Verwitterung

Als Verwitterung wird die Zerstörung von Gestein durch exogene physikalische, chemische oder biologische Prozesse/Kräfte bezeichnet. Beispiele solcher Kräfte sind die Wirkungen von Wasser, Eis, Wind und Temperaturänderungen . Das Ergebnis von Verwitterung ist Gesteinszerstörung, bei der je nach Art der Verwitterung die gesteinsbildenden Minerale erhalten bleiben (physikalische Verwitterung), oder um- bzw. neu gebildet werden (chemische Verwitterung).

Der Begriff der Verwitterung (siehe auch Erosion) wird nach seinen Ursachen wie folgt gegliedert:

Physikalische Verwitterung

Unter der physikalischen Verwitterung (auch: "Physische Verwitterung") versteht man all jene Prozesse, die das Ausgangsmaterial auf mechanischem Wege und dabei meist durch eine Temperatur- bzw. Volumenänderung zersetzen und somit den Materialverband auflockern.

Temperaturverwitterung

Hauptartikel: Temperaturverwitterung

Die thermische Verwitterung (Insolationsverwitterung) zählt eigentlich zu den physikalischen Verwitterungsarten, wird aber meist als spezielle Kategorie geführt. Sie wird in festen Materialien durch Temperaturunterschiede hervorgerufen. Diese können

natürliche Ursachen haben (Sonnenstrahlung, Wind, Frost, Strahlungswetter, Druckerhöhung im Erdinnern usw.) oder
auf technische Maßnahmen zurückgehen Reibung, Alterung/Korrosion, Radioaktivität, (Heizung) usw.

Druckentlastungsverwitterung

Durch Abtragung freigelegte festere Gesteine, die zuvor tiefer im Erdboden lagen, erfahren an der Oberfläche einen geringeren Druck, wodurch Haarrisse entstehen können. An diesen empfindlichen Stellen können nun weitere Verwitterungsformen angreifen und das Gestein weiter zerstören.

Frostverwitterung

Durch eindringendes Wasser in die Risse und Ritzen, das beim Gefrieren sein Volumen ausdehnt, wird der Gesteinsverband durch Zersprengen aufgelockert (siehe auch Spaltenfrost).

Hydrationsverwitterung

Unter Hydrationsverwitterung versteht man das Einlagern von Wassermolekülen in das Kristallgitter von Mineralen. Durch das darauf folgende Aufquellen kommt es zu Vergrusungserscheinungen. Die Hydration ist eine Form der physikalischen Verwitterung und darf nicht verwechselt werden mit der Hydrolyse, bei der die Minerale mit Wasser den Ionen reagieren (chemische Verwitterung).

Gelegentlich tritt an Stelle von Hydration auch das Synonym Hydratation in der Literatur auf, welches international aber unüblich ist.

Salzverwitterung

Durch Wachstum von Salzmineralen in Poren des Gesteins kommt es zu einem Kristallisationsdruck, der zur Gesteinszerstörung durch Salzsprengung führen kann. Gelöste Salze, die durch ihr Lösungsmittel (gewöhnlich Wasser) in Ritzen und Spalten des Gesteins gelangen, kristallisieren bei Verdunstung des Lösungsmittels aus. Hierbei entstehen starke Expansionskräfte, durch welche das Gestein zerbrochen wird.

Am häufigsten ist diese Art der Verwitterung in ariden Gebieten zu beobachten, da hier die aus chemischer Verwitterung stammenden gelösten Substanzen bei Verdunstung auskristallisieren. Oftmals handelt es sich bei den Salzen um Calciumcarbonat, manchmal auch um Gips und Steinsalz.

Quelldruckverwitterung

Durch quellfähige Tonminerale kommt es bei Wechsel von Durchfeuchtung und Trocknung zu Volumenänderungen, was den Gesteinsverband zerstören kann.

Wurzelsprengung

Durch das Wachstum in Gesteinsritzen eindringender Wurzeln entsteht Druck, der das Gestein zum Zerbersten bringen kann. Dabei wird der Druck nicht von der Biomasse, sondern durch die Quellwirkung des darin enthaltenen Wassers ausgeübt. Die Kraft der Wurzelsprengung ist jedoch um einiges geringer als z.B. die Salzsprengung (nur etwa 1/20).

Chemische Verwitterung

Unter der chemischen Verwitterung versteht man die Gesamtheit all jener Prozesse, die zur chemischen Veränderung oder vollständigen Lösung von Mineralen führen. Durch sie werden Gesteine in ihren Eigenschaften verändert und Stoffe in deren Umgebung freigesetzt bzw. auch aus der Umgebung in den Mineralbestand eingebunden (z.B. bei feuchten Bauwerken oder der Bildung von Konglomeraten). Mit der chemischen Verwitterung sind zahlreiche Prozesse von der mikrotechnischen Ätzung bis zum großräumigen Effekt des sauren Regens verbunden.

Lösungsverwitterung

Die Lösungsverwitterung greift vor allem Salz- und Karbonatgesteine an, deren Minerale in Lösung gehen oder Kristallwasser aufnehmen (zum Beispiel Umwandlung Anhydrit zu Gips). Im einfachsten Fall werden Salze im Boden durch einsickerndes Wasser gelöst, wodurch Hohlräume entstehen können. In Karbonatgesteinen kann dieser Prozess zur Bildung von Höhlen und anderen Karsterscheinungen führen. Bei der Lösungsverwitterung bleiben meist nur Kleinstgitterstrukturen übrig. Da Lösung traditionell zur Chemie gezählt wird, ordnet man die Lösungsverwitterung der chemischen Verwitterung zu. Da sie aber reversibel ist und die chemische Zusammensetzung des Gesteins nicht nicht verändert wird, sondern lediglich die Kristallstruktur zerstört wird, ist die Lösungsverwitterung eigentlich eine physikalische Verwitterungsart.

Kohlensäureverwitterung

Kalkstein und Dolomit sind resistent gegen die Auflösung ihrer Mineralien durch reines Wasser. Als Sonderform der Lösungsverwitterung werden in kohlensäurehaltigem Wasser, das durch die Verbindung von Wasser und Kohlendioxid entsteht, auch deren Minerale gelöst, zum Beispiel karbonathaltige Minerale wie Calcit unter gleichzeitiger Bildung von Calciumhydrogencarbonat. Dies bezeichnet man als Kohlensäureverwitterung oder Carbonatisierung. Durch sie entstehen die bizarren Karrenfelder im Karst und in den Kalkalpen.

Hydrolyse

Bei der Hydrolyse werden Kationen, die am Grundgerüst des Gesteins gebunden sind (meist K, Mg, Ca, Mn, Fe) durch $H^{+}$ -Ionen gelöst. Dadurch wird das Grundgerüst instabil und zerfällt. Die Hydrolyse ist für die Bodenbildung verantwortlich. Durch Hydrolyse werden aus Silikatgesteinen (Glimmer) Tonminerale, die je nach Klima verschiedene Formen annehmen (im gemäßigten Klima: Illit, im tropischen Klima: Kaolinit). Allgemein gilt: je feuchter das Klima, je höher die Temperatur und je geringer der pH-Wert, umso intensiver ist die Hydrolyse.

Chemisch-biologische Verwitterung

Es handelt sich um eine von Pflanzen und Tieren verursachte Verwitterung. Die von diesen Lebewesen bzw. Wurzelfasern abgesonderten Huminsäuren greifen das Kristallgitter an und zerlegen das Gestein in einzelne Bestandteile. Vor allem der aus abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Resten bestehende Humus enthält einen großen Anteil an Huminsäuren.
Unter Luftabschluss finden andere Prozesse statt, siehe z.B. Inkohlung.

Quellen

Literatur

Frank Press und Raymond Siever: Allgemeine Geologie - Einführung in das System Erde, 3.Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003, ISBN 3-8274-0307-3