Externe Geologische Prozesse: Verwitterung, Erosion und Sedimentation verstehen

Externe Geologische Prozesse und ihre Risiken

Unter der Hydrosphäre versteht man Phänomene, die in der Erdkruste als Folge der Wechselwirkung von Gesteinen mit der Atmosphäre und Lebewesen auftreten können. Dazu gehören: Verwitterung, Erosion, Transport und Sedimentation.

Verwitterung

Die Verwitterung ist die Veränderung der Gesteinsoberfläche, die stattfindet, ohne dass die Materialien transportiert werden; die Gesteine bleiben in der Nähe des Verwitterungsortes.

Es gibt drei Hauptarten:

• Mechanische oder physikalische Verwitterung: Hauptsächlich bedingt durch Temperaturänderungen.
• Chemische Verwitterung: Durch Wasser und atmosphärische Gase verursacht.
• Biologische Verwitterung: Durch Lebewesen verursacht.

Physikalische oder mechanische Verwitterung

Dies ist der Prozess der Fragmentierung des Gesteins, der zu einer Vergrößerung der geologischen Oberfläche führt, die äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, jedoch ohne die chemische Zusammensetzung des Gesteins zu verändern. Sie wird hauptsächlich durch Temperaturänderungen verursacht und erfolgt auf folgende Weise:

1. Frostsprengung (Gelifracción): Verursacht durch die Keilwirkung von Eis. Dieses Phänomen tritt vor allem in kalten gemäßigten Gebieten auf, wo Wasser in die Gesteinsspalten gefriert und sich dabei ausdehnt. Das gebildete Eis wirkt wie ein Keil, der Druck auf die Gesteine ausübt und sie schließlich bricht.
2. Salzkristallisation: Tritt auf, wenn salzhaltiges Wasser in Risse im Gestein eindringt. Die Kristallisation dieser Salze erzeugt einen Keil, der auf das Gestein drückt und es fragmentiert.
3. Thermische Ausdehnung und Kontraktion: Verursacht durch Temperaturschwankungen, ein Phänomen, das vor allem in Wüstenregionen auftritt, wo die tägliche Temperaturschwankung bis zu 40 ºC betragen kann. Im Laufe des Tages dehnen sich die Gesteine durch die Wärme der Sonne aus, während die Temperaturen abends drastisch sinken und sie sich zusammenziehen. Die Wiederholung dieses Prozesses führt zur Rissbildung im Gestein.
4. Differentieller Druckabbau: Dies geschieht durch Dekompression, wenn Gesteine, die näher an der Oberfläche liegen, freigelegt werden, weil die darüber liegenden Materialien erodiert wurden. Durch die Verringerung des lithostatischen Drucks entstehen Risse im Gestein, was zur Fragmentierung beiträgt.

Chemische Verwitterung

Der Prozess der Veränderung der Gesteine durch chemische Wirkstoffe wie Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und Säuren. Im Gegensatz zur physikalischen Verwitterung führt sie zu einer Variation der chemischen Zusammensetzung der Gesteine.

Die wichtigsten chemischen Verwitterungsarten sind:

1. Auflösung (Lösung): Erfordert die Entfernung von Chemikalien aus den Gesteinen, die sich im Wasser in Ionen dissoziieren. Auf diese Weise lösen sich einige Mineralien direkt auf, vor allem Salze wie Halit, Gips usw.
2. Karbonisierung: Ähnlich der Auflösung, da Kohlendioxid im Wasser gelöst ist, und ein wesentlicher Mechanismus bei der Verwitterung von Kalkstein. Calciumcarbonat ist praktisch unlöslich, wird aber durch Wasser mit hohem CO2-Gehalt in Calciumhydrogencarbonat umgewandelt, das löslich ist und weggespült wird, wodurch der Kalkstein zerstört wird.
3. Oxidation: Eine Änderung des chemischen Zustands von Mineralien, die durch die Anwesenheit von freiem Sauerstoff verursacht wird. Sie beeinflusst insbesondere eisenhaltige Minerale, bei denen die Oxidation von Fe+2 zu Fe+3 stattfindet, was zu einer Zunahme der Ionenladung führt und das Kristallgitter der Minerale destabilisiert, was zu ihrer Umwandlung in andere führt.
4. Hydratation: Erzeugt Volumen durch den Einbau von Wassermolekülen in das Kristallgitter von Mineralien, was in der Regel zu einer Volumenvergrößerung führt. Der typischste Fall ist die Umwandlung von Anhydrit in Gips, was zu einer Volumenvergrößerung führt, die Verformungen in den Materialien verursacht.
5. Hydrolyse: Besteht im Zerfall des Kristallgitters einiger Minerale durch die Einwirkung von Wasserstoffionen in saurem Milieu. Diese Ionen werden in das Netzwerk eingebaut und neigen dazu, Kationen zu vertreiben, was zum Zerfall des Netzwerks und zur Freisetzung von Anionen führt, die ausgelaugt werden. Die Verknüpfung der verbleibenden Ionen führt zur Bildung neuer Minerale. Die Hydrolyse ist einer der wichtigsten Verwitterungsmechanismen, da sie die Silikate, die häufigsten Minerale der Natur, stark beeinflusst. Besonders hervorzuheben ist die Hydrolyse von Feldspat, der in Ton und gelöste Stoffe umgewandelt wird. Bei stärker sauren Bedingungen kann es auch zur Hydrolyse von Kaolinit kommen, der in einen anderen Ton umgewandelt wird. Feldspäte sind bei hohem Druck und hoher Temperatur stabil, aber nicht bei dem Druck und der Temperatur der Erdoberfläche, weshalb sie bei Kontakt mit Wasser instabil sind und sich verändern.

Biologische Verwitterung

Der Prozess der Gesteinsveränderung durch Lebewesen mittels mechanischer und chemischer Prozesse. Dies geschieht wie folgt:

1. Keilwirkung: Dieser Prozess wird durch Pflanzenwurzeln verursacht, die in die Gesteinsspalten eindringen. Beim Wachsen drücken sie gegen die Wände und fragmentieren das Gestein.
2. Mechanische Durchmischung: Ein weiterer physikalischer Vorgang, der durch verschiedene Tiere wie Regenwürmer oder grabende Tiere wie Maulwürfe verursacht wird, die Galerien anlegen und das Material entfernen, was den Zerfall des Gesteins weiter begünstigt.
3. Chemische Wirkung: Lebende Organismen, insbesondere Bakterien, Pilze und Flechten, produzieren saure Substanzen, die chemische Veränderungen im Gestein verursachen. Auch Baum- und Pflanzenwurzeln wirken chemisch auf das Gestein ein, indem sie verschiedene Kationen aufnehmen und dadurch die konstituierenden Minerale verändern.

Erosion

Der Prozess der Entfernung von verwittertem Gestein oder Boden durch die Wirkung der Schwerkraft kombiniert mit Wasser, Wind, Eis und vor allem dem Menschen.

Winderosion

Aufgrund des Windes und der Art der Materialien, auf die er einwirkt, kann die Winderosion zwei Arten umfassen:

1. Deflation: Tritt auf, wenn der Wind auf loses Material einwirkt und feinen Staub mit sich führt. Wenn Fragmente unterschiedlicher Größe gemischt sind, werden die feineren Materialien transportiert, während die gröberen am Boden zurückbleiben, wodurch sich Regs oder Steinwüsten in ariden Klimazonen bilden.
2. Windabrieb: Materialien, die durch Deflation transportiert werden, treffen auf Gesteine und tragen diese ab, wie eine Feile. Wenn das Gestein homogen ist, kommt es zu differentieller Erosion, wodurch Gesteine mit Löchern oder Nischen entstehen, da weichere Bereiche stärker erodiert werden; diese Art der Erosion wird als alveolär bezeichnet. Da der Wind Körner nur bis zu einer bestimmten Höhe trägt, ist die Korrosion an der Unterseite der Felsen größer, wodurch die Felsen pilzförmig geformt werden.

Bodenerosion durch Wasser

Sie wird durch die Einwirkung von Wasser verursacht, dessen Erosionskapazität von seiner Kraft abhängt, die durch die Strömung und die Geschwindigkeit bestimmt wird, welche wiederum von der Neigung abhängt. Bei Meerwasser hängt sie von der Stärke der Wellen ab. Die Erosion erfolgt im Wesentlichen durch zwei Mechanismen:

• a) Auflösung einiger Gesteinskomponenten, wie z. B. lösliche Materialien.
• b) Wasserabrasion: Wasser, das durch Strömungen mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Masse zirkuliert. Diese Wirkung kann nicht nur durch die Kraft des Wassers allein erfolgen, sondern wird durch mitgeführte feste Materialien stark verstärkt.

Gletschererosion

Sie wird durch die Einwirkung von Eis verursacht, das Gesteinsbrocken mit sich schleift und zu typischen Erosionsformen führt, die erst sichtbar werden, wenn das Eis aufgrund von Klimaänderungen verschwindet. Am Boden der Trogtäler erscheinen die geschliffenen Substratgesteine, wenn sie hart sind, sowie eine Reihe von Furchen oder Rillen parallel zur Vorschubrichtung des Eises. Die durch die Reibung des Eises nicht mitgezogenen Blöcke werden abgerundet und weisen eine konvexe Form mit Längsstreifen auf und erhalten den Namen abgeriebene Felsen (roches moutonnées).