Der Exogene Geologische Zyklus: Verwitterung, Erosion, Transport & Sedimentation

Der Exogene Geologische Zyklus

Die Erdoberfläche, insbesondere die Landoberfläche der Kontinente, unterliegt der ständigen Einwirkung von Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre. Diese Prozesse führen zur Zerstörung oder Abtragung des topografischen Reliefs, was als Denudationszyklus der Kontinente bezeichnet wird. Dieser Zyklus umfasst die Phasen Verwitterung, Erosion, Transport und Sedimentation der Produkte, die aus der Zersplitterung und Zerstörung der Oberflächengesteine entstehen.

Verwitterung: Prozesse der Gesteinszersetzung

Verwitterung ist eine Reihe von Prozessen, die durch die Einwirkung von Atmosphäre, Hydrosphäre und Lebewesen zur Zersetzung von Gesteinen und den darin enthaltenen Mineralien führen. Je nach Art der auf die Gesteine einwirkenden Mechanismen unterscheidet man zwei Hauptarten der Verwitterung: die mechanische (physikalische) und die chemische Verwitterung.

Mechanische (Physikalische) Verwitterung

Die mechanische oder physikalische Verwitterung ist der Prozess der Fragmentierung von Gesteinen in immer kleinere Stücke, die ihre ursprünglichen Eigenschaften beibehalten. Es gibt verschiedene Mechanismen der mechanischen Verwitterung, darunter:

• Frostsprengung (Gelifraktion): Dies ist die Zersplitterung von Gesteinen durch die Einwirkung von Eis. Dies geschieht, weil Wasser beim Gefrieren sein Volumen vergrößert und dadurch den Druck in Gesteinsrissen erhöht. Die Wiederholung des Frost-Tau-Wechsels führt schließlich zum Zerbrechen des Gesteins in eckige Blöcke. Dieses Phänomen tritt besonders in Gebirgsregionen hervor, wo der Frost-Tau-Wechsel täglich stattfindet. Die abgelösten Blöcke bilden Geröll und Schutt.
• Temperaturverwitterung (Differentielle Ausdehnung): Diese Art der Verwitterung ist auf die unterschiedlichen Ausdehnungseigenschaften der Mineralkörner zurückzuführen, aus denen Gesteine bestehen. Infolgedessen nimmt der Zusammenhalt zwischen den Körnern ab, und das Gestein bricht schließlich, wenn sich die Heiz- und Abkühlzyklen wiederholen. Sie ist besonders bedeutsam in Gebieten mit großen täglichen Temperaturschwankungen von etwa 30 bis 40 °C, wie beispielsweise in heißen Wüsten.
• Bioklastische Verwitterung: Hierbei handelt es sich um die Zersplitterung von Gesteinen durch mechanische Einwirkungen von Lebewesen, wie den Druck wachsender Wurzeln, die Erweiterung von Rissen oder die Tätigkeit grabender Tiere.

Chemische Verwitterung

Hierbei handelt es sich um chemische Prozesse, die die Mineralien im Gestein in andere Stoffe umwandeln. Wir können die folgenden Mechanismen der chemischen Verwitterung hervorheben:

• Lösung (Auflösung): Dieser Prozess beruht hauptsächlich auf der Einwirkung von Wasser und ist besonders wichtig bei Gesteinen wie Steinsalz (Halit) oder Gips. Die Auflösung durch Wasser wird durch die erhöhte Präsenz von H⁺-Ionen verstärkt. Das wichtigste Beispiel ist die Auflösung von Kalkstein. Säurehaltiges Wasser, in dem CO₂ gelöst ist, reagiert mit Kalkstein und zersetzt ihn leicht in wasserlösliche Ionen.
• Hydrolyse: Dies ist eine chemische Reaktion zwischen Mineralien und Wasser, die zur Bildung neuer Mineralien führt. Ein Beispiel ist die Reaktion von Kalifeldspat, einem Mineral aus Granit, das sich in das Tonmineral Kaolinit, Kaliumionen und wasserlösliche Kieselsäure umwandelt.

Erosion: Abtragung von Gesteinsmaterial

Erosion ist der Prozess, der dazu neigt, die Oberflächenreliefs der Erde einzuebnen. Sie tritt oft gleichzeitig mit der Verwitterung auf, wobei der Bruch und Zerfall der Gesteine an der Oberfläche Gesteinsschutt verursacht. Erosive Agenten sind flüssige Medien in Bewegung, die Gesteine abtragen oder auflösen und sie von ihren ursprünglichen Standorten entfernen.

Sedimenttransport: Bewegung von Material

Sedimenttransport ist das Ergebnis einer dynamischen Wechselwirkung zwischen detritischen Partikeln und der Strömung in einem bestimmten Medium. Die Formen des Transports sind vielfältig:

• Lösung: Gelöste Partikel bewegen sich im Medium.
• Suspension: Partikel können über große Entfernungen und lange Zeiträume in einem Strom transportiert werden.
• Saltation: Partikel werden vom Strom erfasst und springen in einer Entfernung, die dem Tausendfachen ihres Durchmessers entspricht.
• Geröllfracht (Bodenfracht): Partikel sind zu schwer, um angehoben zu werden, und bewegen sich nur am Boden, entweder rollend, gleitend oder gar nicht.

Die wichtigsten physikalischen Transportmittel sind Flüsse, Seen und Meere, Wind, Gletscher und Murgänge.

Sedimentation: Ablagerung von Material

Sedimentation ist der Prozess der Akkumulation von sedimentärem Material in einer bestimmten Morphologie, verursacht durch den Verlust der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, das die Fragmente einer bestimmten Größe und Gewichts nicht mehr tragen kann. Diese fallen aufgrund der Schwerkraft zu Boden und bilden eine Ablagerung oder ein Sediment. Der Geschwindigkeitsverlust tritt meist in Sedimentationsbecken auf, wo Flüsse ins Meer oder in einen See münden und es zu Strömungsberuhigungen kommt. Das abgelagerte Material wird – außer bei Gletschern – selektiv transportiert und abgelagert: Feine Fragmente werden weiter transportiert als große und setzen sich in der Regel an verschiedenen Orten ab. Dies wird als Korngrößensortierung der Sedimente bezeichnet.