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Physikalische Verwitterung

Im Wechselbad der Temperaturen

Was der chemischen Verwitterung das kohlensäurehaltige Wasser, das sind der physikalischen Verwitterung die Temperaturwechsel. So kommt es durch die Hitze der Sonneneinstrahlung sowie durch die Ausdehnung von Salzen oder Eis in Spalten zur mechanischen Zertrümmerung der Gesteine. Dabei werden im Gegensatz zur chemischen Verwitterung die Gesteine nicht in ihrer Zusammensetzung sondern lediglich in ihrer Größe verändert.

Hitze sprengt Gestein

Dolomiten © Harald Frater

In subtropischen Wüstengebieten wie der Atacama oder der Namib sind die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht besonders groß. Direkt am Stein gemessen sind Amplituden von bis zu 80° Celsius keine Seltenheit. Ein physikalisches Grundgesetz besagt jedoch, dass sich alle Materialien bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung wieder zusammenziehen. So vergrößert sich beispielsweise ein zwei Meter großer Stein bei entsprechender Einstrahlung zwischen 0,5 bis 2 Millimeter. Dies allein führt jedoch noch nicht zum plötzlichen Auseinanderbrechen.

Vielmehr reagieren Gesteine je nach Zusammensetzung unterschiedlich empfindlich auf Sonneneinstrahlung und Erhitzung. Ein Granit besteht beispielsweise aus weißen Quarzen, schwarzem Biotit und den bräunlichen Feldspäten. Da jede Färbung die Sonnenstrahlenunterschiedlich stark reflektiert, heizen sich die einzelnen Kristalle auch nicht alle gleichmäßig auf. Dies führt zu Spannungen innerhalb des Gesteinsverbundes und zur Schwächung der Nahtstellen der unterschiedlichen Mineralien. Im Laufe der Zeit platzen durch den täglichen rapiden Temperaturwechsel die Gesteine an Schwachstellen auseinander – sie beginnen zu verwittern.

Frost macht dick

Noch effektiver ist die Temperaturverwitterung, wenn Wasser und Eis mit ins Spiel kommen. Denn ähnlich einer Flasche Wasser, die in den Tiefkühler gelegt nach einiger Zeit platzt, haben selbst härteste Gesteine dem Druck von Eis nur wenig entgegen zu setzen. Wieder hat hierbei die Physik ihre Hände im Spiel: Wasser dehnt sich beim Gefrieren zu Eis um etwa zehn Volumenprozente aus. Eine vollständig wassergefüllte und dann vereisende Spalte unterliegt somit Drücken von bis zu 2.200 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Auf Dauer ist dies sogar dem harten Granit zuviel.

Der wichtigste Faktor für diese als Kernsprung bezeichnete Verwitterung sind große tägliche Temperaturschwankungen im Gestein. © Harald Frater

Doch trotz des passenden Namens Frostsprengung ist diese Art der Verwitterung nicht wie zu vermuten wäre typisch für dauerkalte Regionen wie die Antarktis. Vielmehr kommt es auf den wiederholten und möglichst täglichen Wechsel zwischen Plus- und Minustemperaturen an. Erst durch die ständige Wiederholung von Gefrieren und Auftauen wie beispielsweise im Hochgebirge wird das Gestein im wahrsten Sinne des Wortes mürbe gemacht.

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Gesalzene Sprengladung

Eine ähnlich explosive Wirkung können auch Salze entfalten: In Wasser gelöst dringen sie wie mit Hilfe eines Trojanischen Pferdes durch Risse und Spalten zunächst unbemerkt und folgenlos tief in das Gestein ein. Sobald das Wasser jedoch durch steigende Temperaturen verdunstet, fällt die Lösung aus und die Salze kristallisieren. Was sich zunächst undramatisch anhört, hat für das umgebende Gestein jedoch dramatische Auswirkungen. Denn Salzkristalle haben im festen Zustand ein größeres Volumen als in gelöster Form. Durch die langsam wachsenden Kristalle entsteht so im Laufe der Zeit ein Druck von mehreren hundert Kilogramm pro Quadratzentimeter und der Stein zerplatzt.

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Stand: 04.03.2005

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Erosion und Verwitterung
Landschaft im Wandel

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Schlag auf Schlag
Hungrige Flüsse

Uferlos
Wie das Meer an der Küste nagt

Es gibt für alles eine Lösung…
Chemische Verwitterung

Im Wechselbad der Temperaturen
Physikalische Verwitterung

Vom Winde verweht
Peeling der Steine

Wenn der Humus baden geht
Landwirtschaft am Boden

Gefahr am Hang
Von Erdrutschen und Schlammlawinen

Erosion beendet Klimaschock
Erdrutsche gegen Methan

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