Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Erde selbst zum Bildhauer wird, geformt von unsichtbaren Kräften und langsamen, unaufhaltsamen Prozessen. Dieses Buch enthüllt die faszinierende Welt der Verwitterung und Verkarstung, jene geologischen Kräfte, die unsere Landschaften prägen und ständig verändern. Von der subtilen Sprengkraft winziger Pflanzenwurzeln bis hin zur monumentalen Auflösung von Kalkstein durch kohlensäurehaltiges Wasser – wir begeben uns auf eine Entdeckungsreise zu den elementaren Prozessen, die unsere Welt formen. Erforschen Sie die physikalische Verwitterung, bei der Temperaturwechsel und Frost Gesteine zerbrechen, und tauchen Sie ein in die chemische Verwitterung, wo Wasser und gelöste Stoffe Mineralien zersetzen. Entdecken Sie die biologische Verwitterung, bei der Pflanzen und Tiere eine entscheidende Rolle spielen. Ein besonderer Fokus liegt auf den Karsterscheinungen, jenen bizarren und wunderschönen Landschaften, die durch die Auflösung von Kalkgestein entstehen. Von Karrenfeldern und Dolinen bis hin zu Poljen und unterirdischen Höhlen mit ihren beeindruckenden Tropfsteinen – wir enthüllen die Geheimnisse dieser einzigartigen Formationen. Doch die Reise endet nicht mit der Beschreibung: Wir beleuchten auch die Rolle des Menschen bei der Beschleunigung der Verkarstung und zeigen Wege auf, wie wir diese Prozesse nachhaltig beeinflussen können. Dieses Buch ist eine fesselnde Erkundung der Erdgeschichte, die nicht nur Geologen und Naturwissenschaftler begeistern wird, sondern jeden, der die verborgenen Kräfte verstehen möchte, die unsere Welt formen. Es ist eine Reise von der mikroskopischen Ebene der chemischen Reaktionen bis hin zu den Weiten verkarsteter Landschaften, ein tiefgreifendes Verständnis der dynamischen Prozesse, die unseren Planeten prägen – ein Muss für jeden, der die Natur in ihrer ganzen Vielfalt und Komplexität erleben möchte. Tauchen Sie ein in die Welt der Gesteine, des Wassers und der Zeit, und entdecken Sie die verborgenen Schönheiten und die subtilen Kräfte, die unsere Erde formen. Lassen Sie sich von der Intensität der Verwitterungsprozesse fesseln und verstehen Sie die Zusammenhänge zwischen Geologie, Klima und menschlichem Handeln. Ergründen Sie die Ursachen und Auswirkungen der Verkarstung und lernen Sie, wie wir die Zukunft dieser einzigartigen Landschaften schützen können.
Gliederung:
1. Verwitterung
1.1. Physikalische Verwitterung
1.1.1. Die Temperaturverwitterung
1.1.2. Die Frostverwitterung
1.1.3. Die Salzsprengung
1.1.4. Sprengwirkung durch Pflanzenwurzeln
1.2. Chemische Verwitterung
1.2.1. Die Lösungsverwitterung
1.2.2. Die Kohlensäureverwitterung
1.2.3. Oxidationsvorgänge
1.2.4. Hydrolytische Verwitterung
1.2.5. Die Rauchgasverwitterung
1.3. Biologische Verwitterung
1.3.1. Pflanzliche Verwitterung
1.3.2. Verwitterungserscheinungen aufgrund von Tieren
2. Die Karsterscheinung
2.1. Definition
2.1.1. Entstehung
2.2. Oberflächliche Karstformen
2.2.1. Vorkommen
2.2.2. Karrenbildung
2.2.3. Dolinen
2.2.3.1. Geologische Orgeln
2.2.4. Poljen
2.2.5. Tropischer Karst
2.3. Unterirdische Karstformen
2.3.1. Geschichtliche Bedeutung
2.3.2. Tropfsteine
2.4. Verkarstung in der Zukunft
1. Arten der Verwitterung:
1.1. Physikalische Verwitterung
Hierbei werden Gesteine rein mechanisch zerkleinert. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Gesteine bleibt unverändert. Durch die Zerkleinerung der Steine, vergrößert sich deren Oberfläche. Dieser Vorgang ist eine Voraussetzung der chemischen Verwitterung. (siehe 1.2.)
1.1.1. Die Temperaturverwitterung
Diese Verwitterung basiert auf einem raschen und zugleich heftigen Temperaturwechsel. Damit verbunden ist eine Volumenänderung, welche schließlich die Gesteine verwittern lassen. Große Amplituden zwischen Tag- und- Nacht- temperaturen des Bodens, führen zu einer periodischen Ausdehnung und Kontraktion des Gesteins, woraufhin Risse und Brüche entstehen.
1.1.2. Die Frostverwitterung
Wasser dringt in Spalten der Gesteine ein. Wenn es nun zu einem starken Temperaturabfall kommt, gefriert das Wasser und vergrößert, während der Umwandlung zu Eis, sein Volumen. Dadurch wird eine Sprengwirkung verursacht. Es gilt: Je geringer die Temperatur, desto größer die Sprengkraft.
Besonders stark ist die Frostverwitterung in Gebieten mit einer besonders hohen Temperaturamplitude, wie z.B. in Hochgebirgen.
1.1.3. Die Salzsprengung
Diese Form der Verwitterung kommt hauptsächlich in trockenen Gebieten vor. Dort verschließen wachsende Salze die Poren der Gesteine, so daß keine Salze mehr an die Oberfläche weichen können. Dadurch kommt es zu einer Sprengwirkung ähnlich der Frostverwitterung. Wenn durch eine Flüssigkeit die Salze befeuchtet werden, so ist die Sprengwirkung besonders nachhaltig, da Salze mit Volumenvergrößerungen in andere Verbindungen übergehen.
1.1.4. Sprengwirkung durch Pflanzenwurzeln
Die, meist in Waldgebieten vorkommende, Verwitterung ist gegenüber den anderen Formen relativ unbedeutend, da die Auswirkungen nur sehr schwach sind. Es kommt zu einer Lockerung des Gesteins, wenn Pflanzen mit ihren Wurzeln, in Ritzen der Steine einwachsen und sich dann in der Folgezeit ausdehnen.
1.2. Chemische Verwitterung
Voraussetzung für eine Chemische Verwitterung, ist die Reaktion der Mineralien und Steine mit Wasser oder anderen chemischen Stoffen. Jedes Gestein verhält sich in bezug auf die chemische Reaktion anders.
1.2.1. Die Lösungsverwitterung
Die Lösungskraft des Wassers hängt von folgenden Faktoren ab:
- Dauer der Einwirkung
- Temperatur
- Reaktionspartner bzw. Begleitstoffe
Lösungsbeispiel mit 100g Wasser und einer Temperatur von 20° Celsius:
Steinsalz: 35g
Kalisalpeter: 31g Gips: 0,2g
Durch Auslaugung, d.h. vom Wasser abgetragen, von Gipsgebirgen und Salstöcken entstehen Höhlen. Durch den damit verbunden Massenschwund im Untergrund, kann es zu Einstürzen an der Erdoberfläche kommen.
1.2.1. Die Kohlensäureverwitterung
Grundlage dieser Art der Verwitterung ist die Reaktion zwischen Wasser und Kohlendioxid. Ein Liter Wasser kann bei einer Temperatur von 20° C 0,9 Liter, bei einer Temperatur von 0°C, sogar 1,2 Liter, lösen. Das Produkt dieser Reaktion ist ein kohlensäurehaltiges Wasser, welches wiederum besonders gut mit Kalk reagiert. Diese Reaktion führt zu der Zerstörung der Gesteine. Landschaften, die durch die Verwitterung von Kalk und anderen Gesteinen entstehen, nennt man Karst.
1.2.2. Oxidationsvorgänge
Besonders anfällig für die Oxidationsverwitterung sind Eisen-, Mangan- und Schwefelverbindungen im Gestein. Sie entsteht, wenn Luftsauerstoff in Wasser gelöst ist. Die Folgen sind, neben dem Verwitterungsprozess, eine Verfärbung der Ausgangsverbindung. Beispiel:
Die grünlichen Verbindungen des zweiwertigen Eisens wandeln sich, durch Oxidation und Wasseraufnahme, in braunroten Limonit um.
Ein zweite Art dieser Form der Verwitterung ist die Ausfärbung dunkler Kalke, Mergel und Tonschiefer. Die ursprüngliche Färbung erhellt sich, in Verbindung mit Luftsauerstoff, an der Gesteinsoberfläche.
1.2.3. Hydrolytische Verwitterung
Das besondere dieser Verwitterung ist, daß sie die wichtigen gesteinsteinsbildenden Mineralien die Silikate angreifen kann. Dabei müssen sie, anders als bei der Lösungsverwitterung, komplett zersetzt werden. Da 90% der Erdrinde aus solchen Mineralien bestehen, gelangt die hydrolytische Verwitterung zusätzlich an Bedeutung. Silicatmineralien der magmatischen Gesteine werden nach ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber ihrer chemischen Verwittbarkeit eingeordnet. Sehr leicht verwittert z.B. Mg-Fe- Silicate. Hohe Widerstandsfähigkeit weisen hingegen z.B. K-Al-Silicate auf.
Die stoffliche Zersetzung am Beispiel eines Kalifeldspats:
Das Wasser zersetzt dieses Gestein in drei neue Stoffe: Kalium, Aluminium und Silicium.
Diese bilden mit Wasser und Kohlendioxid neue Verbindungen. : K-Carbonat, AL-Hydroxid und Kieselsäure.
Aus dem AL-Hydroxid und der Kieselsäure können wiederum Tonmineralien entstehen (z.B. Kaolinit).
Alle Reaktionen haben meist den selben Rest: den Quarz, da dieser nur sehr schwer zu zersetzten ist.
1.2.4. Die Rauchgasverwitterung
Bei der Rauchgasverwitterung werden Gesteine, meist Kalk und Buntsandstein, durch schwefelhaltige Abgase zersetzt. Mit der Aufrauhung des Gesteins ist meist auch eine Verfärbung des Ausgangsgesteins verbunden.
1.3. Biologische Verwitterung
Man unterscheidet zwei Arten der Biologischen Verwitterung:
1.3.1. Pflanzliche Verwitterung
Bei der Pflanzlichen Verwitterung wird die Oberfläche eines Gesteins durch Algen, Flechten und Pilze zerstört. Die Folge ist Humusbildung. Die Art des Bodens, sowie die klimatischen Verhältnisse, bestimmen den quantitativen Anteil der Pflanzenwelt an der Gesteinsverwitterung. In feuchten Gebieten (z.B. in den feuchten Tropen) ist, aufgrund der höheren Vegetation, die Pflanzliche Verwitterung ungleich höher als in ariden Zonen.
1.3.2. Tierische Verwitterung
Eine Form der Verwitterung durch Lebewesen, findet man vorwiegend an Küsten. In diesen Regionen zersetzen Bohrmuscheln auf mechanisch-chemischer Art Gesteine. Ein zweite Form dieser Verwitterungsart ist das Auflockern von Boden durch Würmer, Maulwürfe etc.. Durch den Aufgelockerten Boden kann mehr Luftsauerstoff und Wasser dringen, wodurch die Verwitterung des Bodens gefördert wird.
2. Die Karsterscheinung
2.1. Definition
Der Begriff Karst stammt von einem mit Kalkstein aufgebauten Gebirge in Jugoslawien. Heute bezeichnet man jedes Gebiet, in dem Kalk gelöst wird als Karstlandschaft.
2.1.1. Entstehung
Grundlage für jede Karstlandschaft ist die Verbindung Wasser mit Kohlendioxid. Diese Verbindung hat eine um 10x stärker Wirkung auf Kalk wie Wasser. Im Laufe der Zeit wird der Kalk durch einwirken der Lösung gelöst. Es entsteht Karst
2.2. Oberflächliche Karstformen
2.2.1. Vorkommen
Die Hauptvorkommen der Karstlandschaften liegen in den feuchten Bereichen der gemäßigten Zone. Große verkarstete Landschaften gibt es im dinarischen Karst der Balkanhalbinsel, in weiten Gebieten der Kalkalpen, im Südteil des französischen Zentralmassivs, in den Pyrenäen, in Belgien, England und Irland sowie im Schweizer und süddeutschen Jura. Außereuropäisch treten Karsterscheinungen u.a. in Jamaika, Brasilien, Marokko und China auf. Charakteristisch für diese Umgebungen ist das Fehlen einer oberflächlichen Entwässerung. Die meisten Täler verlaufen sich in Höhlen, d.h. ohne eine Fortsetzung in einer Talrinne.
2.2.2. Karrenbildung
In Niederschlagsreichen Gebieten kommt es zu einer starken Kalkauswaschung. Als Folge daraus entstehen schmale Abflußrinnen, s.gen. Karren. Diese Einkerbungen sind zwischen einige Zentimetern und 5m tief. Oft bilden sich ganze Felder mit einzelnen Karren. Dieses Karrenfelder sind dann nur schwer zu begehen und aufgrund der Einsturzgefahr auch sehr gefährlich.
2.2.3. Dolinen
Dolinen sind trichterförmige Eintiefungen in den Boden. Sie entstehen entweder durch den Einbruch unterirdischer Hohlräume oder durch die Auslaugung sich erweiternder Versickerungsschächte. Der Durchmesser einer Doline beträgt zwischen 100-500m, die Tiefe 2-10m. Nur selten findet man einzelne Dolinen. Es können sogar bis zu 50 auf einem Quadratkilometer verteilt sein. Durch das Anschwemmen von Verwitterungsresten, bildet sich in größeren Dolinen eine Ebenheit, welche von hohem Landwirtschaftlichen Nutzen ist, da der Boden in diesen Dolinen sehr fruchtbar ist.
Es werden zwei Arten von Dolinen unterschieden:
1. Einsturzdolinen, welche durch den Einbruch unterirdischer Hohlräume entstehen.
2. Lösungsdolinen, welche durch Auslaugung sich erweiternder Versickerungsschächte entstehen.
2.2.3.1.Geologische Orgeln
Die Geologischen Orgeln sind nahe verwandt mit den Dolinen. Sie bestehen aus
taschenartigen Auslaugungen im Kalkgestein. Anders als die Dolinen entstehen sie unterhalb der Deckschichten. Meist sind die Orgeln mit einem Lockermaterial zugeschüttet.
2.2.3.2.Buckelwiesen
Buckelwiesen bestehen aus Grundmoränen- oder Schottermaterial. Sie werden bis zu 1,5 m hoch und werden von Verwitterungssäcken umgeben, die die Erhöhungen umrahmen.
2.2.4. Poljen
Poljen sind die größten Karsterscheinungen. Sie können einige hundert Quadratkilometer umfassen. Die Entstehung ist umstritten. Tektonische Einbrüche, intensive chemische Verwitterung und das Zusammenwachsen von Dolinen dürften die Hauptursachen für diese Karstform sein.
Im Gegensatz zu anderen Karstformen sind die Poljen landwirtschaftlich sehr ergiebig. Dies liegt zum einen an dem Wasserzu- und -abfluß, welcher entweder über Schluck- und Speillöcher oder einem Bodenloch, s.gen. Estavellen, erfolgt und zum anderen werden von allen Seiten kleinste, bodenbildende Materialien angetragen.
Die meisten Poljen sind auf der Balkanhalbinsel zu finden. Vereinzelt noch im Schweizer Jura und in Jamaika.
2.2.5. Tropischer Karst
Ursache für diesen Kegelkarst ist die Auftürmung von Kalk. Diese wurden in einer einheitlichen Höhe durch Wasserspülungen herausgeprägt.
In Westindien, Neuguinea und in Südchina gibt es diese Karsterscheinung.
2.3. Unterirdische Karstformen
Hierzu zählen Höhlen, welche durch unterirdisch fließendes Wasser entstanden sind. Da das ganze Jahr über in diesen Höhlen konstante Temperatur herrscht, (mittlere Lufttemperatur) unterscheidet man zwei Arten von Höhlen:
- Die eigentlichen Höhlen mit einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes
- Eishöhlen mit einer Temperatur die meist unter dem Gefrierpunkt liegt.
2.3.1. Geschichtliche Bedeutung
Früher wurden diese Höhlen als Unterkunft vom Menschen oder von Tieren benutzt. Es existieren eine ganze Reihe Fossilienfunde wie z.B. Überreste des Höhlenbären aus der letzten Vereisung.
2.3.2. Tropfsteine
Tropfsteine entstehen durch langsames absetzten von Kalk aus dem mit
Calciumhydrogencarbonat gesättigten Wasser. Sie werden nach ihrer Wachstumsrichtung unterschieden:
- von der Decke hinabhängende - die Stalaktiten
- vom Boden hoch ragende - die Stalagmiten
- durch Zusammenwachsen von Stalaktiten und Stalagmiten entstehen Tropfsteinsäulen - die Stalagnaten Die Wachstumsgeschwindigkeit der Tropfsteine ist sehr unterschiedlich. Manche Stalaktiten wachsen in 200 Jahre 20cm, andere in einem Jahr 10cm.
2.4. 4. Verkarstung in der Zukunft
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Hauptarten der Verwitterung, die im Text behandelt werden?
Der Text behandelt hauptsächlich drei Arten der Verwitterung: physikalische, chemische und biologische Verwitterung.
Was versteht man unter physikalischer Verwitterung?
Physikalische Verwitterung bezieht sich auf die mechanische Zerkleinerung von Gesteinen, wobei die chemische Zusammensetzung unverändert bleibt. Dazu gehören Temperaturverwitterung, Frostverwitterung, Salzsprengung und die Sprengwirkung durch Pflanzenwurzeln.
Wie funktioniert die Temperaturverwitterung?
Die Temperaturverwitterung basiert auf schnellen Temperaturwechseln, die zu Volumenänderungen führen und somit Risse und Brüche im Gestein verursachen.
Was ist Frostverwitterung und wo tritt sie besonders stark auf?
Frostverwitterung entsteht, wenn Wasser in Gesteinsspalten gefriert und sich dabei ausdehnt, was zu einer Sprengwirkung führt. Sie tritt besonders stark in Gebieten mit hohen Temperaturamplituden auf, wie z.B. in Hochgebirgen.
Was versteht man unter chemischer Verwitterung?
Chemische Verwitterung bezeichnet die Reaktion von Mineralien und Gesteinen mit Wasser oder anderen chemischen Stoffen. Dazu gehören Lösungsverwitterung, Kohlensäureverwitterung, Oxidationsvorgänge, hydrolytische Verwitterung und Rauchgasverwitterung.
Wie funktioniert die Kohlensäureverwitterung und welche Landschaftsform entsteht dadurch?
Die Kohlensäureverwitterung basiert auf der Reaktion zwischen Wasser und Kohlendioxid, wodurch ein kohlensäurehaltiges Wasser entsteht, das Kalk besonders gut löst. Landschaften, die durch diese Verwitterung entstehen, nennt man Karst.
Was ist hydrolytische Verwitterung und welche Mineralien werden dabei angegriffen?
Hydrolytische Verwitterung greift die wichtigen gesteinsbildenden Mineralien, die Silikate, an und zersetzt sie vollständig. Sie ist besonders bedeutsam, da 90% der Erdrinde aus solchen Mineralien bestehen.
Was versteht man unter biologischer Verwitterung?
Biologische Verwitterung umfasst die Zerstörung von Gesteinsoberflächen durch Algen, Flechten und Pilze (pflanzliche Verwitterung) sowie das Auflockern von Böden durch Tiere wie Würmer und Maulwürfe (tierische Verwitterung).
Was ist eine Karsterscheinung?
Eine Karsterscheinung bezeichnet eine Landschaft, in der Kalk durch die Einwirkung von Wasser und Kohlendioxid gelöst wird. Der Begriff stammt von einem Kalksteingebirge in Jugoslawien.
Welche oberflächlichen Karstformen werden im Text beschrieben?
Der Text beschreibt Karrenbildung, Dolinen, geologische Orgeln, Buckelwiesen, Poljen und tropischen Karst als oberflächliche Karstformen.
Was sind Dolinen und wie entstehen sie?
Dolinen sind trichterförmige Eintiefungen im Boden, die entweder durch den Einbruch unterirdischer Hohlräume oder durch die Auslaugung sich erweiternder Versickerungsschächte entstehen.
Was sind Poljen und wo kommen sie hauptsächlich vor?
Poljen sind die größten Karsterscheinungen, die einige hundert Quadratkilometer umfassen können. Sie sind landwirtschaftlich sehr ergiebig und kommen hauptsächlich auf der Balkanhalbinsel vor.
Welche unterirdischen Karstformen werden im Text erwähnt?
Der Text erwähnt Höhlen als unterirdische Karstformen, die durch unterirdisch fließendes Wasser entstanden sind. Es wird zwischen eigentlichen Höhlen und Eishöhlen unterschieden.
Was sind Tropfsteine und wie entstehen sie?
Tropfsteine entstehen durch langsames Absetzen von Kalk aus dem mit Calciumhydrogencarbonat gesättigten Wasser. Es gibt Stalaktiten (von der Decke hängend), Stalagmiten (vom Boden aufsteigend) und Stalagnaten (Tropfsteinsäulen).
Welche Rolle spielt der Mensch bei der Verkarstung?
Der Mensch trägt durch radikale Entwaldung und falsche Beweidung zur Verkarstung bei. Um ein Fortschreiten zu verhindern, müssen Wälder aufgeforstet und die Viehwirtschaft eingeschränkt werden.
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- Heiko Brenner (Author), 2000, Die Vorgänge der Verwitterung bes. Verkarstung, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/98328
