Vorlesung Allgemeine Geologie

Prof. Eckart WallbrecherSS 2005

Mo – Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Teil 12

Exogene DynamikExogene Dynamik

VerwitterungVerwitterung

Kreislauf der Gesteine

Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Verwitterung und Transport

Erosion Transport SedimentationAus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

chemische und physikalische Verwitterung

VerwitterungVerwitterung

chemischchemisch

LösungLösung Rückstand(Boden)

Rückstand(Boden)

KorntrennungKornzerkleinerung

KorntrennungKornzerkleinerung

physikalischphysikalisch

chemische Verwitterungmit Rückstand

FeldspatKAlSi3O8

FeldspatKAlSi3O8

Lösung(K2O)Lösung(K2O)

RückstandTon (Al-, Si-)RückstandTon (Al-, Si-)

ohne Rückstand

CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3-CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3-

KalzitKalzit

Karbonat-Fällung

Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O + CO2Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O + CO2

Wenn CO2 entweicht, wird Kalzit gefällt.

Wenn CO2 entweicht, wird Kalzit gefällt.

CO2 kann von Pflanzen aufgenommen werdenoder bei hohen Temperaturen in die Atmo-

sphäre entweichen.

CO2 kann von Pflanzen aufgenommen werdenoder bei hohen Temperaturen in die Atmo-

sphäre entweichen.

Karbonat-Fällung

Die Band-i-Amir-Seen in Afghanistan

Sinter-Terrassen in Pamukale (Türkei)

Chemische VerwitterungDissoziierung im Meerwasser:

Pyroxen (MgSiO3)Pyroxen (MgSiO3) Mg2+ + SiO32-Mg2+ + SiO32-

Hydratation:

4KAlSi3O8 + 4H2O4KAlSi3O8 + 4H2OAl4(OH)8Si4O10+ 2K2O + 8SiO2

Al4(OH)8Si4O10+ 2K2O + 8SiO2

Oxidationsverwitterung:

4FeSiO3 + O2 + H2O4FeSiO3 + O2 + H2O 4FeO(OH)+ 4SiO2

4FeO(OH)+ 4SiO2

Rauchgas-Verwitterung

(saurer Regen)(saurer Regen)

CO2, SO2, SO32-, SO4

2-, NOxCO2, SO2, SO32-, SO4

2-, NOx

Geschwindigkeit der VerwitterungKalzitKalzit

OlivinOlivinAnorthitAnorthit

PyroxenPyroxenAlbitAlbit

BiotitBiotitOrthoklasOrthoklas

MuskowitMuskowitTonTon

QuarzQuarzAl-OxideAl-Oxide

Fe-OxideFe-Oxide

Löslichkeit

chemisch-biologische Verwitterung

HuminsäurenHuminsäuren

Einbau von Kationen aus dem Gestein in Pflanzen

Einbau von Kationen aus dem Gestein in Pflanzen

Physikalische Verwitterung

Zersetzung eines GranitsZersetzung eines Granits

unverwitterterGranit

unverwitterterGranit

Rißbildungan Korngrenzen

Rißbildungan Korngrenzen

Lockerungdes Kornverbandes

Lockerungdes Kornverbandes

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

TemperaturverwitterungTag- Nachtunterschiede in ariden GebietenTag- Nachtunterschiede in ariden Gebieten

Kernsprung in einem GranitblockKernsprung in einem Granitblock

Frostverwitterung

Wasser hat die max. Dichte bei4° C. Eisbildung im Porenraumzerstört den Gesteinsverband.

Wasser hat die max. Dichte bei4° C. Eisbildung im Porenraumzerstört den Gesteinsverband.

Salzverwitterung

Im ariden Klima werden Salze aus dem Gestein gelöst. Bei Verdunstung kristalli-

sieren diese im Porenraum aus und sprengenden Gesteinsverband.

Im ariden Klima werden Salze aus dem Gestein gelöst. Bei Verdunstung kristalli-

sieren diese im Porenraum aus und sprengenden Gesteinsverband.

Salzverwitterung

Exfoliation an Graniten der östlichenWüste (Ägypten)

Verwitterung erfolgtschalenförmig

Verwitterung erfolgtschalenförmig

Dolerit-Verwitterung

Zwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-PillowsZwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-Pillows

Physikalisch-biologische Verwitterung

Turgordruck der Pflanzenwurzeln> 10 kg/cm2

Turgordruck der Pflanzenwurzeln> 10 kg/cm2

Abhängigkeit vom Klima

KlimafaktorenKlimafaktoren

NiederschlagNiederschlag TemperaturTemperatur

humid - aridhumid - arid tropisch - polartropisch - polar

Verwitterung und Bodenbildung

polar Temperatur kein gemäßigt-

humidFrost-

chemisch

Klima Verwitterung Boden

siallitisch

warm-arid

Temperatur,Salz kein

warm-humid chemisch allitisch

siallitisch: Rückstand aus Si- Al- Mineralen (z.B. Kaolin)siallitisch: Rückstand aus Si- Al- Mineralen (z.B. Kaolin)

allitisch: Rückstand nur Al-Minerale (+ Fe-, Mn-Oxide)z.B. Gibbsit (Al(OH)3) Bauxit = Gibbsit + Fe-Oxide

allitisch: Rückstand nur Al-Minerale (+ Fe-, Mn-Oxide)z.B. Gibbsit (Al(OH)3) Bauxit = Gibbsit + Fe-Oxide

Verwitterung im ariden Gebiet

Mauretanien kein Bodenkein Boden

Bodentypensiallitischer

Bodensiallitischer

Boden

A) Humus undverarmter

Boden (Quarzu. Tonminerale)

B) Fe- u. Al-Oxidhydrategefällt. CaCO3weggeführt.

C) anstehenderGranit

A) Humusu. verarm-ter Boden

B) gefälltesCaCO3

C) anstehen-des Gestein

Humus fehlt

Fe u. Al-Oxide

Fe- reicheTone u. Al-Hydroxide

anstehendesGestein

umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Prärie-bodenPrärie-boden

Laterit-BodenLaterit-Boden

Wechselwirkung: Erosion und TektonikNegative Rückkopplungzwischen Heraushebung,Abtragung und Oberflä-

chen-Relief

Negative Rückkopplungzwischen Heraushebung,Abtragung und Oberflä-

chen-Relief

Abtragungm/Mill.J.Abtragungm/Mill.J.

Erniedrigung derGipfelhöhe

Erniedrigung derGipfelhöhe

tektonische Heraushebungm/Mill.J.

tektonische Heraushebungm/Mill.J.

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

erhöhte Abtragungdurch Heraushebungerhöhte Abtragungdurch Heraushebung

Hypsometrische Kurve

Kontinent

Ozean-Boden

108

0-2-4-6-8

Höh

e [m

] x 1

000 6

42

4 16 36 64 100 %

Kontinent

Ozean-Boden

108

0-2-4-6-8

Höh

e [m

] x 1

000 6

42

4 16 36 64 100 %

http://jove.geol.niu.edu/faculty/stoddart/LPSC/images/p21.jpg

Transport

Transportmedien:Transportmedien:

WindWind

Wasser (Flüsse)Wasser (Flüsse)

Eis (Gletscher)Eis (Gletscher)

Windtransport

äolische Sedimenteäolische Sedimente

in Bodennähe:in Bodennähe:

turbulente Srömungturbulente Srömung

Merkmale des Windtransports

niedrige Dichte des Mediumsniedrige Dichte des Mediums

flächenhafte Wirkungflächenhafte Wirkung

gute Sortierung der Korngrößengute Sortierung der Korngrößen

transportierte Korngrößen in Abhängigkeit von der Windstärke

1/10 mm Durchmesser 1.5 m/sek.1/10 mm Durchmesser 1.5 m/sek.

1/2 mm Durchmesser 7 m/sek.1/2 mm Durchmesser 7 m/sek.

1 mm Durchmesser 15 m/sek.1 mm Durchmesser 15 m/sek.

10 mm Durchmesser 25 m/sek.10 mm Durchmesser 25 m/sek.

Transport der Sandkörner am Boden

Der bodennahe Transport der Sandkörnererfolgt meist springend (Saltation). Durch

Kollision ergeben sich matte Kornoberflächen.

Der bodennahe Transport der Sandkörnererfolgt meist springend (Saltation). Durch

Kollision ergeben sich matte Kornoberflächen.nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

erosive Wirkung des Windtransportes

Pilzfelsen (Östliche Wüste, Ägypten)

Entstehung eines Steinpflasters (Hamada)

Gemisch ausgrob- und fein-

körnigem Material

Gemisch ausgrob- und fein-

körnigem Material

Der Windbläst das

feine Materi-al heraus.

Der Windbläst das

feine Materi-al heraus.

Das Steinpfla-ster schützt vor weiterer Aus-

blasung.

Das Steinpfla-ster schützt vor weiterer Aus-

blasung.

Deflation:

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Hamada in Mauretanien

Sandtransport

Sandverwehung über ein Wadi (Mauretanien)

Windsedimente (Dünen, Erg)Hinter einem Hindernisbilden sich Turbulenzenund Sandverwehungen.

Hinter einem Hindernisbilden sich Turbulenzenund Sandverwehungen.

Die Sandwehen werden größer, sind aber noch getrennt.

Die Sandwehen werden größer, sind aber noch getrennt.

Die Sandwehen schließen sich zu einer Düne zusammen.

Die Sandwehen schließen sich zu einer Düne zusammen.

umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Wandern einer Düne

Wind transportiert Körnerauf die Leeseite.Wind transportiert Körnerauf die Leeseite.

Entstehung einer instabilenLagerungEntstehung einer instabilenLagerung

Abrutschen der instabilen Lage. Wandern der DüneAbrutschen der instabilen Lage. Wandern der Düne

umgeteichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

transportierte Sandmenge

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)

Tonn

en/T

ag/M

eter

Bre

ite d

er D

ünen

ober

fläch

e

1.0

0.8

0.6

0.4

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0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)

Tonn

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ünen

ober

fläch

e

Begrenzung der Höhe

Durch Höhenwachstum werden die Strömungslinienzusammengedrückt. Geschwindigkeit steigt, gesamterSand wird transportiert. Höhenwachstum hört auf.

Durch Höhenwachstum werden die Strömungslinienzusammengedrückt. Geschwindigkeit steigt, gesamterSand wird transportiert. Höhenwachstum hört auf.

Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Dünen in Mauretanien

Dünenformen

Barchan(Sicheldüne)Barchan(Sicheldüne)

Transversaldüne(Reihendüne)Transversaldüne(Reihendüne)

Longitudinaldüne(Strichdüne)Longitudinaldüne(Strichdüne)

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Barchane (Mauretanien)

Erg Tifernin (Süd-Algerien)

NASA-Foto S65-63829, Gemini VII

BarchaneBarchane

Die Namib-Wüste

TransversaldünenTransversaldünen

NASA-Foto 65-2652, SCI-1195, Gemini V