Verwitterung: Arten, Abläufe und Beispiele

Bei der Verwitterung wird Gestein an seinem Ort zerkleinert, gelöst oder stofflich verändert. Gestein besteht aus Mineralen. Das sind natürliche feste Stoffe, aus denen ein Gestein aufgebaut ist. Verwitterung unterscheidet sich von Erosion: Bei Erosion wird Material abgetragen und forttransportiert, etwa durch fließendes Wasser.

Physikalische Verwitterung bedeutet: Kräfte zerkleinern Gestein oder lockern seinen Zusammenhalt. Die Minerale bleiben bei diesem Vorgang stofflich unverändert. Zum Beispiel kann Eis einen Gesteinsriss erweitern. Auch Wechsel zwischen Wärme und Kälte können Risse verursachen.

Bei der chemischen Verwitterung werden Bestandteile des Gesteins in andere Stoffe umgewandelt oder in Wasser gelöst. Lösen bedeutet hier: Bestandteile verteilen sich im Wasser und liegen darin nicht mehr als feste Gesteinskörnchen vor. Lösen ist also etwas anderes als das Zerbrechen in kleine feste Stücke.

Biologische Verwitterung bezeichnet die Beteiligung von Lebewesen. Wachsende Wurzeln können durch Druck kleine Gesteinskörner lockern. Das wirkt physikalisch. Wurzeln können außerdem Säuren abgeben. Säuren sind Stoffe, die bestimmte Minerale chemisch angreifen können. Wandelt eine solche Säure ein Mineral um, ist dieser Vorgang biologisch und chemisch.

Die drei Bezeichnungen schließen sich deshalb nicht gegenseitig aus. Biologisch beschreibt, wer beteiligt ist; physikalisch und chemisch beschreiben die Wirkungsweise. Auch andere Vorgänge können mehrere Seiten haben: Rostbildung verändert Stoffe chemisch und kann anschließend Gestein durch Druck aufbrechen.

In dieser Lektion zählen wir Lösungsverwitterung zur chemischen Verwitterung. Beim bloßen Lösen entstehen jedoch keine neuen Stoffe. Deshalb wird sie manchmal auch physikalisch eingeordnet. Bei Rostverwitterung nennen wir sowohl die chemische Ursache als auch die mögliche physikalische Sprengwirkung.

Frostverwitterung beginnt damit, dass Wasser in einen Gesteinsriss eindringt. Wird es kalt genug, gefriert das Wasser. Beim Gefrieren braucht es mehr Raum. Dadurch kann Druck auf die Risswände entstehen und den Riss erweitern. Nach dem Auftauen kann erneut Wasser eindringen. Wiederholtes Gefrieren kann das Gestein weiter lockern. Nicht jedes Gefrieren sprengt sofort ein Stück ab.

Bei der Salzverwitterung gelangt Wasser mit gelösten Salzen in Risse und Poren. Poren sind kleine Hohlräume im Gestein. Verdunstet Wasser, geht es als unsichtbarer Wasserdampf in die Luft über. Das Salz verdunstet dabei nicht mit. Es können Salzkristalle entstehen: feste Salzkörnchen mit geordnetem Aufbau. Wachsende Kristalle können Druck auf die Wände enger Hohlräume ausüben. Wird wiederholt salzhaltiges Wasser nachgeliefert, können sich Körner aus dem Gestein lösen. Das geschieht besonders häufig unter trockenen Bedingungen, aber auch an Meeresküsten, wo Meerwasser in Gestein eindringt und verdunstet.

Bei der Temperaturverwitterung wechseln Erwärmung und Abkühlung. Gesteinsbestandteile dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Verschiedene Teile eines Steins können sich unterschiedlich stark erwärmen oder ausdehnen. Dadurch entstehen Spannungen, also Kräfte innerhalb des Gesteins. Häufige Temperaturwechsel können Risse entstehen lassen oder erweitern. Dafür muss kein Wasser gefrieren.

Bei der Lösungsverwitterung trifft Wasser auf ein darin lösliches Mineral, zum Beispiel Gips. Gips ist ein Mineral, das sich teilweise in Wasser lösen kann. Bestandteile gehen vom festen Gips in das Wasser über. Sie liegen dort gelöst vor, nicht als feste Gipskörnchen. Bewegtes Wasser kann sie forttragen. Frisches Wasser kann weitere Bestandteile aufnehmen. Nicht jedes Mineral löst sich gleich gut in reinem Wasser.

Bei der Rostverwitterung reagieren bestimmte eisenhaltige Minerale mit Wasser und Sauerstoff. Sauerstoff ist ein Bestandteil der Luft. Dabei entstehen neue, rostähnliche Stoffe. Dieser Schritt ist eine chemische Umwandlung. Die neuen Stoffe können mehr Raum beanspruchen als die ursprünglichen Minerale. Dadurch kann Druck entstehen, der das Gestein aufbricht. Die mögliche Sprengwirkung ist physikalisch. Dieser Ablauf ist nicht bei jedem eisenhaltigen Mineral gleich möglich; passende Minerale sowie Wasser und Sauerstoff müssen vorhanden sein.

Verwitterungsarten können einander unterstützen. Zerbricht ein Stein in viele kleine, getrennte Stücke, haben diese zusammen mehr Oberfläche als der ursprüngliche große Stein. Bei gleicher Gesteinsmenge kann Wasser dadurch mehr Stellen erreichen. Chemische Verwitterung findet an erreichbaren Oberflächen statt. Die Zerkleinerung kann sie deshalb begünstigen. Allein durch den Bruch entstehen jedoch keine neuen Minerale.

Auch Lebewesen können auf mehrere Arten mitwirken. In einem gedachten Beispiel wachsen feine Wurzeln in schmale Risse eines Felsstücks. Beim Dickenwachstum üben sie Druck aus und können kleine Körner lockern. Zugleich können abgegebene Säuren bestimmte Minerale angreifen. Die biologische Verwitterung wirkt hier physikalisch und chemisch. Erweiterte Risse können wiederum Wasser aufnehmen.

Ein Baum in einer breiten Felsspalte beweist allerdings nicht, dass er diese Spalte aufgesprengt hat. Er kann auch einen bereits vorhandenen Raum ausfüllen. Sicher ist: Wachsende feine Wurzeln können in engen Rissen Druck ausüben und kleine Gesteinskörner lockern. Beobachte deshalb genau, was ein Beispiel tatsächlich zeigt.

Für die Bodenbildung liefert Verwitterung mineralisches Ausgangsmaterial. Mineralisch bedeutet hier: Es stammt aus den Mineralen des Gesteins. Dazu gehören kleine Gesteinsstücke und neu gebildete Minerale. Bei der Verwitterung können außerdem Nährstoffe frei werden. Das sind Stoffe, die Pflanzen zum Wachsen brauchen.

Gesteinsbruchstücke allein sind noch kein vollständig entwickelter Boden. Zu Boden gehören auch organische Bestandteile: Sie stammen aus Lebewesen, etwa aus zersetzten Blättern. Zersetzen bedeutet, dass abgestorbene Reste durch Lebewesen abgebaut und verändert werden. Boden enthält außerdem Wasser und Luft in seinen Hohlräumen. Verwitterung liefert somit einen wichtigen Teil des Materials; zur Bodenbildung gehören weitere Vorgänge.