- Physische Verwitterung oder
- Herunterladen
- Bruch oder Gelierung einfrieren
- Heiz-Kühl-Zyklen (Thermoklastik)
- Ermüden
- Felsschuppen
- Benetzung und Trocknung
- Verwitterung durch Wachstum von Salzkristallen oder Haloklastik
- Chemische Verwitterung
- Auflösung
- Flüssigkeitszufuhr
- Oxidation und Reduktion
- Kohlensäure
- Hydrolyse
- Biologische Verwitterung
- Pflanzen
- Flechten
- Meeresorganismen
- Chelatbildung
- Verweise
Die Verwitterung ist der Abbau von Gesteinen durch mechanische Zersetzung und chemische Zersetzung. Viele bilden sich bei hohen Temperaturen und Drücken tief in der Erdkruste; Wenn sie niedrigeren Temperaturen und Drücken an der Oberfläche ausgesetzt sind und Luft, Wasser und Organismen ausgesetzt sind, zersetzen sie sich und brechen.
Lebewesen spielen auch eine einflussreiche Rolle bei der Verwitterung, da sie Gesteine und Mineralien durch verschiedene biophysikalische und biochemische Prozesse beeinflussen, von denen die meisten nicht im Detail bekannt sind.
Devil's Marbles, ein wettergegerbter Felsen, Australien. Quelle: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg
Grundsätzlich gibt es drei Haupttypen, durch die Verwitterung stattfindet; Dies kann physikalisch, chemisch oder biologisch sein. Jede dieser Varianten hat spezifische Eigenschaften, die Gesteine auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Selbst in einigen Fällen kann es eine Kombination mehrerer Phänomene geben.
Physische Verwitterung oder
Mechanische Prozesse reduzieren die Gesteine in zunehmend kleinere Fragmente, was wiederum die Oberfläche vergrößert, die einem chemischen Angriff ausgesetzt ist. Die wichtigsten mechanischen Verwitterungsprozesse sind die folgenden:
- Der Download.
- Die Wirkung von Frost.
- Thermische Belastung durch Heizen und Kühlen.
- Die Erweiterung.
- Schrumpfen durch Benetzung mit anschließender Trocknung.
- Der Druck, der durch das Wachstum von Salzkristallen ausgeübt wird.
Ein wichtiger Faktor bei der mechanischen Verwitterung ist Ermüdung oder wiederholte Spannungserzeugung, wodurch die Toleranz gegenüber Schäden verringert wird. Das Ergebnis der Ermüdung ist, dass das Gestein bei einem niedrigeren Spannungsniveau bricht als eine nicht ermüdete Probe.
Herunterladen
Wenn durch Erosion Material von der Oberfläche entfernt wird, nimmt der Begrenzungsdruck auf die darunter liegenden Gesteine ab. Durch den niedrigeren Druck können sich die Mineralkörner weiter trennen und Hohlräume bilden. Gestein dehnt sich aus oder dehnt sich aus und kann brechen.
Beispielsweise kann in Granit oder anderen dichten Gesteinsminen die Druckentlastung durch Bergbauabschnitte heftig sein und sogar Explosionen verursachen.
Peeling-Kuppel im Yosemite-Nationalpark, USA. Quelle: Diliff, aus Wikimedia Commons
Bruch oder Gelierung einfrieren
Das Wasser, das die Poren in einem Felsen einnimmt, dehnt sich im gefrorenen Zustand um 9% aus. Diese Ausdehnung erzeugt einen Innendruck, der zum physischen Zerfall oder Bruch des Gesteins führen kann.
Gelieren ist ein wichtiger Prozess in kalten Umgebungen, in denen ständig Frost-Tau-Zyklen auftreten.
Physikalische Verwitterung eines konkreten "Steinhaufens". Quelle: LepoRello. , aus Wikimedia Commons
Heiz-Kühl-Zyklen (Thermoklastik)
Gesteine haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was bedeutet, dass sie nicht gut darin sind, Wärme von ihren Oberflächen wegzuleiten. Wenn Steine erhitzt werden, steigt die Temperatur der äußeren Oberfläche viel stärker als der innere Teil des Felsens. Aus diesem Grund ist der äußere Teil stärker erweitert als der innere.
Darüber hinaus zeigen Gesteine aus verschiedenen Kristallen eine unterschiedliche Erwärmung: Kristalle mit einer dunkleren Farbe erwärmen sich schneller und kühlen langsamer ab als hellere Kristalle.
Ermüden
Diese thermischen Spannungen können zum Zerfall des Gesteins und zur Bildung riesiger Flocken, Schalen und Blätter führen. Wiederholtes Erhitzen und Abkühlen erzeugt einen Effekt, der als Ermüdung bezeichnet wird und die thermische Verwitterung fördert, auch Thermoklastik genannt.
Im Allgemeinen kann Ermüdung als die Auswirkung verschiedener Prozesse definiert werden, die die Toleranz eines Materials gegenüber Beschädigungen verringern.
Felsschuppen
Das Peeling oder die Folie bei thermischer Belastung umfasst auch die Erzeugung von Steinflocken. Ebenso kann die intensive Hitze, die durch Waldbrände und nukleare Explosionen erzeugt wird, dazu führen, dass Gestein auseinander fällt und schließlich bricht.
In Indien und Ägypten beispielsweise wurde Feuer viele Jahre lang als Extraktionswerkzeug in Steinbrüchen eingesetzt. Die täglichen Temperaturschwankungen, die selbst in Wüsten auftreten, liegen jedoch weit unter den Extremen, die durch lokale Brände erreicht werden.
Benetzung und Trocknung
Tonhaltige Materialien - wie Schlammstein und Schiefer - dehnen sich beim Benetzen erheblich aus, was zur Bildung von Mikrofehlern oder Mikrofrakturen (Mikrorissen) oder zur Vergrößerung bestehender Risse führen kann.
Neben dem Effekt der Ermüdung führen Expansions- und Schrumpfungszyklen - verbunden mit Benetzung und Trocknung - zu einer Verwitterung des Gesteins.
Verwitterung durch Wachstum von Salzkristallen oder Haloklastik
In Küsten- und Trockengebieten können Salzkristalle in Salzlösungen wachsen, die durch Verdunstung des Wassers konzentriert werden.
Die Kristallisation von Salz in den Zwischenräumen oder Poren der Gesteine erzeugt Spannungen, die sie verbreitern, und dies führt zum körnigen Zerfall des Gesteins. Dieser Prozess ist als Salzverwitterung oder Haloklastik bekannt.
Wenn die in den Poren des Gesteins gebildeten Salzkristalle erhitzt werden oder mit Wasser gesättigt werden, dehnen sie sich aus und üben Druck auf nahegelegene Porenwände aus. Dies erzeugt Hitzestress bzw. Hydratationsstress, die beide zur Verwitterung des Gesteins beitragen.
Chemische Verwitterung
Diese Art der Verwitterung beinhaltet eine Vielzahl chemischer Reaktionen, die auf viele verschiedene Gesteinsarten in den verschiedenen klimatischen Bedingungen zusammenwirken.
Diese große Vielfalt kann in sechs Haupttypen chemischer Reaktionen eingeteilt werden (alle an der Zersetzung von Gestein beteiligt), nämlich:
- Auflösung.
- Flüssigkeitszufuhr.
- Oxidation und Reduktion.
- Kohlensäure.
- Hydrolyse.
Auflösung
Mineralsalze können in Wasser gelöst werden. Dieser Prozess beinhaltet die Dissoziation der Moleküle in ihre Anionen und Kationen und die Hydratation jedes Ions; Das heißt, die Ionen umgeben sich mit Wassermolekülen.
Das Auflösen wird im Allgemeinen als chemischer Prozess angesehen, obwohl es keine tatsächlichen chemischen Umwandlungen beinhaltet. Da die Auflösung als erster Schritt für andere chemische Verwitterungsprozesse erfolgt, fällt sie in diese Kategorie.
Die Auflösung kann leicht rückgängig gemacht werden: Wenn die Lösung übersättigt wird, fällt ein Teil des gelösten Materials als Feststoff aus. Eine gesättigte Lösung kann sich nicht fester auflösen.
Mineralien variieren in ihrer Löslichkeit und zu den wasserlöslichsten gehören die Chloride der Alkalimetalle wie Steinsalz oder Halit (NaCl) und Kalisalz (KCl). Diese Mineralien kommen nur in sehr trockenen Klimazonen vor.
Gips ( CaSO 4 .2H 2 O) ist ebenfalls gut löslich, während Quarz eine sehr geringe Löslichkeit aufweist.
Die Löslichkeit vieler Mineralien hängt von der Konzentration der freien Wasserstoffionen (H + ) im Wasser ab. H + -Ionen werden als pH-Wert gemessen, der den Säuregrad oder die Alkalität einer wässrigen Lösung angibt.
Flüssigkeitszufuhr
Hydratationsverwitterung ist ein Prozess, der auftritt, wenn Mineralien Wassermoleküle an ihrer Oberfläche adsorbieren oder absorbieren, einschließlich dieser in ihren Kristallgittern. Dieses zusätzliche Wasser führt zu einer Volumenvergrößerung, die zum Bruch des Gesteins führen kann.
In feuchten Klimazonen mittlerer Breiten weisen die Farben des Bodens erhebliche Unterschiede auf: Sie können von bräunlich bis gelblich beobachtet werden. Diese Färbungen werden durch die Hydratation des rötlichen Eisenoxidhämatits verursacht, der sich in einen oxidfarbenen Goethit (Eisenoxyhydroxid) verwandelt.
Die Aufnahme von Wasser durch die Tonpartikel ist auch eine Form der Hydratation, die zu deren Ausdehnung führt. Dann, wenn der Ton trocknet, reißt die Kruste.
Oxidation und Reduktion
Oxidation tritt auf, wenn ein Atom oder Ion Elektronen verliert, seine positive Ladung erhöht oder seine negative Ladung verringert.
Eine der bestehenden Oxidationsreaktionen beinhaltet die Kombination von Sauerstoff mit einer Substanz. In Wasser gelöster Sauerstoff ist ein übliches Oxidationsmittel in der Umwelt.
Oxidativer Verschleiß wirkt sich hauptsächlich auf eisenhaltige Mineralien aus, obwohl auch Elemente wie Mangan, Schwefel und Titan rosten können.
Die Reaktion für Eisen - die auftritt, wenn in Wasser gelöster Sauerstoff mit eisenhaltigen Mineralien in Kontakt kommt - ist wie folgt:
4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e -
In diesem Ausdruck repräsentiert e - Elektronen.
Eisen (Fe 2+ ), das in den meisten gesteinsbildenden Mineralien enthalten ist, kann durch Veränderung der neutralen Ladung des Kristallgitters in seine Eisenform (Fe 3+ ) umgewandelt werden. Diese Änderung führt manchmal zum Zusammenbruch und macht das Mineral anfälliger für chemische Angriffe.
Kohlensäure
Carbonisierung ist die Bildung von Carbonaten, die die Salze der Kohlensäure (H 2 CO 3 ) sind. Kohlendioxid löst sich in natürlichen Gewässern unter Bildung von Kohlensäure:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Anschließend dissoziiert Kohlensäure nach der folgenden Reaktion in ein hydratisiertes Wasserstoffion (H 3 O + ) und ein Bicarbonation:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
Kohlensäure greift Mineralien an, die Carbonate bilden. Die Karbonisierung dominiert die Verwitterung von kalkhaltigen Gesteinen (Kalkstein und Dolomit). in diesen ist das Hauptmineral Calcit oder Calciumcarbonat (CaCO 3 ).
Calcit reagiert mit Kohlensäure unter Bildung von saurem Calciumcarbonat, Ca (HCO 3 ) 2, das sich im Gegensatz zu Calcit leicht in Wasser löst. Aus diesem Grund sind einige Kalksteine so anfällig für Auflösung.
Die reversiblen Reaktionen zwischen Kohlendioxid, Wasser und Calciumcarbonat sind komplex. Im Wesentlichen kann der Prozess wie folgt zusammengefasst werden:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
Hydrolyse
Im Allgemeinen ist die Hydrolyse - der chemische Abbau durch Einwirkung von Wasser - der Hauptprozess der chemischen Verwitterung. Wasser kann anfällige Primärmineralien in Gesteinen abbauen, auflösen oder modifizieren.
In diesem Prozess dissoziiertes Wasser, das in Wasserstoffkationen (H + ) und Hydroxylanionen (OH - ) dissoziiert ist, reagiert direkt mit Silikatmineralien in Gesteinen und Böden.
Das Wasserstoffion wird gegen ein Metallkation der Silikatmineralien ausgetauscht, üblicherweise Kalium (K + ), Natrium (Na + ), Calcium (Ca 2+) oder Magnesium (Mg 2+ ). Das freigesetzte Kation verbindet sich dann mit dem Hydroxylanion.
Beispielsweise ist die Reaktion für die Hydrolyse des als Orthoklas bezeichneten Minerals, das die chemische Formel KAlSi 3 O 8 hat , wie folgt:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH - → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
So wird Orthoklas in Aluminosilicinsäure, HAlSi 3 O 8 und Kaliumhydroxid (KOH) umgewandelt.
Diese Art der Reaktion spielt eine grundlegende Rolle bei der Bildung einiger charakteristischer Reliefs; Zum Beispiel sind sie an der Bildung des Karstreliefs beteiligt.
Biologische Verwitterung
Einige lebende Organismen greifen Gesteine mechanisch, chemisch oder durch eine Kombination von mechanischen und chemischen Prozessen an.
Pflanzen
Pflanzenwurzeln - insbesondere solche von Bäumen, die auf flachen Felsbeeten wachsen - können eine biomechanische Wirkung ausüben.
Dieser biomechanische Effekt tritt auf, wenn die Wurzel wächst und der von ihr auf ihre Umgebung ausgeübte Druck zunimmt. Dies kann zum Bruch der Wurzelbettgesteine führen.
Biologische Meteorisierung. Tetrameles Nudiflora wächst auf einer Tempelruine in Angkor, Kambodscha. Quelle: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA-Lizenz über https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG
Flechten
Flechten sind Organismen, die aus zwei Symbionten bestehen: einem Pilz (Mycobiont) und einer Alge, bei der es sich im Allgemeinen um Cyanobakterien (Phycobiont) handelt. Diese Organismen wurden als Kolonisatoren gemeldet, die die Verwitterung des Gesteins erhöhen.
Beispielsweise wurde festgestellt, dass Stereocaulon vesuvianum auf Lavaströmen installiert ist, wodurch die Verwitterungsrate im Vergleich zu nicht kolonisierten Oberflächen um das 16-fache gesteigert werden kann. Diese Raten können sich an feuchten Orten wie Hawaii verdoppeln.
Es wurde auch festgestellt, dass Flechten beim Absterben einen dunklen Fleck auf Felsoberflächen hinterlassen. Diese Flecken absorbieren mehr Strahlung als die umgebenden Lichtbereiche des Gesteins und fördern so die thermische Verwitterung oder Thermoklastik.
Mytilus edulis ist eine steinbohrende Muschel. Quelle: Andreas Trepte, aus Wikimedia Commons
Meeresorganismen
Bestimmte Meeresorganismen kratzen an der Oberfläche von Gesteinen und bohren Löcher in sie, wodurch das Algenwachstum gefördert wird. Zu diesen durchdringenden Organismen gehören Mollusken und Schwämme.
Beispiele für diese Art von Organismen sind die Miesmuschel (Mytilus edulis) und die pflanzenfressende Gastropode Cittarium pica.
Die Flechte Stereocaulon vesuvianum ist ein Kolonisator, der in Lavaströmen, Kanarischen Inseln Fuerteventura und Lanzarote von Spanien installiert ist. Quelle: Lairich Rig über https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg
Chelatbildung
Die Chelatbildung ist ein weiterer Verwitterungsmechanismus, bei dem Metallionen und insbesondere Aluminium-, Eisen- und Manganionen aus Gesteinen entfernt werden.
Dies wird durch Bindung und Sequestrierung durch organische Säuren (wie Fulvinsäure und Huminsäure) erreicht, um lösliche organische Substanz-Metall-Komplexe zu bilden.
In diesem Fall stammen die Chelatbildner aus den Zersetzungsprodukten von Pflanzen und Sekreten aus den Wurzeln. Chelatbildung fördert die chemische Verwitterung und den Metalltransfer in Boden oder Gestein.
Verweise
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- Thomas, MF (1994). Geomorphologie in den Tropen: Eine Studie über Verwitterung und Entblößung in niedrigen Breiten. Chichester: John Wiley & Sons.
- White, WD, Jefferson, GL und Hama, JF (1966) Quarzitkarst im Südosten Venezuelas. International Journal of Speleology 2, 309–14.
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