Die Vorgänge der Verwitterung bes. Verkarstung

Gliederung:

1. Verwitterung

1.1. Physikalische Verwitterung

1.1.1. Die Temperaturverwitterung

1.1.2. Die Frostverwitterung

1.1.3. Die Salzsprengung

1.1.4. Sprengwirkung durch Pflanzenwurzeln

1.2. Chemische Verwitterung

1.2.1. Die Lösungsverwitterung

1.2.2. Die Kohlensäureverwitterung

1.2.3. Oxidationsvorgänge

1.2.4. Hydrolytische Verwitterung

1.2.5. Die Rauchgasverwitterung

1.3. Biologische Verwitterung

1.3.1. Pflanzliche Verwitterung

1.3.2. Verwitterungserscheinungen aufgrund von Tieren

2. Die Karsterscheinung

2.1. Definition

2.1.1. Entstehung

2.2. Oberflächliche Karstformen

2.2.1. Vorkommen

2.2.2. Karrenbildung

2.2.3. Dolinen

2.2.3.1. Geologische Orgeln

2.2.4. Poljen

2.2.5. Tropischer Karst

2.3. Unterirdische Karstformen

2.3.1. Geschichtliche Bedeutung

2.3.2. Tropfsteine

2.4. Verkarstung in der Zukunft

1. Arten der Verwitterung:

1.1. Physikalische Verwitterung

Hierbei werden Gesteine rein mechanisch zerkleinert. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Gesteine bleibt unverändert. Durch die Zerkleinerung der Steine, vergrößert sich deren Oberfläche. Dieser Vorgang ist eine Voraussetzung der chemischen Verwitterung. (siehe 1.2.)

1.1.1. Die Temperaturverwitterung

Diese Verwitterung basiert auf einem raschen und zugleich heftigen Temperaturwechsel. Damit verbunden ist eine Volumenänderung, welche schließlich die Gesteine verwittern lassen. Große Amplituden zwischen Tag- und- Nacht- temperaturen des Bodens, führen zu einer periodischen Ausdehnung und Kontraktion des Gesteins, woraufhin Risse und Brüche entstehen.

1.1.2. Die Frostverwitterung

Wasser dringt in Spalten der Gesteine ein. Wenn es nun zu einem starken Temperaturabfall kommt, gefriert das Wasser und vergrößert, während der Umwandlung zu Eis, sein Volumen. Dadurch wird eine Sprengwirkung verursacht. Es gilt: Je geringer die Temperatur, desto größer die Sprengkraft.

Besonders stark ist die Frostverwitterung in Gebieten mit einer besonders hohen Temperaturamplitude, wie z.B. in Hochgebirgen.

1.1.3. Die Salzsprengung

Diese Form der Verwitterung kommt hauptsächlich in trockenen Gebieten vor. Dort verschließen wachsende Salze die Poren der Gesteine, so daß keine Salze mehr an die Oberfläche weichen können. Dadurch kommt es zu einer Sprengwirkung ähnlich der Frostverwitterung. Wenn durch eine Flüssigkeit die Salze befeuchtet werden, so ist die Sprengwirkung besonders nachhaltig, da Salze mit Volumenvergrößerungen in andere Verbindungen übergehen.

1.1.4. Sprengwirkung durch Pflanzenwurzeln

Die, meist in Waldgebieten vorkommende, Verwitterung ist gegenüber den anderen Formen relativ unbedeutend, da die Auswirkungen nur sehr schwach sind. Es kommt zu einer Lockerung des Gesteins, wenn Pflanzen mit ihren Wurzeln, in Ritzen der Steine einwachsen und sich dann in der Folgezeit ausdehnen.

1.2. Chemische Verwitterung

Voraussetzung für eine Chemische Verwitterung, ist die Reaktion der Mineralien und Steine mit Wasser oder anderen chemischen Stoffen. Jedes Gestein verhält sich in bezug auf die chemische Reaktion anders.

1.2.1. Die Lösungsverwitterung

Die Lösungskraft des Wassers hängt von folgenden Faktoren ab:

- Dauer der Einwirkung
- Temperatur
- Reaktionspartner bzw. Begleitstoffe

Lösungsbeispiel mit 100g Wasser und einer Temperatur von 20° Celsius:

Steinsalz: 35g

Kalisalpeter: 31g Gips: 0,2g

Durch Auslaugung, d.h. vom Wasser abgetragen, von Gipsgebirgen und Salstöcken entstehen Höhlen. Durch den damit verbunden Massenschwund im Untergrund, kann es zu Einstürzen an der Erdoberfläche kommen.

1.2.1. Die Kohlensäureverwitterung

Grundlage dieser Art der Verwitterung ist die Reaktion zwischen Wasser und Kohlendioxid. Ein Liter Wasser kann bei einer Temperatur von 20° C 0,9 Liter, bei einer Temperatur von 0°C, sogar 1,2 Liter, lösen. Das Produkt dieser Reaktion ist ein kohlensäurehaltiges Wasser, welches wiederum besonders gut mit Kalk reagiert. Diese Reaktion führt zu der Zerstörung der Gesteine. Landschaften, die durch die Verwitterung von Kalk und anderen Gesteinen entstehen, nennt man Karst.

1.2.2. Oxidationsvorgänge

Besonders anfällig für die Oxidationsverwitterung sind Eisen-, Mangan- und Schwefelverbindungen im Gestein. Sie entsteht, wenn Luftsauerstoff in Wasser gelöst ist. Die Folgen sind, neben dem Verwitterungsprozess, eine Verfärbung der Ausgangsverbindung. Beispiel:

Die grünlichen Verbindungen des zweiwertigen Eisens wandeln sich, durch Oxidation und Wasseraufnahme, in braunroten Limonit um.

Ein zweite Art dieser Form der Verwitterung ist die Ausfärbung dunkler Kalke, Mergel und Tonschiefer. Die ursprüngliche Färbung erhellt sich, in Verbindung mit Luftsauerstoff, an der Gesteinsoberfläche.

1.2.3. Hydrolytische Verwitterung

Das besondere dieser Verwitterung ist, daß sie die wichtigen gesteinsteinsbildenden Mineralien die Silikate angreifen kann. Dabei müssen sie, anders als bei der Lösungsverwitterung, komplett zersetzt werden. Da 90% der Erdrinde aus solchen Mineralien bestehen, gelangt die hydrolytische Verwitterung zusätzlich an Bedeutung. Silicatmineralien der magmatischen Gesteine werden nach ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber ihrer chemischen Verwittbarkeit eingeordnet. Sehr leicht verwittert z.B. Mg-Fe- Silicate. Hohe Widerstandsfähigkeit weisen hingegen z.B. K-Al-Silicate auf.

Die stoffliche Zersetzung am Beispiel eines Kalifeldspats:

Das Wasser zersetzt dieses Gestein in drei neue Stoffe: Kalium, Aluminium und Silicium.

Diese bilden mit Wasser und Kohlendioxid neue Verbindungen. : K-Carbonat, AL-Hydroxid und Kieselsäure.

Aus dem AL-Hydroxid und der Kieselsäure können wiederum Tonmineralien entstehen (z.B. Kaolinit).

Alle Reaktionen haben meist den selben Rest: den Quarz, da dieser nur sehr schwer zu zersetzten ist.

1.2.4. Die Rauchgasverwitterung

Bei der Rauchgasverwitterung werden Gesteine, meist Kalk und Buntsandstein, durch schwefelhaltige Abgase zersetzt. Mit der Aufrauhung des Gesteins ist meist auch eine Verfärbung des Ausgangsgesteins verbunden.

1.3. Biologische Verwitterung

Man unterscheidet zwei Arten der Biologischen Verwitterung:

1.3.1. Pflanzliche Verwitterung

Bei der Pflanzlichen Verwitterung wird die Oberfläche eines Gesteins durch Algen, Flechten und Pilze zerstört. Die Folge ist Humusbildung. Die Art des Bodens, sowie die klimatischen Verhältnisse, bestimmen den quantitativen Anteil der Pflanzenwelt an der Gesteinsverwitterung. In feuchten Gebieten (z.B. in den feuchten Tropen) ist, aufgrund der höheren Vegetation, die Pflanzliche Verwitterung ungleich höher als in ariden Zonen.

1.3.2. Tierische Verwitterung

Eine Form der Verwitterung durch Lebewesen, findet man vorwiegend an Küsten. In diesen Regionen zersetzen Bohrmuscheln auf mechanisch-chemischer Art Gesteine. Ein zweite Form dieser Verwitterungsart ist das Auflockern von Boden durch Würmer, Maulwürfe etc.. Durch den Aufgelockerten Boden kann mehr Luftsauerstoff und Wasser dringen, wodurch die Verwitterung des Bodens gefördert wird.

2. Die Karsterscheinung

2.1. Definition

Der Begriff Karst stammt von einem mit Kalkstein aufgebauten Gebirge in Jugoslawien. Heute bezeichnet man jedes Gebiet, in dem Kalk gelöst wird als Karstlandschaft.

2.1.1. Entstehung

Grundlage für jede Karstlandschaft ist die Verbindung Wasser mit Kohlendioxid. Diese Verbindung hat eine um 10x stärker Wirkung auf Kalk wie Wasser. Im Laufe der Zeit wird der Kalk durch einwirken der Lösung gelöst. Es entsteht Karst

2.2. Oberflächliche Karstformen

2.2.1. Vorkommen

Die Hauptvorkommen der Karstlandschaften liegen in den feuchten Bereichen der gemäßigten Zone. Große verkarstete Landschaften gibt es im dinarischen Karst der Balkanhalbinsel, in weiten Gebieten der Kalkalpen, im Südteil des französischen Zentralmassivs, in den Pyrenäen, in Belgien, England und Irland sowie im Schweizer und süddeutschen Jura. Außereuropäisch treten Karsterscheinungen u.a. in Jamaika, Brasilien, Marokko und China auf. Charakteristisch für diese Umgebungen ist das Fehlen einer oberflächlichen Entwässerung. Die meisten Täler verlaufen sich in Höhlen, d.h. ohne eine Fortsetzung in einer Talrinne.

2.2.2. Karrenbildung

In Niederschlagsreichen Gebieten kommt es zu einer starken Kalkauswaschung. Als Folge daraus entstehen schmale Abflußrinnen, s.gen. Karren. Diese Einkerbungen sind zwischen einige Zentimetern und 5m tief. Oft bilden sich ganze Felder mit einzelnen Karren. Dieses Karrenfelder sind dann nur schwer zu begehen und aufgrund der Einsturzgefahr auch sehr gefährlich.

2.2.3. Dolinen

Dolinen sind trichterförmige Eintiefungen in den Boden. Sie entstehen entweder durch den Einbruch unterirdischer Hohlräume oder durch die Auslaugung sich erweiternder Versickerungsschächte. Der Durchmesser einer Doline beträgt zwischen 100-500m, die Tiefe 2-10m. Nur selten findet man einzelne Dolinen. Es können sogar bis zu 50 auf einem Quadratkilometer verteilt sein. Durch das Anschwemmen von Verwitterungsresten, bildet sich in größeren Dolinen eine Ebenheit, welche von hohem Landwirtschaftlichen Nutzen ist, da der Boden in diesen Dolinen sehr fruchtbar ist.

Es werden zwei Arten von Dolinen unterschieden:

1. Einsturzdolinen, welche durch den Einbruch unterirdischer Hohlräume entstehen.
2. Lösungsdolinen, welche durch Auslaugung sich erweiternder Versickerungsschächte entstehen.

2.2.3.1.Geologische Orgeln

Die Geologischen Orgeln sind nahe verwandt mit den Dolinen. Sie bestehen aus

taschenartigen Auslaugungen im Kalkgestein. Anders als die Dolinen entstehen sie unterhalb der Deckschichten. Meist sind die Orgeln mit einem Lockermaterial zugeschüttet.

2.2.3.2.Buckelwiesen

Buckelwiesen bestehen aus Grundmoränen- oder Schottermaterial. Sie werden bis zu 1,5 m hoch und werden von Verwitterungssäcken umgeben, die die Erhöhungen umrahmen.

2.2.4. Poljen

Poljen sind die größten Karsterscheinungen. Sie können einige hundert Quadratkilometer umfassen. Die Entstehung ist umstritten. Tektonische Einbrüche, intensive chemische Verwitterung und das Zusammenwachsen von Dolinen dürften die Hauptursachen für diese Karstform sein.

Im Gegensatz zu anderen Karstformen sind die Poljen landwirtschaftlich sehr ergiebig. Dies liegt zum einen an dem Wasserzu- und -abfluß, welcher entweder über Schluck- und Speillöcher oder einem Bodenloch, s.gen. Estavellen, erfolgt und zum anderen werden von allen Seiten kleinste, bodenbildende Materialien angetragen.

Die meisten Poljen sind auf der Balkanhalbinsel zu finden. Vereinzelt noch im Schweizer Jura und in Jamaika.

2.2.5. Tropischer Karst

Ursache für diesen Kegelkarst ist die Auftürmung von Kalk. Diese wurden in einer einheitlichen Höhe durch Wasserspülungen herausgeprägt.

In Westindien, Neuguinea und in Südchina gibt es diese Karsterscheinung.

2.3. Unterirdische Karstformen

Hierzu zählen Höhlen, welche durch unterirdisch fließendes Wasser entstanden sind. Da das ganze Jahr über in diesen Höhlen konstante Temperatur herrscht, (mittlere Lufttemperatur) unterscheidet man zwei Arten von Höhlen:

- Die eigentlichen Höhlen mit einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes

- Eishöhlen mit einer Temperatur die meist unter dem Gefrierpunkt liegt.

2.3.1. Geschichtliche Bedeutung

Früher wurden diese Höhlen als Unterkunft vom Menschen oder von Tieren benutzt. Es existieren eine ganze Reihe Fossilienfunde wie z.B. Überreste des Höhlenbären aus der letzten Vereisung.

2.3.2. Tropfsteine

Tropfsteine entstehen durch langsames absetzten von Kalk aus dem mit

Calciumhydrogencarbonat gesättigten Wasser. Sie werden nach ihrer Wachstumsrichtung unterschieden:

- von der Decke hinabhängende - die Stalaktiten
- vom Boden hoch ragende - die Stalagmiten
- durch Zusammenwachsen von Stalaktiten und Stalagmiten entstehen Tropfsteinsäulen - die Stalagnaten Die Wachstumsgeschwindigkeit der Tropfsteine ist sehr unterschiedlich. Manche Stalaktiten wachsen in 200 Jahre 20cm, andere in einem Jahr 10cm.

2.4. 4. Verkarstung in der Zukunft

Die Hauptschuld der Verkarstung trägt der Mensch. Durch radikale Entwaldung und falscher Beweidung wurde und wird auch heute noch die Kalkauflösung gefördert. Um ein Fortschreiten zu verhindern, müssen zunächst wieder Wälder aufgeforstet werden. Dies ist nur durch eine Einschränkung der Viehwirtschaft möglich. Ohne Hilfe von außen ist die Einschränkung in der Viehwirtschaft nicht möglich, da in armen Ländern die Menschen fast ausschließlich von ihrem Vieh leben.