ist zum einen direkt entscheidend für das Leben auf der Erde aber auch indirekt. Nur mit Hilfe des Wassers kann es zur Gestaltung unserer Erdoberfläche kommen. Wasser spielt die entscheidende Rolle bei der Formung der Erdoberfläche, sprich bei der Verwitterung.
Unter Verwitterung versteht man alle Prozesse, die eine direkte oder indirekte Veränderung von „anorganischen und von manchen toten organisch entstanden Substanzen (z.B. Muschelschalen oder Steinkohle)“ (Ahnert 1996, S. 88) durch Wettereinwirkungen hervorruft. Dies kann zum Beispiel durch Temperaturschwankungen, Eisbildung, Feuchtigkeit und chemische Einwirkungen durch Stoffe, die im Wasser gelöst sind, erfolgen. Man unterscheidet zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung. Die physikalische Verwitterung verändert den Zustand des Gesteins, d.h. sie verändert die Körngröße, die Oberflächenbeschaffenheit, den inneren Zusammenhalt u.s.w. Die chemische Verwitterung hingegen verändert die stoffliche Zusammensetzung eines Gesteinmaterials. Sie bewirkt also eine Stoffänderung und führt somit zur Bildung neuer Verbindungen, wobei ein Teil des zersetzten Materials oft weggeschwemmt wird. Physikalische und chemische Verwitterung arbeiten in der Natur häufig nebeneinander und ergänzen bzw. verstärken sich gegenseitig. Neben der gerade erwähnten Bedeutung von Verwitterung als Einwirkung atmosphärischer Prozesse, hat der Begriff Verwitterung aus geomorphologischer Sicht noch zwei weitere Bedeutungen (vgl. Ahnert 1996 S.88/89). Erstens: Verwitterung als Anpassung der Gesteine an die Umweltbedingungen an die Erdoberfläche. Darunter versteht man die Veränderung des Gesteins aufgrund der Unterschiede der Umweltbedingungen zwischen Entstehungsort des Gesteins, meist im Erdinneren (z.B. konstante hohe Temperatur, konstanter hoher Druck...) und der Landoberfläche. Zweitens: Verwitterung als die Aufbereitung des Gesteins für die Abtragung. Denn selten erfolgt der „Abtransport“ bei im festen Verband befindlichem Gestein (z.B. bei Bergstürzen), meistens findet er bei bereits von der Verwitterung erzeugtem Lockermaterial - dem so genannten Regolith - statt.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 EINFLUSSFAKTOREN AUF CHEMISCHE VERWITTERUNG
2.1 ZEIT
2.2 KLIMA
2.3 GESTEINSBEDECKUNG
2.4 WASSERBEWEGUNG
2.5 WASSERQUALITÄT
2.6 VERWITTERBARKEIT DES MATERIALS
3 DIE CHEMISCHEN VERWITTERUNGSREAKTION
3.1 DIE CHEMISCHE VERWITTERUNG DER FELDSPÄTE
3.1.1DIE CHEMISCHE VERWITTERUNG DER ANDEREN SILIKATE
3.2 DIE CHEMISCHE VERWITTERUNG DER EISENSILICATE
3.3 DIE CHEMISCHE VERWITTERUNG VON CARBONATEN
3.4 DIE VERWITTERUNG VON MINERALSALZEN
4 SCHLUSSBETRACHTUNGEN
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht den komplexen Prozess der chemischen Verwitterung, identifiziert die maßgeblichen Einflussfaktoren auf diesen Vorgang und analysiert die spezifischen chemischen Reaktionen bei unterschiedlichen Gesteinsarten, um letztlich die geomorphologische und praktische Bedeutung der Verwitterung, etwa beim Erhalt von Bauwerken, herauszuarbeiten.
- Prozesse und Definitionen der chemischen Verwitterung
- Einflussfaktoren wie Zeit, Klima und Wasserqualität
- Chemische Verwitterungsreaktionen bei Silikaten und Carbonaten
- Die Rolle der Oxidation bei Eisensilikaten
- Praktische Relevanz für den Denkmalschutz und Sauren Regen
Auszug aus dem Buch
3.1 Die chemische Verwitterung der Feldspäte
Der Feldspat gehört zur Gruppe der Silikatmineralien, genauer zu den Gerüst- bzw. Tektosilikaten. Silikate sind eine Verbindung zwischen Silizium und Sauerstoff und meistens noch einem weiteren Stoff, z.B. Metalle. Silikate machen ca. 90% des Materials der Erdkruste aus. Unter den Silikaten sind die Feldspäte die größte Gruppe; sie machen immerhin noch ca. 50-60% Volumenprozent der Erdkruste aus. Die Verwitterung des Feldspats ist repräsentativ für viele andere gesteinsbildende Silikatmineralien, daher „trägt die Kenntnis des Verwitterungsverhaltens des Feldspats wesentlich zu unserem Verständnis der Verwitterungsprozesse im allgemeinen bei, zum einen wegen der ungeheuer großen Häufigkeit der Silikatmineralien in der Erde, zum anderen, weil die gleichen chemischen Lösungs- und Umwandlungsprozesse, die die Feldspatverwitterung charakterisieren, auch andere Mineralien betreffen.“ (Press and Siever, 1995 S. 119)
Als Beispiel will ich hier die Verwitterung des Feldspats Orthoklas - ein Bestandteil von Granit neben Quarz und anderen Kristallen - darstellen. Nur bestimmte Teile des Granits verwittern und deshalb brechen die nur schwer verwitterbaren Bestandteile heraus wie z.B. Quarz, weil Hohlräume entstehen. Wie oben schon erwähnt, beschleunigt sich mit der Bildung von Rissen die chemische Verwitterung, da die Größe der Oberflache zunimmt. Da das Regenwasser neben H2O noch andere Reagenzien enthält, welche die chemische Verwitterung beeinflussen, will ich erst einmal untersuchen, wie die Verwitterung von Orthoklas in destilliertem Wasser abläuft. Der Feldspat löst sich in reinem Wasser nur sehr langsam. Nach einiger Zeit ergibt sich jedoch folgendes Reaktionsschema.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Definiert den Begriff der Verwitterung als Anpassung der Gesteine an Oberflächenbedingungen und grenzt die chemische von der physikalischen Verwitterung ab.
2 EINFLUSSFAKTOREN AUF CHEMISCHE VERWITTERUNG: Untersucht äußere Faktoren wie Zeit, Klima, Regolithbedeckung sowie die Beschaffenheit und Bewegung des Wassers hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Verwitterungsintensität.
3 DIE CHEMISCHEN VERWITTERUNGSREAKTION: Analysiert detailliert die chemischen Umwandlungsprozesse bei verschiedenen Mineralgruppen, darunter Feldspäte, Silikate, Eisensilikate, Carbonate und Mineralsalze.
4 SCHLUSSBETRACHTUNGEN: Erläutert die praktische Relevanz der gewonnenen Erkenntnisse für den Erhalt historischer Bauwerke und den Schutz gegen Umwelteinflüsse wie den Sauren Regen.
Schlüsselwörter
Chemische Verwitterung, Feldspat, Silikate, Karbonatisierung, Oxidation, Wasserqualität, pH-Wert, Regolith, Geomorphologie, Saurer Regen, Denkmalschutz, Gesteinszersetzung, Mineralneubildung, Hydration, Erosion.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit?
Die Arbeit behandelt die chemische Verwitterung als einen zentralen Prozess der Erdoberflächengestaltung, analysiert deren treibende Faktoren und erklärt die chemischen Reaktionen, die dabei ablaufen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Themenfelder umfassen die physikalischen und chemischen Voraussetzungen der Gesteinszerstörung, die chemischen Reaktionsgleichungen bei verschiedenen Mineralen und den praktischen Anwendungsbezug im Denkmalschutz.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, ein tiefgreifendes Verständnis für die chemischen Abläufe der Verwitterung zu vermitteln, um sowohl theoretische geomorphologische Fragen als auch praktische Probleme wie Bauschäden zu klären.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es handelt sich um eine geographische Facharbeit, die auf einer fundierten Literaturanalyse basiert und chemische Reaktionsgleichungen zur Veranschaulichung der mineralogischen Zerfallsprozesse nutzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden zunächst die Einflussfaktoren (Zeit, Klima, etc.) dargelegt, gefolgt von einer detaillierten mineralspezifischen Analyse der chemischen Verwitterungsreaktionen bei Silikaten, Carbonaten und Salzen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Werk?
Wichtige Begriffe sind insbesondere chemische Verwitterung, Silikate, Feldspat, Oxidation, Saurer Regen und Denkmalschutz.
Warum spielt Wasser eine so zentrale Rolle bei der chemischen Verwitterung?
Wasser agiert als direktes chemisches Reagenz, als Transportmedium für gelöste Stoffe und als Beförderer anderer saurer Reagenzien wie Kohlendioxid in die Porenstrukturen des Gesteins.
Inwiefern ist das Wissen über Verwitterung praktisch anwendbar?
Es ist unerlässlich für den Denkmalschutz, da nur durch das Verständnis, warum und wie bestimmte Gesteinsarten verwittern, effektive Maßnahmen zum Erhalt von Bauwerken und Kulturgütern getroffen werden können.
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- Sascha Woditsch (Author), 2005, Die chemische Verwitterung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/50289
