SEDIMENTZYKLEN: EIGENSCHAFTEN, STADIEN UND BEISPIELE - GEOGRAPHIE - 2025

Die Sedimentzyklen beziehen sich auf die Stufen, die bestimmte Mineralelemente passieren, die in der Erdkruste vorhanden sind. Diese Phasen beinhalten eine Folge von Transformationen, die eine kreisförmige Zeitreihe bilden, die sich über lange Zeiträume wiederholt.

Dies sind biogeochemische Kreisläufe, in denen die Speicherung des Elements hauptsächlich in der Erdkruste erfolgt. Zu den Mineralelementen, die Sedimentzyklen unterliegen, gehören Schwefel, Kalzium, Kalium, Phosphor und Schwermetalle.

Lithologischer Zyklus. 1 = Magma; 2 = Kristallisation (Abkühlung des Gesteins); 3 = magmatisches Gestein; 4 = Erosion; 5 = Sedimentation; 6 = Sedimente und Sedimentgesteine; 7 = Tektonik und Metamorphose; 8 = metamorphes Gestein; 9 = Fusion. Quelle: Woudloper / Woodwalker

Der Zyklus beginnt mit der Freilegung von Gesteinen, die diese Elemente enthalten, aus der Tiefe der Kruste an oder in der Nähe der Oberfläche. Diese Gesteine ​​werden dann einer Verwitterung ausgesetzt und unterliegen Erosionsprozessen aufgrund der Einwirkung atmosphärischer, hydrologischer und biologischer Faktoren.

Das erodierte Material wird durch Wasser, Schwerkraft oder Wind zur späteren Sedimentation oder Ablagerung des Mineralmaterials auf dem Substrat transportiert. Diese Sedimentschichten sammeln sich über Millionen von Jahren an und werden verdichtet und zementiert.

Auf diese Weise erfolgt die Lithifizierung der Sedimente, dh ihre Umwandlung in festes Gestein in großen Tiefen. Zusätzlich tritt in den Zwischenphasen von Sedimentzyklen eine biologische Phase auf, die aus Solubilisierung und Absorption durch lebende Organismen besteht.

Abhängig vom Mineral und den Umständen können sie von Pflanzen, Bakterien oder Tieren absorbiert werden und in die trophischen Netzwerke gelangen. Dann werden die Mineralien durch den Tod des Organismus ausgeschieden oder freigesetzt.

Eigenschaften

Sedimentzyklen stellen eine der drei Arten von biogeochemischen Kreisläufen dar und sind dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspeichermatrix die Lithosphäre ist. Diese Zyklen haben ihre eigene Studienrichtung, die Sedimentologie.

Zykluszeit

Sedimentzyklen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, die benötigt wird, um die verschiedenen Stadien abzuschließen, sehr lang ist, selbst gemessen in Millionen von Jahren. Dies liegt daran, dass diese Mineralien für lange Zeit in großen Tiefen in der Erdkruste in Gesteinen eingebettet bleiben.

Stadien von Sedimentzyklen

Es ist wichtig, nicht aus den Augen zu verlieren, dass es sich nicht um einen Zyklus handelt, dessen Phasen einer strengen Reihenfolge folgen. Einige Phasen können während des gesamten Prozesses mehrmals ausgetauscht oder dargestellt werden.

- Ausstellung

Die in bestimmten Tiefen der Erdkruste gebildeten Gesteine ​​sind verschiedenen diastrophischen Prozessen (Brüchen, Falten und Erhebungen) ausgesetzt, die sie zur oder in der Nähe der Oberfläche führen. Auf diese Weise sind sie der Einwirkung von Umweltfaktoren ausgesetzt, ob edaphisch, atmosphärisch, hydrologisch oder biologisch.

Diastrophismus ist das Produkt von Konvektionsbewegungen des Erdmantels. Diese Bewegungen erzeugen auch vulkanische Phänomene, die Gesteine ​​auf dramatischere Weise freilegen.

- Verwitterung

Sobald das Gestein freigelegt ist, wird es mit oder ohne Änderung der chemischen oder mineralogischen Zusammensetzung verwittert (Zersetzung des Gesteins in kleinere Fragmente). Verwitterung ist ein Schlüsselfaktor bei der Bodenbildung und kann physikalisch, chemisch oder biologisch sein.

Körperlich

In diesem Fall ändern die Faktoren, die zum Brechen des Gesteins führen, nicht seine chemische Zusammensetzung, sondern nur physikalische Variablen wie Volumen, Dichte und Größe. Dies wird durch verschiedene physikalische Einwirkungen wie Druck und Temperatur verursacht. Im ersten Fall sind sowohl die Druckentlastung als auch ihre Ausübung Ursachen für Gesteinsbrüche.

Verwitterung. Quelle: Prinz Roy, Taipeh

Wenn beispielsweise Steine ​​tief in der Kruste auftauchen, lösen sie Druck, dehnen sich aus und reißen. Die in den Rissen angesammelten Salze üben ihrerseits auch beim Umkristallisieren Druck aus und vertiefen die Brüche.

Darüber hinaus verursachen tägliche oder saisonale Temperaturschwankungen Expansions- und Kontraktionszyklen, die zum Bruch der Felsen führen.

Chemie

Dies verändert die chemische Zusammensetzung der Gesteine ​​im Zerfallsprozess, da chemische Mittel wirken. Zu diesen beteiligten chemischen Mitteln gehören Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid.

Sie verursachen verschiedene chemische Reaktionen, die den Zusammenhalt des Gesteins beeinflussen und umwandeln, einschließlich Oxidation, Hydratation, Karbonatisierung und Auflösung.

Biologisch

Biologische Wirkstoffe wirken durch eine Kombination physikalischer und chemischer Faktoren, einschließlich Druck, Reibung und anderer Faktoren. Während als chemische Mittel die Sekrete von Säuren, Laugen und anderen Substanzen sind.

Zum Beispiel sind Pflanzen sehr wirksame Verwitterungsmittel, die Steine ​​mit ihren Wurzeln aufbrechen. Dies ist sowohl der physischen Wirkung des radikalen Wachstums als auch den von ihnen abgegebenen Sekreten zu verdanken.

- Erosion

Erosion wirkt sowohl direkt auf das Gestein als auch auf die Verwitterungsprodukte, einschließlich des gebildeten Bodens. Andererseits beinhaltet es den Transport des erodierten Materials, wobei das gleiche Erodiermittel das Transportmittel ist und sowohl Wind als auch Wasser sein kann.

Erosion. Quelle: Carl Wycoff

Gravitationserosion wird auch festgestellt, wenn Materialverschiebung und Verschleiß an steilen Hängen auftreten. Beim Erosionsprozess wird das Material in noch kleinere Mineralpartikel fragmentiert, die über große Entfernungen transportiert werden können.

Wind

Die erosive Wirkung des Windes wird sowohl durch Luftwiderstand als auch durch Verschleiß ausgeübt, was wiederum die mitgerissenen Partikel auf andere Oberflächen ausübt.

Wasser

Wassererosion wirkt sowohl durch die physikalische Einwirkung von Regenwasser oder Oberflächenströmungen als auch durch chemische Einwirkung. Ein extremes Beispiel für die erosive Wirkung von Niederschlägen ist saurer Regen, insbesondere auf kalkhaltigen Gesteinen.

- Transport

Mineralpartikel werden von Stoffen wie Wasser, Wind oder Schwerkraft über große Entfernungen transportiert. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass jedes Transportmittel eine definierte Tragfähigkeit in Bezug auf Größe und Menge der Partikel aufweist.

Durch die Schwerkraft können sich auch große, sogar leicht verwitterte Steine ​​bewegen, während der Wind sehr kleine Partikel trägt. Darüber hinaus bestimmt die Umgebung die Entfernung, da die Schwerkraft große Steine ​​über kurze Entfernungen transportiert, während der Wind kleine Partikel über enorme Entfernungen verdrängt.

Wasser kann seinerseits eine Vielzahl von Partikelgrößen transportieren, einschließlich großer Gesteine. Dieses Mittel kann die Partikel je nach Durchflussrate über kurze oder extrem lange Strecken transportieren.

- Sedimentation und Akkumulation

Es besteht aus der Ablagerung des transportierten Materials aufgrund einer Abnahme der Geschwindigkeit des Transportmittels und der Schwerkraft. In diesem Sinne kann es zu Fluss-, Gezeiten- oder seismischen Sedimenten kommen.

Sedimentation. Quelle: Calogerogalati

Da das Relief der Erde aus einem Gefälle besteht, das von den maximalen Höhen bis zum Meeresboden reicht, tritt hier die größte Sedimentation auf. Mit der Zeit bilden sich Sedimentschichten übereinander.

- Solubilisierung, Absorption und biologische Freisetzung

Sobald die Verwitterung des felsigen Materials erfolgt ist, ist die Auflösung der freigesetzten Mineralien und ihre Absorption durch Lebewesen möglich. Diese Absorption kann von Pflanzen, Bakterien oder sogar direkt von Tieren durchgeführt werden.

Pflanzen werden von Pflanzenfressern und diese von Fleischfressern und alle von Zersetzern verzehrt, wobei die Mineralien Teil trophischer Netzwerke werden. Ebenso gibt es Bakterien und Pilze, die Mineralien und sogar Tiere direkt aufnehmen, wie Aras, die Ton verbrauchen.

- Lithifizierung

Der Zyklus wird mit der Lithifizierungsphase abgeschlossen, dh mit der Bildung von neuem Gestein. Dies geschieht, wenn sich Mineralien absetzen und aufeinanderfolgende Schichten bilden, die sich unter enormem Druck ansammeln.

Die tiefer in der Kruste befindlichen Schichten werden verdichtet und zementiert, um festes Gestein zu bilden, und diese Schichten werden erneut diastrophischen Prozessen ausgesetzt.

Verdichtung

Produkt des Drucks, der von den Sedimentschichten ausgeübt wird, die sich in den aufeinanderfolgenden Sedimentationsphasen ansammeln, werden die unteren Schichten verdichtet. Dies impliziert, dass die Poren oder Zwischenräume zwischen den Sedimentpartikeln reduziert werden oder verschwinden.

Zementierung

Dieser Prozess besteht aus der Ablagerung von zementhaltigen Substanzen zwischen den Partikeln. Diese Substanzen wie Calcit, Oxide, Kieselsäure und andere kristallisieren und zementieren das Material zu festem Gestein.

Beispiele für Sedimentzyklen

- Sedimentärer Schwefelkreislauf

Schwefel ist ein wesentlicher Bestandteil bestimmter Aminosäuren wie Cystin und Methionin sowie von Vitaminen wie Thiamin und Biotin. Sein Sedimentkreislauf umfasst eine Gasphase.

Dieses Mineral tritt aufgrund der Verwitterung von Gesteinen (Schiefer und anderen Sedimentgesteinen), der Zersetzung organischer Stoffe, der vulkanischen Aktivität und der industriellen Beiträge in den Kreislauf ein. Auch Bergbau, Ölförderung und die Verbrennung fossiler Brennstoffe sind Schwefelquellen im Kreislauf.

Die Formen von Schwefel sind in diesen Fällen Sulfate (SO4) und Schwefelwasserstoff (H2S); Sulfate sind sowohl im Boden als auch in Wasser gelöst. Sulfate werden von Pflanzen über ihre Wurzeln aufgenommen und aufgenommen und gelangen in die trophischen Netzwerke.

Wenn Organismen sterben, wirken Bakterien, Pilze und andere Zersetzer und setzen Schwefel in Form von Schwefelwasserstoffgas frei, das in die Atmosphäre gelangt. Schwefelwasserstoff wird durch Mischen mit Sauerstoff schnell oxidiert und bildet Sulfate, die am Boden ausfallen.

Schwefelbakterien

Anaerobe Bakterien wirken im Sumpfschlamm und bei der Zersetzung organischer Stoffe im Allgemeinen. Diese verarbeiten SO4 und erzeugen gasförmiges H2S, das in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Saurer Regen

Es entsteht durch Vorläufer wie H2S, die von der Industrie, Schwefelbakterien und Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre abgegeben werden. Diese Vorläufer reagieren mit Wasserdampf und bilden SO4, das dann ausfällt.

- Sedimentärer Kalziumkreislauf

Calcium kommt in Sedimentgesteinen vor, die sich dank der Beiträge von Organismen, die mit Kalkschalen versehen sind, auf dem Meeresboden und dem Seeboden bilden. In ähnlicher Weise befindet sich in Wasser freies ionisiertes Calcium, wie in den Ozeanen in Tiefen von mehr als 4.500 m, in denen Calciumcarbonat gelöst ist.

Kalziumreiche Gesteine ​​wie Kalkstein, Dolomit und Fluorit sind verwittert und setzen Kalzium frei. Regenwasser löst atmosphärisches CO2 auf, was zu Kohlensäure führt, die die Auflösung von Kalksteingestein erleichtert und HCO 3– und Ca 2+ freisetzt.

Calcium in diesen chemischen Formen wird vom Regenwasser in Flüsse, Seen und Ozeane transportiert. Dies ist das am häufigsten vorkommende Kation im Boden, aus dem Pflanzen es aufnehmen, während Tiere es Pflanzen entnehmen oder direkt in Wasser lösen.

Kalzium ist ein wesentlicher Bestandteil von Muscheln, Exoskeletten, Knochen und Zähnen. Wenn es stirbt, wird es wieder in die Umwelt integriert. Bei Ozeanen und Seen sedimentiert es am Boden und die Lithifizierungsprozesse bilden neue kalkhaltige Gesteine.

- Sedimentärer Kaliumkreislauf

Kalium ist ein grundlegendes Element im Zellstoffwechsel, da es eine relevante Rolle bei der osmotischen Regulation und Photosynthese spielt. Kalium ist Teil der Mineralien im Boden und in den Gesteinen und Tonböden, die reich an diesem Mineral sind.

Verwitterungsprozesse setzen wasserlösliche Kaliumionen frei, die von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden können. Der Mensch fügt dem Boden im Rahmen der Düngung auch Kalium hinzu.

Durch Gemüse wird Kalium in trophischen Netzwerken verteilt und kehrt dann unter Einwirkung von Zersetzern in den Boden zurück.

- Sedimentphosphorkreislauf

Die wichtigsten Phosphorreserven befinden sich in marinen Sedimenten, Böden, Phosphatgesteinen und Guano (Seevogelkot). Sein Sedimentzyklus beginnt mit Phosphatgesteinen, die bei Verwitterung und Erosion Phosphate freisetzen.

Ebenso nehmen Menschen durch Ausbringen von Düngemitteln oder Düngemitteln zusätzliche Mengen Phosphor in den Boden auf. Die Phosphorverbindungen werden zusammen mit den übrigen Sedimenten vom Regen zu den Wasserströmungen und von dort zum Ozean transportiert.

Diese Verbindungen sedimentieren teilweise und ein anderer Teil wird in marine Nahrungsnetze eingebaut. Eine der Schleifen des Zyklus tritt auf, wenn im Meerwasser gelöster Phosphor vom Phytoplankton verbraucht wird, dies wiederum von Fischen.

Die Fische werden dann von Seevögeln verzehrt, deren Ausscheidungen große Mengen an Phosphor (Guano) enthalten. Guano wird vom Menschen als organischer Dünger verwendet, um Pflanzen mit Phosphor zu versorgen.

Der im marinen Sediment verbleibende Phosphor durchläuft Lithifizierungsprozesse und bildet neue Phosphatgesteine.

- Sedimentkreislauf von Schwermetallen

Zu den Schwermetallen gehören einige, die lebenswichtige Funktionen erfüllen, wie Eisen, und andere, die giftig werden können, wie Quecksilber. Unter den Schwermetallen befinden sich mehr als 50 Elemente wie Arsen, Molybdän, Nickel, Zink, Kupfer und Chrom.

Einige, wie Eisen, sind reichlich vorhanden, aber die meisten dieser Elemente kommen in relativ geringen Mengen vor. Andererseits können sie sich in der biologischen Phase ihres Sedimentzyklus in lebenden Geweben ansammeln (Bioakkumulation).

In diesem Fall nimmt ihre Anreicherung entlang der Nahrungsketten zu, da sie nicht leicht zu entsorgen sind, was zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führt.

Quellen

Schwermetalle stammen aufgrund von Gesteinsverwitterung und Bodenerosion aus natürlichen Quellen. Es gibt auch wichtige anthropische Beiträge durch Industrieemissionen, Verbrennung fossiler Brennstoffe und Elektronikschrott.

Allgemeiner Sedimentzyklus

Im Allgemeinen folgen Schwermetalle einem Sedimentzyklus, der von ihrer Hauptquelle, der Lithosphäre, ausgeht und durch die Atmosphäre, die Hydrosphäre und die Biosphäre verläuft. Verwitterungsprozesse setzen Schwermetalle in den Boden frei und können von dort aus das Wasser verschmutzen oder durch vom Wind geblasenen Staub in die Atmosphäre eindringen.

Die vulkanische Aktivität trägt auch zur Emission von Schwermetallen in die Atmosphäre bei, und der Regen transportiert sie von der Luft zum Boden und von dort zu den Gewässern. Zwischenquellen bilden aufgrund der oben genannten menschlichen Aktivitäten und des Eintritts von Schwermetallen in Nahrungsnetze Schleifen im Zyklus.

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