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Gesteinsverwitterung Gesteine unterliegen unter dem Einfluß der Atmosphäre physikalischen (mechanischen) und chemischen Zerstörungsprozessen, die als Gesteinsverwitterung bezeichnet werden. Die Art der Verwitterung hängt vom Klima (Temperaturen und Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit) und den auf das Gestein einwirkenden Agenzien (Sauerstoff, Spurengase, Säuren, Wasser) ab.
I. Physikalische (Mechanische) Verwitterung 1. Frostsprengung:
Das Gefrieren von Wasser ist mit einer Volumenzunahme von etwa 9%
verbunden. Bei –22°C übt H2O einen Druck
von 2.100 kg/cm² (~ 200 N/mm²) aus. Damit die Frostsprengung
wirken kann, muß der Poren- und Kapillarraum eines Gesteins
mindestens zu 91% mit Wasser gefüllt sein. 2. Temperaturverwitterung:
Durch die unterschiedliche Aufheizung und die unterschiedliche
Ausdehnung der Mineralien bei Insolation (Sonneneinstrahlung)
werden Spannungen im Gestein erzeugt, die zu einer Zerstörung
des Gefüges führen. Auch tägliche Temperaturschwankungen haben
die gleiche Wirkung. 3. Salzverwitterung:
Die Kristallisation von Salzen in Haarrissen des Gesteins erzeugt
einen Kristallisationsdruck (1000 kg/cm² / ~ 100 N/mm²), der
wie bei der Frostsprengung das Gefüge des Gesteins zerstört.
Hydratisierte Kristalle mancher Salze nehmen gegenüber ihrer
wäßrigen Lösung ein bis zu 300% größeres Volumen ein (z.B.
CaSO4, Na2SO4, MgSO4, Na2CO3). 4.
Physikalisch-biologische Verwitterung: Durch den
Turgor-Druck pflanzlicher Zellen (› 10 kg/cm²), z.B.
Wurzelgeflecht, wird das Gesteinsgefüge zerstört.
II. Chemische Verwitterung 1. Lösungsverwitterung:
Mineralien, besonders Salze, werden von Wasser gelöst, z.B.
beträgt die Löslichkeit von Gips 2,5 g/l. 2. Kohlensäureverwitterung: Kohlendioxid bildet in Wasser gelöst Kohlensäure. Atmosphärisches Kohlendioxid löst sich im Regen, so daß normales Regenwasser ein pH-Wert um 5,6 hat. Kohlensäure reagiert chemisch mit Kalziumkarbonat (Calcit) und es entsteht wasserlösliches Kalziumhydrogenkarbonat. 1l Wasser löst bei 20°C 14mg CaCO3, die Menge erhöht sich um das fünffache, wenn Kohlendioxid im Wasser gelöst ist. CaCO3 + H2CO3 --> Ca(HCO3)2 3. Rauchgasverwitterung: Die anthropogen durch Verbrennung fossiler Energieträger (Erdöl, Braun- und Steinkohle) erzeugten Rauchgase wie Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx) bilden in Verbindung mit Wasser starke Säuren, die Mineralien zu lösen vermögen und damit das Gefüge des Gesteins zerstören. SO2 + 2 H2O --> H3O+ + HSO3- 4. Oxidationsverwitterung: beruht auf der oxidierenden Wirkung des Luftsauerstoffs unter Mitwirkung des Wassers; dabei werden Mineralien zersetzt. 4
FeCO3 + 6 H2O + O2 --> 4 FeOOH + 4 HCO3- + 4 H+ 4
FeS2 + 14 O2 + 4 H2O --> 4 FeSO4 + 4 H2SO4 5. Hydrolytische
Verwitterung: Durch Aufnahme von Wasser in das
Kristallgitter eines Minerals (Hydratation) können Ionen aus dem
Kristallgitter herausgelöst werden. Diese Form der chemischen
Verwitterung tritt bei Silikaten auf und wird deshalb auch
Silikatverwitterung genannt. 6. Chemisch-biologische Verwitterung: Saure Ausscheidungen von Bakterien, Pilzen, Algen, Flechten usw. lösen Mineralien und zerstören somit das Gefüge des Gesteins. |