Verwitterung und Sedimentgesteine: Ein Überblick

Verwitterung: Ursachen und Auswirkungen

Verwitterung ist der Prozess der physischen und chemischen Veränderung von primärem Gestein und Mineralien. Durch sekundäre Mineralien, wie zum Beispiel Ton, wird Boden gebildet. Verwitterung beinhaltet eine Reihe von chemischen Reaktionen, bei denen die Produkte nützliche Reagenzien für die nachfolgende Synthese sind. Wenn der Prozess der Verwitterung in der Bodenoberfläche auftritt, wird er als edaphische Verwitterung bezeichnet, und wenn er in tieferen Schichten wie dem C-Horizont oder tiefer auftritt, als geochemische Verwitterung.

Schieferung in metamorphen Gesteinen

Die Schieferung ist eine physikalische Veränderung, die die Trennung in Schichten fast paralleler metamorpher Gesteine, wie z. B. die verschiedenen Schiefer (Phyllite) und Gneis, bewirkt.

Verwitterung und Erosion: Ein Zusammenspiel

Verwitterung und Erosion bezeichnen die Veränderung von Gesteinsmaterial, das der Luft, der Feuchtigkeit und der Wirkung von organischen Stoffen ausgesetzt ist. Dies kann durch Verwitterung oder mechanische Desintegration und chemische Zersetzung geschehen, wobei in der Regel beide Prozesse interagieren. Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen beeinflussen beide Formen der Verwitterung, da sie den Felsen aus mechanischer Sicht beeinflussen und Wasser und Wärme chemische Reaktionen fördern.

Physikalische Verwitterung

Die physikalische Verwitterung wird durch physikalische Prozesse verursacht und erfolgt vor allem in Wüsten und Periglazialgebieten. Im Wüstenklima ermöglicht der große Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht und das Fehlen von Vegetation einen direkten Einfluss der Sonne auf die Felsen. In Periglazialgebieten hingegen variieren die Temperaturen oberhalb und unterhalb des Schmelzpunktes des Eises, entweder täglich oder saisonal.

Chemische Verwitterung

Die chemische Verwitterung führt zum Zerfall von Gesteinen und Mineralien, wenn diese mit bestimmten Stoffen in der Nähe reagieren, vor allem mit in Wasser gelösten Stoffen. Dies führt zu anderen Mineralien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, die unter äußeren Bedingungen stabiler sind. Mineralien sind in der Regel anfälliger für Verwitterung, wenn ihre Bindungen schwächer sind und je weiter ihre Entstehung von der Erdoberfläche entfernt ist.

Faktoren der physikalischen Verwitterung

Die wichtigsten Faktoren der mechanischen Verwitterung sind:

• Hitzschlag
• Gelivation (Frostsprengung)
• Druckbelastung
• Abschälen
• Wirkung von Wurzeln
• Kristallwachstum

Sedimente: Quelle, Vorkommen und Diagenese

Quelle der Sedimente

Die Produkte der Verwitterung können in den Abflüssen transportiert werden (durch Ziehen, Rollen oder Springen) oder in der Flüssigkeit (Suspension, Lösung oder variabel).

Vorkommen von Sedimentgesteinen

In Ingenieurprojekten sind Sedimentgesteine häufig anzutreffen. Das Volumen der ersten 15 km der sedimentären Kruste beträgt 5 %, während 95 % magmatische und metamorphe Gesteine sind, die in tiefen Umgebungen vorherrschen.

Diagenese: Bildung von Sedimentgesteinen

Die Bildung von Sedimentgesteinen aus Sedimenten setzt eine Reihe von Prozessen voraus, die im Allgemeinen die Porosität verringern und die Kompaktheit des Materials erhöhen. Diese Prozesse werden unter dem Begriff Diagenese zusammengefasst.

Wichtige Prozesse der Verfestigung

Die wichtigsten Prozesse der Diagenese sind Zementierung, Konsolidierung, Austrocknung und Kristallisation. Der Begriff Verfestigung kann als der Prozess verstanden werden, durch den Gesteine gebildet werden, in diesem Fall aus der Konsolidierung von Sedimenten.

• Zementierung: Die Hauptakteure der Zementierung sind die Minerale Calcit und Dolomit, die in Wasser gelöst ankommen und sich in einer Lösung ablagern, die die Zwischenräume ausfüllt. Dieser Prozess erfordert ein poröses und durchlässiges Material und dominiert die Bildung von Sandstein, Kalkstein und Dolomit.
• Konsolidierung und Austrocknung: Diese beiden Prozesse sind im Allgemeinen miteinander verbunden, da die Konsolidierung den Entzug von Wasser impliziert. Im Falle von durch Wind transportierten Sandablagerungen kann die Verfestigung jedoch nach der Verdunstung erfolgen. Dieser Prozess erfordert nicht unbedingt ein poröses und durchlässiges Material. Tone verlieren in einer Tiefe von einem Kilometer durch Druckbelastung 60 % ihres Volumens und bilden weichen Schiefer.

Merkmale von Sedimentgesteinen

Die wichtigsten Merkmale von Sedimentgesteinen sind Schichtung, Fazies und Farbe.

Schichtung

Die Schichtung ist das wichtigste Merkmal. Jede Schicht bildet den Abschluss eines Ereignisses. Innerhalb einer Schicht ist die innere Geometrie von Interesse, und im Großen und Ganzen die Geometrie der Schichten, da diese Strukturen die Bildungslandschaft hervorheben. Die Schichten können horizontal sein, wenn die Bildungsumgebung ruhig ist (See); wellig, wenn es sich um eine Dünenumgebung handelt; geneigt, wenn die Umgebung detritisch ist; gekräuselt, wenn es sich um Marken einer Strandumgebung handelt; kreuzgeschichtet, wenn die Umgebung sumpfig ist; und Geoden, wenn es sich um konzentrische Kugelschalen handelt, die durch ein Phänomen der unterschiedlichen osmotischen Salzkonzentration erklärt werden.

Sedimentäre Fazies

Der Begriff sedimentäre Fazies bezieht sich auf die Anhäufung von Ablagerungen mit spezifischen Eigenschaften, die sich seitlich von anderen, gleichzeitig gebildeten Sedimentablagerungen mit unterschiedlichen Eigenschaften abgrenzen.

Organische Sedimente

Organische Verbindungen zersetzen sich schnell durch die Einwirkung von anaeroben Bakterien (Fäulnis). Seit dem Kontakt mit der Luft werden sie durch die Einwirkung von aeroben Bakterien oxidiert (Sauerstoffverbrauch). Wenn Materialien mit sauerstoffarmem Wasser durch die anaerobe Einwirkung fermentiert werden, erhöht sich ihr Anteil an freiem Kohlenstoff.

Verwitterung als Prozess der Bodenbildung

Die Verwitterung ist der Prozess der Umwandlung von Gestein in Boden. Die Bodenbildung ist gleichbedeutend mit Verwitterung. Die Verwitterung in magmatischen und metamorphen Gesteinen führt zu Veränderungen in dichten, festen Materialien, die zu weichen und porösen Partikeln werden, die sich in der chemischen Zusammensetzung und Struktur von den ursprünglichen Erzen unterscheiden. Eine weniger intensive Verwitterung führt zu Veränderungen in Sedimentgesteinen.

Einfluss von Erosion auf Gesteine

Wenn Gesteine an der Oberfläche dem physikalischen Zustand der Erosion ausgesetzt sind, gefriert und schmilzt Wasser, und durch Erwärmung und Abkühlung zerbrechen die Gesteine langsam. Die größte Veränderung ist jedoch die chemische Veränderung, die durch die Einwirkung von Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und organischen Verbindungen verursacht wird.