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Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess

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Team Wissenswelt
Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse

Beschreibung Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess

Verwitterung

Was bedeutet Verwitterung? – Definition

Der Begriff der Verwitterung beschreibt einen Prozess, in dem festes Gestein durch physikalische, chemische oder biologische Prozesse in lockere Gesteinstrümmer und Mineralien zersetzt wird.
Verwitterung ist die Voraussetzung für Bodenbildung. Es wird zwischen drei Arten der Verwitterung unterschieden:

  • die physikalische Verwitterung
  • die chemische Verwitterung
  • die biologische Verwitterung

Wie unterscheiden sich die jeweiligen Verwitterungsarten voneinander?

Die physikalische Verwitterung
Bei der physikalischen Verwitterung, die auch oftmals mechanische Verwitterung genannt wird, wird das Gestein und die Minerale im Gesteinsinneren in Folge von Temperaturschwankungen oder Kristallisation gelockert und schließlich in immer kleinere Korngrößen zerlegt. Besonders wirksam ist die physikalische Verwitterung beim ständigen Wechsel der Temperaturen um den Gefrierpunkt (sog. Frostverwitterung). Auf der Abbildung lässt sich der Einfluss der Temperaturschwankungen auf Gesteinsfelsen erkennen. Durch in Spalten eingedrungenes Wasser, das gefriert, kommt es zur Frostsprengung, wodurch Felsen absplittert.

physikalische_Verwitterung.svg

Die physikalische Verwitterung spielt also eine besonders große Rolle bei der Verwitterung von Gestein. Sie stellt mit ihrer Oberflächenvergrößerung auch eine wichtige Voraussetzung für den Prozess der chemischen Verwitterung dar.

Die chemische Verwitterung
Bei der chemischen Verwitterung kommt es zu stofflichen Veränderungen der Gesteine, indem das Gestein zum Beispiel durch Wasser, Luft oder verschiedene Säuren angegriffen wird. Hinsichtlich der chemischen Verwitterung unterscheidet man beispielsweise die sogenannte Oxidationsverwitterung, bei der es unter Beteiligung von Sauerstoff zu einer Oxidation von Eisen, Mangan und Aluminium kommt, sowie der Lösungs- und Kohlensäureverwitterung. Hierbei kommt es zu der Entnahme von Salzen und Carbonaten aus den Gesteinen.

Die biologische Verwitterung
Bei der biologischen Verwitterung oder auch biogenen Verwitterung zerstören Mikroorganismen, Pflanzen oder Tiere das Gestein. Dies geschieht zum Beispiel durch den Wachstumsdruck von Pflanzenwurzeln (sog. Wurzelsprengung) oder durch grabende und wühlende Tiere. Als Folge entsteht eine Lockermasse, aus der sich Böden bilden.
Oft gehen die biologische und die chemische Verwitterung miteinander einher. Ein Beispiel hierfür sind Blaualgen, die Gestein wie einen Rasen überziehen. Die Blaualgen führen mit ihren Säuren zur Verwitterung des Gesteins und lösen so Nährstoffe aus diesem heraus. Die unter dem Mikroskop erkennbaren Risse dienen als Lebensräume für andere Organismen.

Verwitterungsart Auswirkungen
Physikalische Verwitterung Gestein wird (z.B. durch Temperaturschwankungen) so zerlegt, dass immer kleinere Korngrößen entstehen.
Chemische Verwitterung Gestein wird stofflich verändert. (z.B. durch die sog. Oxidationsverwitterung, die zu einer Rot- und Braunfärbung des Substrats führt)
Biologische Verwitterung Gestein wird durch Mikroorganismen, Pflanzen oder Tiere zersetzt und zu einer Lockermasse umgewandelt.

Welche Rolle spielt die Verwitterung bei der Bodenbildung?

Der Prozess der Verwitterung als Grundlage für die Bodenbildung wird vor allem in den Mittel- und Hochgebirgsregion deutlich. Das Gestein wird durch verschiedene Verwitterungsprozesse zu einem Boden transformiert, indem es langsam gelockert und in seine mineralischen Bestandteile zerlegt wird. Auf dem Boden können sich dann erste Pflanzen ansiedeln, indem sie die in der Erde enthaltenen Mineralien als Nährstoffquelle nutzen.

Wechselbeziehung zwischen Bios und Boden
Fällt Laub zu Boden, so wird dieses von Tieren gefressen und zerkleinert. Anschließend siedeln sich Pilze an und der Zersetzungsprozess des Laubs schreitet fort. Die Pflanzen werden bei ihrem Zersetzungsprozess zu Humus. Humus ist ein wichtiger Nährstoffträger im Boden und stellt dessen Luft- und Wärmehaushalt sicher. Der so gebildete Humus ist wieder für die Pflanzen nutzbar. Auf einer Humusschicht können dann höhere Pflanzen wie Farne, Sträucher und auch Bäume wachsen.
Dies ist die Entwicklung einer starken Wechselbeziehung der voranschreitenden Bodenbildung und dem intensiven Wachstum der Pflanzen. Der Prozess der Verwitterung setzt somit intensives Bodenwachstum in Gang und schließt mit der Humusbildung einen Kreislauf.

Transkript Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess

Vor allem in den Mittel- und Hochgebirgsregionen ist der Prozess der Verwitterung als Voraussetzung für die Bodenbildung augenscheinlich. Verwitterung beschreibt die Zerlegung und Zersetzung des festen Gesteins durch physikalische, chemische und biologische Vorgänge in lockere Gesteinstrümmer und Minerale. Auf drei Arten wirken Luft, Wasser und Pflanzen bei der Verwitterung mit. Bei der mechanischen oder physikalischen Verwitterung wird der Gesteinsverband infolge von Temperaturschwankungen zerrüttet. Schalige Trümmer sind die Folge, bis schließlich feinkörnigere Verwitterungsprodukte entstehen. Zwängen sich Pflanzenwurzeln in Spalten und Risse, so lockern sie durch ihr Dickenwachstum das Gestein. Bei der chemisch-biologischen Verwitterung bestimmen Organismen und Tiere den Bodenbildungsprozess. Hier überzieht ein Rasen von Blaualgen das Gestein. Diese Einzeller verwittern das Gestein durch Säuren, die sie erzeugen, um Nährstoffe aus dem Material herauszulösen. Unter dem Mikroskop betrachtet ist gut zu erkennen, wie zerklüftet das Gestein durch die Tätigkeit der Blaualgen inzwischen aussieht. Die Risse und Vertiefungen vergrößern die Oberfläche und schaffen weitere Lebensräume für eine reichliche Gesteins Besiedlung. Den Blaualgen folgen Flechten, Moose und zahlreiche Kleinstlebewesen als Bewohner. Durch ihre Ausscheidungen fördern diese Gesteins Bewohner die weitere Zersetzung und tragen zur Bodenbildung bei. Ganz deutlich wird dieser Zusammenhang zwischen BIOS und Boden beispielsweise auch dann, wenn erste Pflanzenteile absterben und zur Ausprägung einer Humusschicht führen. Dadurch können sich nun höhere Pflanzen wie Farne und Sträucher ansiedeln und schließlich wachsen Bäume. Die Geschichte einer engen Wechselbeziehung zwischen der voranschreitenden Bodenbildung und intensivem Pflanzenwachstum beginnt. Das zu Boden fallende Laub wird von Tieren gefressen und zerkleinert. Pilzfäden durchziehen das zerkleinerte Gewebe und zersetzen es. Übrig bleiben nur die Blattrippen, die schließlich durch die Bodenlebewesen weiterverarbeitet werden. Ein biologisches Recyclingsystem bildet Humus und die Nährstoffe werden wieder für die Pflanzen nutzbar. Nun schließt sich der Nährstoffkreislauf und der gesamte Prozess der Humusbildung beginnt erneut.

Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Die Verwitterung als wichtiger Bodenbildungsprozess kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe den Begriff Verwitterung genauer.

    Tipps

    Die Verwitterung beschreibt die Zersetzung und Zerlegung von festem Gestein.

    Diese Veränderung kann durch physikalische, chemische oder biologische Vorgänge stattfinden.

    Die Zersetzung und/oder Zerlegung wird durch verschiedene exogene Kräfte ausgelöst (z. B. Sonne, Niederschlag, Organismen).

    Lösung

    Die Verwitterung ist der grundlegende Prozess zur Bodenbildung. Dabei wirken exogene Kräfte, wie beispielsweise Sonne, Niederschlag, Wind, Frost und Organismen auf das Gestein ein und verändern es.

    Grundsätzlich kann die Verwitterung entweder auf physikalische, chemische und/oder biologische Weise erfolgen. Je nach Art der Verwitterung bleiben dabei die gesteinsbildenden Mineralien erhalten oder werden umgewandelt.

  • Zeige die drei Arten der Verwitterung auf.

    Tipps

    Verwitterungsprozesse sind stets natürliche Prozesse, die von natürlichen Kräften ausgelöst werden.

    Diese natürlichen Kräfte können biologischer, physikalischer und/oder chemischer Natur sein.

    Lösung

    Drei Arten der Verwitterung sind in den natürlichen Bodenbildungs-Kreislauf eingebunden:

    1. Bei der physikalischen Verwitterung wird das Gestein durch exogene Kräfte zerkleinert.
    2. Bei der chemischen Verwitterung wandeln Wasser, Luft und andere Verbindungen das Gestein um.
    3. Bei der biologischen Verwitterung (auch biotisch oder biogen genannt) haben lebende Organismen einen Einfluss auf das Gestein.

    Oft sind die Verwitterungsarten nicht klar abgrenzbar. Beispielsweise spielen bei der chemischen Verwitterung oft auch physikalische und/oder biologische Prozesse eine Rolle.

  • Erkläre die physikalische Verwitterung.

    Tipps

    Beim physikalischen Verwitterungsprozess wird das Gestein in kleinere Teile zerlegt.

    Recht verschiedene Prozesse werden unter dem Begriff physikalische Verwitterungsart zusammengefasst. Beispielsweise die Temperaturverwitterung, bei der hohe Temperaturschwankungen Auslöser sind.

    Bei der Frost- und der Salzsprengung geht es um die Ausdehnung von Stoffen (gefrorenes Wasser, Salzkristalle), durch deren Kraft Gesteinsteile abgespalten werden.

    Lösung

    Die physikalische Verwitterung lässt sich nochmals in zum Teil sehr unterschiedliche Prozesse untergliedern:

    • Die mechanische Zerkleinerung kann beispielsweise durch Kräfte, die bei hohen Temperaturschwankungen freigesetzt werden, ausgelöst werden.
    • Bei der Frost- und der Salzsprengung geht es ebenfalls um mechanische Kräfte, die durch die Ausdehnung von Stoffen (gefrorenes Wasser und Salzkristalle) freigesetzt werden.
    • Die Druckentlastungsverwitterung funktioniert eher umgekehrt, hier wird Druck durch die Abtragung oberer Gesteinsschichten reduziert, wodurch es aber ebenfalls zu neuen Spannungen und Rissen kommen kann.

  • Erschließe die Prozesse der chemischen Verwitterung.

    Tipps

    Zentraler Bestandteil der chemischen Verwitterung ist bei allen Abläufen das Wasser. Die Prozesse sind jedoch sehr unterschiedlich.

    Typisch bei der Hydrolyse ist, dass die Wasserionen die Mineralien des Gesteins angreifen und so die Beschaffenheit verändern. Es kommt zu einem Zerfall des Gesteins.

    Bei der Lösungsverwitterung werden Salze (und auch Kalk) aus dem Gestein ausgewaschen. Dadurch verändert sich die Gesteinsstruktur.

    Lösung

    Das zentrale Element der chemischen Verwitterung ist das Wasser. Deshalb findet diese Form der Verwitterung nur in Gebieten mit Gewässern und/oder hohem Niederschlag statt.

    Dabei reagiert das Wasser auf sehr unterschiedliche Weise mit dem Gestein.

    • Bei der Hydrolyse reagieren die Ionen des Wassers mit den Mineralien des Gesteins. Eine Lockerung der Kristallgitter führt zu Gesteinsveränderungen.
    • Bei der Lösungsverwitterung werden Salze und beispielsweise auch Kalk aus den Gesteinen ausgewaschen. Dies verändert die Gesteinsstruktur ebenfalls.

    Übrigens wird die chemische Verwitterung durch eine davor stattgefundene physikalische Verwitterung begünstigt.

  • Definiere den Begriff BIOS.

    Tipps

    Die Vorsilbe „bio“ steht für Leben.

    Pflanzen und Tiere sind Lebewesen.

    Lösung

    BIOS, also die Tier- und Pflanzenwelt, hat einen großen Einfluss auf die Verwitterung und so auch auf den gesamten Bodenbildungsprozess.

    Stelle dir folgenden Kreislauf vor: Pflanzenreste sterben ab und Humus entsteht. Dadurch können sich größere Pflanzen wie Farne und Sträucher ansiedeln und noch mehr Pflanzenreste verwandeln sich zu einer Humusschicht. Jetzt haben auch Bäume ausreichend Nährstoffe zum Wachstum.

    Die Geschichte einer engen Wechselbeziehung zwischen der voranschreitenden Bodenbildung und intensivem Pflanzenwachstum beginnt.

  • Stelle die biologische Verwitterungsform der physikalischen und der chemischen gegenüber.

    Tipps

    Ein konkretes Beispiel der Mischform der physikalisch-biologischen Verwitterung ist die Sprengung von Gestein durch Wurzeln.

    Bei chemisch-biologischen Verwitterungsprozessen sind meist Kleinstlebewesen beteiligt.

    Lösung

    Die biologische Verwitterungsform steht meist mit den chemischen und/oder mit den physikalischen Verwitterungsprozessen in Verbindung. In unseren Städten kann man die hier genannten Beispiele direkt beobachten:

    • Wurzelsprengung: Wenn Baumwurzeln die Gehwegoberfläche sprengen.
    • Flechten-/Mooszersetzung: Steinplatten werden oft von Flechten und Moosen besiedelt und verwittern mit der Zeit.

    $\rightarrow$ In der Natur wirken diese Lebewesen aufgrund der Vielzahl der Prozesse oft sehr kraftvoll.

    $\rightarrow$ All diese hier vorgestellten Verwitterungsprozesse tragen mit ihren Aktivitäten zur Bodenbildung bei.

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