Geologische Prozesse: Verwitterung und Landschaftsformung

Die Geologie befasst sich mit verschiedenen Zyklen und Prozessen, die die Erdoberfläche formen. Diese können in endogene (innere) und exogene (äußere) Prozesse unterteilt werden.

Geologische Zyklen und Prozesse

Endogene Prozesse: Orogenese und Lithogenese

• Orogenese: Interne Prozesse, die zur Bildung von Gebirgen führen.
• Lithogenese: Die Bildung von Gesteinen, sowohl durch interne als auch externe Prozesse.

Exogene Prozesse: Gliptogenese

Die Gliptogenese beschreibt Prozesse der Reliefbildung, bei denen Erosion und der Transport von Materialien bis zu den marinen Wasserscheiden stattfinden. Diese Prozesse werden sowohl durch interne als auch externe Kräfte angetrieben.

Exogene Geologische Prozesse: Verwitterung

Die Verwitterung ist ein externer geologischer Prozess, der Gesteine an der Erdoberfläche zersetzt oder verändert.

A) Mechanische (Physikalische) Verwitterung

Die mechanische Verwitterung zerlegt Gestein in kleinere Stücke, ohne seine chemische Zusammensetzung zu ändern. Hauptprinzipien sind Temperaturänderungen und Druckentlastung.

Temperaturänderungen

• Sonneneinstrahlung und Temperatur: Extreme Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise in Wüsten oder Hochgebirgen vorkommen, führen zu wiederholter Ausdehnung und Kontraktion des Gesteins. Dies ermüdet das Gestein und macht es brüchig. Minerale mit unterschiedlichen Farben und Eigenschaften dehnen sich ungleichmäßig aus, was zu Spannungen und Rissbildung führt.
• Druck und Wind: Wind entsteht durch Druckunterschiede und kann durch mitgeführte Partikel (Windschliff) zur mechanischen Erosion beitragen.
• Niederschlag: In hohen Lagen oder unter bestimmten Belastungen kann Niederschlag zur Verwitterung beitragen.

Gelifraktion (Frostsprengung)

Ein wichtiger Prozess ist die Gelifraktion. Wasser dringt in Gesteinsrisse ein und gefriert. Da Wasser beim Gefrieren sein Volumen um 9-10% vergrößert, können dabei Drücke von bis zu 2000 Atmosphären entstehen, die das Gestein sprengen.

Druckentlastung

Wenn überlagerndes Gestein durch Erosion abgetragen wird, verringert sich der Druck auf das darunterliegende Gestein. Dies führt zu einer plötzlichen Ausdehnung und zur Bildung von parallelen Rissen (Exfoliation oder Schalenbildung).

B) Chemische Verwitterung

Die chemische Verwitterung verändert die chemische Struktur der Mineralkörner im Gestein. Wichtige Prozesse sind:

• Lösung: Minerale lösen sich in Wasser auf. Dies geschieht, wenn Wassermoleküle die Ionen oder Moleküle des Gesteins durch ihre Dipolwirkungen umhüllen und abtransportieren.
• Kohlensäureverwitterung (Karbonatisierung): Ein Sonderfall der Lösung. Kohlendioxid (CO₂) löst sich in Wasser und bildet Kohlensäure (H₂CO₃). Diese Säure reagiert mit Mineralen, insbesondere Kalkstein (CaCO₃), und wandelt unlösliche Stoffe in lösliche um, die dann abtransportiert werden können.
• Hydratation: Wassermoleküle lagern sich in die Kristallstruktur von Mineralen ein. Dies führt zu einer Volumenzunahme und einer Schwächung des Gesteins, was den mechanischen Angriff erleichtert.
• Hydrolyse: Die Zersetzung von Mineralen durch Wasser, wobei Salze in Säuren und Basen zerlegt werden.
• Oxidation: Minerale reagieren mit Sauerstoff, oft in Anwesenheit von Wasser. Ein häufiges Beispiel ist die Oxidation von Eisenverbindungen, die zu Rostbildung führt und das Gestein schwächt.

C) Biologische Verwitterung

Lebewesen tragen auf verschiedene Weisen zur Verwitterung bei:

• Pflanzen: Wurzeln können in Gesteinsrisse eindringen und diese durch ihr Wachstum erweitern (mechanische Wirkung). Zudem scheiden Pflanzen organische Säuren aus, die Minerale chemisch angreifen. Algen und Flechten können beispielsweise Feldspat und Kalkstein (CaCO₃) zersetzen.
• Tiere: Grabende Tiere (z.B. Nagetiere, Insekten) lockern das Gestein und den Boden auf (mechanische Wirkung). Mikroorganismen und Tiere können auch chemische Reaktionen im Boden und Gestein beeinflussen, indem sie organische Stoffe zersetzen oder Säuren produzieren.

Hangprozesse und Massenbewegungen

Hangprozesse umfassen alle Bewegungen von Gesteins- und Bodenmassen unter dem Einfluss der Schwerkraft.

1. Gravitative Prozesse (Massenbewegungen)

• Felsstürze und Lawinen: Plötzliche, schnelle und oft katastrophale Massenbewegungen von Gestein (Felsstürze) oder Schnee (Lawinen) an steilen Hängen.
• Rutschungen: Bewegungen von Gesteins- oder Bodenmassen entlang einer definierten Gleitfläche. Sie können langsam oder schnell erfolgen.
• Kriechen und Fließen: Sehr langsame, kontinuierliche Bewegungen von Boden oder Regolith (verwittertes Gestein) an Hängen, oft durch wiederholtes Gefrieren und Tauen oder Wasseraufnahme und -abgabe verursacht.

2. Erosionsprozesse durch Wasser an steilen Hängen

Konzentrierter Wasserabfluss kann an steilen Hängen markante Erosionsformen schaffen:

• Rinnen (Cárcavas): Tiefe, große Risse oder Gräben, die sich in sehr steilen Hängen bilden, oft durch sintflutartige Regenfälle auf wenig bewachsenen oder rutschigen Böden.
• Feenkamine: Säulenartige Gesteinsformationen, die durch selektive Erosion entstehen. Ein widerstandsfähigerer Gesteinsblock an der Spitze schützt das darunterliegende, weichere Material vor Abtragung, wodurch die säulenartige Form erhalten bleibt.

Karstlandschaften

Karst bezeichnet eine Landschaftsform, die sich primär in löslichem Gestein, meist Kalkstein, durch chemische Verwitterung über lange Zeiträume entwickelt.

Entstehung von Karst

Die Hauptursache für die Karstbildung ist die Reaktion von Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) zu Kohlensäure (H₂CO₃). Diese Kohlensäure greift Kalkstein (CaCO₃) an und wandelt ihn in eine lösliche Form (Calciumhydrogencarbonat) um. Obwohl Kalkstein in reinem Wasser unlöslich ist, wird er durch diesen Karbonatisierungsprozess löslich und kann abtransportiert werden.

Exokarstformen (Oberflächenformen)

Typische Oberflächenformen im Karst sind:

• Dolinen: Geschlossene, oft trichterförmige oder schüsselförmige Vertiefungen, die durch Lösung oder Einsturz von Hohlräumen entstehen.
• Uvalas: Größere, unregelmäßige Hohlformen, die durch das Zusammenwachsen mehrerer Dolinen entstehen.
• Poljen: Große, flache Becken mit steilen Rändern, die oft von Flüssen durchflossen werden, die dann in Ponoren verschwinden.
• Karren (Lapiés): Kleinflächige Rillen, Rinnen und Grate auf der Gesteinsoberfläche, die durch die Lösung des Kalksteins entstehen.
• Ponore: Stellen, an denen Oberflächenwasser (Flüsse, Bäche) in unterirdische Karstsysteme versickert.
• Karstquellen: Orte, an denen unterirdisch fließendes Karstwasser wieder an die Oberfläche tritt.
• Schluchten: Tiefe, enge Täler, die entstehen, wenn Flüsse die Karstlandschaft durchschneiden, anstatt unterirdisch zu fließen.

Endokarstformen (Unterirdische Formen)

Im Untergrund entwickeln sich komplexe Höhlensysteme:

• Galerien und Höhlen: Durch die Erweiterung von vertikalen und horizontalen Diaklasen (Kluftsystemen) entstehen ausgedehnte unterirdische Gänge und Kammern.
• Tropfsteinbildungen: Wenn kohlensäurehaltiges Wasser, das gelösten Kalkstein enthält, in Höhlen gelangt, kann CO₂ entweichen. Die Reaktion kehrt sich um, und der Kalkstein fällt wieder aus. Dies führt zur Bildung von:
  • Stalaktiten: Tropfsteine, die von der Höhlendecke herabhängen.
  • Stalagmiten: Tropfsteine, die vom Höhlenboden nach oben wachsen.