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Allgemeine Geologie: Exogene Prozesse
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3. Exogene Prozesse
3.1 Verwitterung, Erosion und Sedimentation
Die Vorgänge, die Gesteine im Laufe der Zeit zerstören, bezeichnet man als Verwitterung. Drei Arten der
Verwitterung sind zu unterschieden:
Bei der biologischen Verwitterung werden von Kleinstlebewesen u.a. Löcher in das Gestein „gefressen”. An diesen
Stellen können Wind und Wasser leichter angreifen als an einer glatten Oberfläche. Diese Art der Verwitterung
spielt aber bei der Zersetzung von Gesteinen nur eine untergeordnete Rolle und kann daher an dieser Stelle
vernachlässigt werden
Bei der chemischen Verwitterung reagieren die im Gestein vorhandenen Mineralien mit Luft und Wasser. Einige
Mineralien verbinden sich mit Wasser und Bestandteilen der Luft, andere gehen in Lösung.
Die physikalische Verwitterung spielt die größte Rolle bei der Zerstörung von Gesteinen. Sie beruht auf
mechanischen Prozessen, die das Gestein auflockern und zertrümmern. Dies geschieht beispielsweise durch
Kälte, die das Gestein „sprengt”.
Als Erosion bezeichnet man alle Vorgänge, durch die verwittertes und aufgelockertes Gestein abtransportiert
werden, wie beispielsweise durch Wasser, Wind oder Gletscher. Das transportierte Material kann während seines
Transports in seiner Größe und Form weiter verändert werden und unterliegt somit einer weiteren Verwitterung. Ist
der Transport beendet - dies ist in der Regel auf dem Ozeanboden der Fall - schichtet sich das verwitterte Gestein
auf und bildet so die Sedimentschichten, die sich verfestigen und somit neue Gesteinsarten bilden.
Auf die Erosion und den Transport von Sedimenten durch Flüsse und Gletscher wird in diesem Kapitel näher
eingegangen.
3.2 Massenbewegungen
Bei Massenbewegung denkt man oft als erstes an einen Erdrutsch. Geologisch gesehen sind Massenbewegungen
aber Gleit-, Fluss-, oder Sturzbewegungen großer Mengen von Material hangabwärts. Sie können so langsam
ablaufen, dass man sie nicht direkt wahrnimmt, oder aber in einer sehr hohen Geschwindigkeit erfolgen. Es gibt
drei wichtige Faktoren, die für die Anfälligkeit des Materials zur Bewegung hangabwärts eine Rolle spielen. Zum
einen die Neigung und Instabilität des Hanges, zum anderen die Art des Ausgangsmaterials und schließlich der
Wassergehalt des Materials.
Vorherrschendes Art der
Material
Bewegung
Geschwindigkeit
langsam < 1cm/Jahr
Festgestein
schnell >5 km/h
Bergrutsch
Bergrutsch,
Bergsturz
Steinlawine
gleitend oder
stürzend
Lockermaterial
mäßig >1 km/h
fließend
fließend
Bodenkriechen,
Schlammstrom,
Schlammstrom,
Bodenfließen, Schuttstrom Bodenfließen, Schuttstrom Schuttlawine
gleitend oder
stürzend
Rutschung
Schuttrutschung,
Rutschung
Schuttrutschung
Tabelle: Massenbewegungen
3.3 Der Kreislauf des Wassers
Die Erforschung des Wasserhaushalts der Erde wird in der Wissenschaft als Hydrologie bezeichnet. Sie ist ein
wichtiges Teilgebiet der Geologie, da Wasser wesentlich zur Verwitterung und Erosion beiträgt sowie als
Transportmittel dient und nicht zuletzt eine der wichtigsten Voraussetzungen für das Leben auf der Erde darstellt.
Der Wasservorrat der Erde beträgt etwa 1 ,36 Milliarden Kubikkilometer. Diese Masse ist ständig in allen
denkbaren Aggregatzuständen in Bewegung. Die folgende Tabelle zeigt, wie sich das Wasser auf die
Wasserspeicher der Erde verteilt.
Meere
1,35 x 109 cbkm
Gletscher und polare Eismassen 2,9 x 107 cbkm
(97,3 %)
(2,1 %)
Grundwasserleiter
8,4 x 106 cbkm
(0,6 %)
Seen und Flüsse
2 x 105 cbkm
(0,01 %)
Atmosphäre
1,3 x 104 cbkm
(0,001 %)
Biosphäre
2
6 x 10 cbkm
(4 x 10-5 %)
Tabelle: Wasserkreislauf
Ein Teil des Niederschlags, gelangt durch Versickerung (Infiltration) in den Untergrund und bewegt sich als
Grundwasser unter der Erde. Ein anderer Teil wird von den Wurzeln der Pflanzen aufgenommen und geht über die
Blätter als Wasserdampf in die Atmosphäre über (Transpiration). Ein anderer Teil des Niederschlags verdunstet
(Evaporation). Die gesamte Menge des Niederschlags, die wieder an die Atmosphäre zurückgegeben wird,
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bezeichnet man als Evatranspiration. Der restliche Teil des Niederschlags fließt an der Erdoberfläche ab und
bewegt sich in Richtung Meer. Wie die folgende Tabelle zeigt, finden die meisten Niederschläge über dem Meer
statt.
Festland: Niederschlag 111
Abfluss -40
Verdunstung -71
Meer:
Zufluss 40
Verdunstung -425
Niederschlag 385
Tabelle: Niederschläge. Alle Angaben in 1.000 km³ p.a.
3.4 Flüsse
Jede Flüssigkeit fließt, abhängig von ihrer Geschwindigkeit, ihrer Viskosität und ihrer Fließgeometrie, entweder
laminar oder turbulent. Im Falle eines laminaren Fließens bewegen sich die Stromlinien parallel, also ohne sich zu
durchmischen. Ein Beispiel für laminares Fließen ist die langsame Bewegung von dickflüssigem Öl oder Honig. Ein
turbulentes Fließen kommt aufgrund von sich gegenseitig beeinflussenden Stromlinien zustande und verstärkt sich
bei zunehmender Geschwindigkeit und höherer Temperatur. Dabei bilden sich Wirbel und Strudel. Eine Turbulenze
ist also ein Maß für die Unregelmäßigkeit von Stromlinien.
Das turbulente Fließen ist kennzeichnend für die meisten Flüsse und Ursache für den Sedimenttransport. Der Art
des Transports von Sedimenten ist von der Sinkgeschwindigkeit des mitgeführten Materials abhängig und erfolgt
grob gegliedert auf drei unterschiedliche Weisen:
Suspension: Aufgrund der Strömung werden kleine Teilchen schwebend durch das Wasser transportiert. Zu dem
schwebenden Material zählen in der Regel kleine Körner der Silt- und Tonfraktion.
Saltation: Durch ständiges Aufwirbeln werden größere Körner sprungweise durch das Flussbett transportiert. Dies
ist beispielsweise bei Sand der Fall.
Bodenfracht: Durch Rollen und Schieben an der Sohle des Flussbettes kann auch Geröll transportiert werden.
Grundsätzlich gilt: Je stärker eine Strömung ist, desto größer kann die Suspension-, Saltations- und Bodenfracht
sein. Bei dieser Art des Transports von Sedimenten wird eine enorme Erosionsarbeit geleistet. Insbesondere das
Kollidieren von Frachtmaterial mit Hindernissen und das damit verbundene Abschaben trägt zur Erosion bei
(Abrasion).
Ein Maß für die Stärke eines Flusses ist der Abfluss. Er bezeichnet die Wassermenge, die in einer bestimmten
Zeiteinheit durch den Flussquerschnitt strömt. Der Abfluss wird gewöhnlich in Kubikmetern pro Sekunde
angegeben. (Abfluss = Querschnitt x Geschwindigkeit)
Die folgende Tabelle zeigt die Wasserführung einiger großer Flüsse an ihren jeweiligen Mündungen, dem
Flussdelta:
Flussname, Kontinent
Amazonas, Südamerika
Wasserführung
(m³/s)
175.000
Rio de la Plata, Südamerika
79.300
Kongo, Afrika
39.600
Jangtsekiang, Asien
21.800
Brahmaputra, Asien
19.800
Ganges, Asien
18.700
Mississippi, Nordamerika
17.500
Wolga, Europa
8.060
Rhein, Europa
2.330
Tabelle: Wasserführung großer Flüsse in ihrem Delta
3.5 Gletscher
Auch Gletscher tragen in großem Maße zur Erosion bei. Durch ihre
gewaltige Masse und ihre fließende Bewegung kann ein Gletscher
im Gegensatz zu dem Wind und den Flüssen auch größere
Geröllmassen problemlos transportieren. Der Grund für die fließende
Bewegung liegt in erster Linie darin, dass der Druck im unteren
Bereich des Gletschers so hoch ist, dass das Wasser trotz der Kälte
nicht in den festen Aggregatzustand kommt. Das darüber liegende
Eis gleitet also auf einem Wasserfilm. Das gleiche Prinzip gilt
übrigens auch beim Eislaufen. Das Körpergewicht übt einen so
großen Druck auf das Eis unter den schmalen Kufen aus, dass
dieses flüssig wird und wir problemlos auf diesem Wasserfilm über
das Eis gleiten können.
Fjordlandschaft in Süd-Grönland
Grundsätzlich lassen sich Gletscher in zwei Typen einteilen: Talgletscher fließen Berghänge hinab und
transportieren enorme Mengen Schutt talwärts. Inlandeis hingegen ist eine dicke Eisdecke, die sich nicht oder nur
sehr langsam bewegt und ganze Gebirge unter sich begräbt. Lediglich einzelne sehr hohe Bergspitzen ragen aus
dem Eis hervor. Beispiele für Inlandeis sind die gigantischen Eiskappen der Antarktis und Grönlands. Aber auch in
Island finden wir mächtige Plateaugletscher, die weite Teile der Insel unter sich begraben.
In der Geologie kann ein Stück Eis auch als eine Art Gestein betrachtet werden, das aus kristallinen Körnern des
Minerals Eis besteht. Wie wir gleich noch sehen werden, entsteht Gletschereis durch die Überdeckung von Firn mit
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Schnee. Der Schnee stellt also eine Art Sediment dar, während das Eis durch Schichtung zu einem
„Sedimentgestein” heranwächst.
Ein Gletscher entsteht, wenn der im Winter gefallene Schnee im Sommer nicht vollständig schmilzt und sich im
nächsten Winter neue Niederschläge darüber setzen. Bei Schneeflocken, die am Boden altern, kommt es zum
Abbau der Kristalle und gleichkörnige Aggregate werden gebildet. Während dieser Umwandlung geht der Schnee
in eine dichtere und körnige Form über. Da stets neuer Schnee über den älteren fällt, nimmt dieser eine immer
dichtere Form an, die als Altschnee bzw. Firn bezeichnet wird. Durch die weitere Überdeckung mit Neuschnee, die
fortlaufende Alterung und die Rekristallisierung der Körner, verkittet die Masse und wird schließlich zu festem
Gletschereis.
Die jährlich hinzukommende Schneemenge wird als Akkumulation bezeichnet. Hierbei werden jegliche Überreste
aus der Vergangenheit im Gletscher eingeschlossen - sei es die Asche eines Vulkanausbruchs oder auch
Lebewesen, die in ihrer ursprünglichen Gestalt im Eis erhalten bleiben. Aber auch Luftblasen sind im Gletschereis
vorhanden. Durch eine chemische Analyse konnte man beispielsweise erfahren, dass während der letzten
größeren Vereisung der Pole der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre niedriger war als heute. Gletscher gelten
daher als eine Art Klimaarchiv der Erde.
Seine Eismassen verliert ein Gletscher durch Schmelzen und Kalben. In sehr kalten Regionen verliert er aber auch
Eis durch Sublimation, d.h. durch den direkten Übergang vom festen in gasförmigen Aggregatzustand - eine
besondere Art der Verdunstung. Die jährliche Abnahme von Schnee und Eis wird Ablation genannt. Das heißt also,
solange über einen langen Zeitraum Akkumulation größer oder gleich der Ablation ist, ist die Existenz des
Gletschers gesichert.
3.6 Das Meer: Wellen und Gezeiten
Auch das Meer spielt in der Geologie eine zentrale Rolle. Denn
hier sammeln sich enorme Mengen Sedimentmaterial, das durch
submarine Rutschungen und Strömungen bis tief in den Ozean
befördert wird und gigantische chemische und biogene
Ablagerungen bildet. Zudem fördern submarine heiße Quellen
Lösungen mit einem hohen Gehalt chemischer Substanzen.
Trotzdem weist Meerwasser in seiner Zusammensetzung
durchschnittlich überall einen gleichen Salzgehalt auf.
Seine Ränder formt das Meer selbst - in Wechselwirkung mit der
Tektonik - durch Wellen und Gezeitenschwankungen. Wellen
entstehen durch die tangentiale Schubkraft des Windes. Jedoch
Brandung and der Südküste Islands
transportieren Wellen kein Wasser, sondern sie befördern nur
Energie. Strandurlauber kennen das: Ein in den Wellen tanzendes Treibholz bewegt sich erst mit der Welle hoch
und ein wenig vorwärts. Ist die Welle durchgelaufen, bewegt es sich wieder nach unten und zurück. Dieser
Transport von Energie ist ähnlich einer „La Ola”-Welle im Fußballstadion, bei der jeder Zuschauer an seinem Platz
bleibt. Nicht der Zuschauer wandert, sondern das Aufstehen. Der sich setzende Zuschauer bewirkt, dass sich sein
Nachbar erhebt. Bei Oberflächenwellen im Meer stößt ein Wassermolekül an das nächste und bewirkt den
Transport einer ursprünglichen Kraft, die die Molekühle in Bewegung gesetzt hat, wie beispielsweise der oben
erwähnten Schubkraft des Windes. In den Brandungszonen werden die Wellen gebrochen. Dies führt zu
Küstenlängsströmungen und Küstenversetzungen, d.h. Sand wird entlang der Küste verfrachtet, wodurch
Sandstrände entstehen können.
Eine weitere Energie, die Wellen entstehen lässt sind Hangrutschungen im Küstenbereich oder Seebeben am
Grund des Ozeans. Nach einem dieser Krafteinwirkungen auf das Wasser breiten sich ringförmig Wellen mit der
Geschwindigkeit eines Flugzeugs aus. Besatzungen von Schiffen auf hoher See fallen diese Wellen in der Regel
nicht auf, denn die Wellenlänge - also die Strecke von einem Kamm zum nächsten - kann einige Hundert bis
Tausend Kilometer lang sein. Die mit der Welle verbundene Bewegung zieht sich über viele Minuten hin und bleibt
unbemerkt. Erst in Küstennähe wird die Welle gestaucht und die Bewegungsenergie wandelt bewirkt eine sich
auftürmenden Wasserwand. Diese Riesenwellen werden Tsnunami (jap.: "große Hafenwelle") genannt.
Küstenverläufe werden auch durch Gezeitenschwankungen verändert. Die Anziehungskraft des Mondes bewirkt
zwei gewaltige Flutberge, unter denen sich die Erde in 24 Stunden einmal hinwegdreht. Die Wassermassen
verteilen sich je nach Form von Küste und Meeresboden ganz unterschiedlich. In einigen Gegenden, wie
beispielsweise an der französischen Atlantikküste, steigen die Gezeitenwellen nach dem Niedrigwasser bis zu 14
Meter hoch, während sie in der Ostsee kaum zu messen sind. Die Gezeitenschwankungen sind Ursache der
Sedimentation auf den Wattflächen.
Die Ränder der Kontinente bestehen aus dem flachen Kontinentalschelf, dem meist etwas steiler abfallenden
Kontinentalhang und dem, aus Sedimenten bestehenden, flachen Kontinentalfuß. Letzterer erstreckt sich bis in die
Tiefseeebenen weit draußen im Ozean. Ihre tiefste Stelle haben die Meere in den Tiefseerinnen, die an
Subduktionszonen liegen. Sie können bis zu 15 Kilometer tief sein.
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