Die chemische Verwitterung

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
3.1.1 Die 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

5 Abbildungsverzeichnis

6 Literaturverzeichnis

1 Einleitung

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.

Im Folgenden will ich den Prozess der chemischen Verwitterung untersuchen, wobei ich zuerst die Beieinflussenden Faktoren der chemischen Verwitterung, dann die verschiedenen Chemischen Verwitterungsreaktionen und zum Schluss die Folgen der Chemischen Verwitterung untersuche.

2 Einflussfaktoren auf Chemische Verwitterung

Unter Chemischer Verwitterung versteht man - wie oben schon erwähnt - die Stoffänderung des Gesteinmaterials. Es kommt zu einer Zersetzung (Korrosion) des Materials und damit zur Bildung neuer Verbindungen, die zum Teil abtransportiert werden. Die entscheidende Rolle bei der chemischen Verwitterung spielt das Wasser. Es wirkt in dreifacher Hinsicht bei der chemischen Verwitterung

1. Wasser reagiert selbst chemisch mit Mineralverbindungen
2. Wasser befördert andere Reagenzien wie z.B. Kohlendioxid direkt in die Poren und Spalten und fördert so die Verwitterung
3. Wasser ist Abtransportmittel, es schwemmt die gelösten Produkte der chemischen Verwitterung weg

(vgl. Ahnert 1996, S.94)

Verschieden Faktoren im und neben dem Wasser haben Einfluss auf die Intensität der chemische Verwitterung und darauf, welches Gestein wie stark verwittert. Im Folgenden lege ich diese Faktoren dar.

2.1 Zeit

Die Intensität der chemischen Verwitterung hängt immer von der Dauer der Einwirkung ab, daher ist die Zeit, der ein Gestein der chemischen Verwitterungsprozessen ausgesetzt ist, einer der wichtigsten Faktoren der chemischen Verwitterung. Damit es zu deutlich sichtbaren Veränderungen der Oberflächenformen oder zur Formung von ganzen Landschaften wie z.B. Karstlandschaften durch chemische Verwitterung kommt, sind mehrere 10.000 oder sogar mehrere 100.000 Jahre erforderlich. Die Zeitspanne, wie schnell etwas verwittert, wird maßgeblich von den im Folgenden beschriebenen Faktoren wie Klima, Temperatur, Feuchtigkeitsgehalt Wasserbewegung, Wasserqualität und Verwitterbarkeit des Materials beeinflusst.

2.2 Klima

Da Wasser im flüssigen Zustand die entscheidende Rolle bei der chemischen Verwitterung spielt, ist das Klima zu einem großen Teil verantwortlich für die Verwitterung. In feuchten Klimaten, mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt schreitet die chemische Verwitterung wesentlich schneller voran als in trockenen Klimaten mit häufigen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Zusammenfassend kann man sagen: Die chemische Verwitterung ist dort besonders intensiv, wo viel Wasser im flüssigen Aggregatzustand auf das Gestein einwirken kann. Dem ist weder so, wenn das Wasser aufgrund von zu großer Hitze verdunstet oder bei geringen Niederschlägen, noch, wenn das Wasser aufgrund zu geringer Temperaturen als Schnee fällt bzw. zu Eis gefriert. Aber die Temperatur beeinflusst auch noch auf anderem Wege die chemische Verwitterung direkt, denn „die meisten chemischen Reaktionen, einschließlich der chemischen Verwitterung [laufen] mit zunehmenden Temperaturen schneller ab“ (Press & Siever, 1995 S. 124)

2.3 Gesteinsbedeckung

Die Mächtigkeit einer Regolithdecke schwächt bzw. verstärkt die klimatischen Einflüsse auf die chemische Verwitterung. Selbst in feuchten Klimaten trocknet freiliegender Fels schnell ab. Die chemische Verwitterung wird hier daher häufig unterbrochen. Eine Regolithdecke auf einem Felsen kann das Wasser speichern, sie verhindert das schnelle Abfließen und Verdunsten des Wassers. So wird der Felsen für einen längeren Zeitraum feucht gehalten, und die chemische Verwitterung kann auch in Trockenzeiten voranschreiten. Die chemische Verwitterung ist am intensivsten, wenn die Regolithdecke die optimale Mächtigkeit erreicht hat, um das Gestein dauernd feucht zu halten. Ist die Regolithdecke dünner, verdunstet das Wasser nach einer gewissen Zeit und die chemische Verwitterung stoppt. Ist die Regolithdecke dicker, so wird ein Grossteil der im Wasser gelösten Stoffe, aufgrund derer die chemische Verwitterung stattfindet (siehe Kapitel 3), bereits für die weitere Verwitterung der Regolithdecke verbraucht und steht nicht mehr für die Verwitterung des darrunterliegenden Gesteins zur Verfügung. In einem feuchten Klima ist die optimale Mächtigkeit der Regolithdecke geringer als in einem Klima mit langen Trockenzeiten.

Auch eine Pflanzendecke kann die chemische Verwitterung beschleunigen . „Wenn Regenwasser im Boden versickert, kommt zu der mitgeführten Kohlensäure noch zusätzlich Kohlensäure hinzu, die von den Wurzeln der Pflanzen, von zahlreichen Insekten und anderen Tieren im Boden sowie von Bakterien abgegeben wird, die pflanzliche und tierische Rückstände abbauen.“ (Press & Siever, 1995 S. 124) Diese zusätzliche Kohlensäure beschleunigt die chemische Verwitterung von bestimmten Mineralien z.B. dem Feldspat (siehe Abschnitt 3.1)

2.4 Wasserbewegung

Die Wasserbewegung ist überwiegend von dem hydraulischen Druckgefälle und von der hydraulischen Leitfähigkeit des durchflossenen Materials abhängig.

„Je mehr und je häufiger frisches perokolierendes Niederschlagswasser das Gestein durchfeuchtet ,um so intensiver ist, unter sonst vergleichbaren Bedingungen, die chemische Verwitterung“ (Ahnert, 1996 S. 106). Auch hieran zeigt sich nochmals die Bedeutung des Klimas für die chemische Verwitterung, denn besonders in feuchten Klimaten bewirken die vielen Niederschläge eine intensivere Verwitterung. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Wassers ist bei einer permanenten Wassersättigung von Bedeutung. Nur wenn das Wasser erneuert wird, können die Reagenzien, die bei der chemischen Verwitterung verbraucht werden, aufgefrischt und die gelösten Verbindungen abtransportiert werden.

2.5 Wasserqualität

Wasserqualität meint zum einen den Inhalt an Reagenzien im Wasser bzw. den Gehalt an bereits gelösten Verwitterungsprodukten. Regenwasser nimmt das CO2 in der Luft auf und es entsteht Kohlensäure (HS2CO3). Auch im Boden können noch weitere für die chemische Verwitterung wirksame Verbindungen wie z.B. organische Säuren hinzukommen. Je tiefer das Wasser jedoch in den Boden sinkt und je mehr es zu chemischen Verwitterungsprozessen kommt, desto mehr werden auch die Reagenzien im Wasser verbraucht. „Die weitere Verwitterungswirksamkeit des Wassers nimmt infolgedessen ab“ (Ahnert, 1996 S105). Zum anderen wird die Wasserqualität noch durch den pH-Wert des Wassers bestimmt. Die Lösung vieler Mineralstoffe hängt vom pH-Wert des Wassers ab. „Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration.“ (Ahnert, 1996 S. 106). Bei einem pH-Wert von 7 ist Wasser neutral d.h. es hat einen Wasserstoffionenanteil von 0,00001 %. Ist der pH-Wert niedriger, bezeichnet man das Wasser als Sauer; es hat einen höheren Anteil an Wasserstoffionen. Im Gegensatz dazu bezeichnet man Wasser mit einem höheren pH-Wert als 7 basisch; es enthält weniger Wasserstoffionen. Siliziumdioxid ist ab einem pH-Wert > 8 besser löslich, und Aluminiumoxid bei einem pH-Wert > 9 und bei einem pH-Wert < 5 . Eisenhydroxid ist bei einem pH-Wert > 8 und einem pH-Wert < 3 besser löslich. (vgl. Ahnert, 1996 S. 106)

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