Vom Fels zum Sandkorn – Verwitterung

Der Norden von Kanada ist heute eine sanft gewellte Landschaft. Vor vielen Millionen Jahren stand hier jedoch ein Gebirge. Tatsächlich können sich im Lauf sehr langer Zeit selbst hohe Berge in kleine Hügel verwandeln.

Selbst aus schroffen Gebirgen können irgendwann sanfte Hügellandschaften werden
Quelle: Colourbox

Der Grund für diese Verwandlung: Das Gestein an der Erdoberfläche ist ständig Wind und Wetter ausgesetzt. Dringt zum Beispiel Wasser in Gesteinsritzen ein und gefriert, sprengt es den Stein auseinander. Diesen Vorgang nennt man Frostsprengung. Auch durch Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht und durch die Kraft von Wasser und Wind wird das Gestein mürbe. Mit anderen Worten: Es verwittert. Dieser Vorgang lässt sich auch an Gebäuden oder an Steinfiguren beobachten. Bei der Verwitterung zerfällt das Gestein in immer kleinere Bestandteile bis hin zu feinen Sand- und Staubkörnern. Verschiedene Gesteine verwittern unterschiedlich schnell: Granit ist zum Beispiel viel beständiger als der vergleichsweise lose Sandstein.

Wenn Wasser in die Ritzen eindringt, verwittert das Gestein
Quelle: Colourbox

Manche Gesteinsarten lösen sich sogar vollständig auf, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, zum Beispiel Steinsalz und Kalk. Steinsalz ist chemisch das Gleiche wie Kochsalz – und das löst sich ja bereits in gewöhnlichem Wasser auf. Kalk ist etwas beständiger, aber in säurehaltigem Wasser löst sich auch Kalkgestein auf. Säure entsteht zum Beispiel, wenn Regenwasser in der Luft mit dem Gas Kohlendioxid reagiert. Dieser „saure Regen“ greift das Kalkgestein an und löst es im Laufe der Zeit auf. An der Erdoberfläche hinterlässt die Verwitterung zerklüftete Kalkstein-Landschaften, unter der Erde entstehen Höhlen.

Steinsalz ist wasserlöslich
Quelle: Colourbox

Doch nicht nur Lösungsverwitterung, auch Hitze und Druck zermürben und zerbröseln Gestein unter der Erdoberfläche. Wo Pflanzen wachsen, da graben sich Wurzeln ein, sprengen das Gestein stückchenweise auseinander und sorgen ebenfalls dafür, dass es Millimeter für Millimeter abgetragen wird.

Am Kölner Dom nagt saurer Regen
Quelle: Colourbox

Die Verwitterung bearbeitet auf diese Weise nicht nur einzelne Felsen, sie nagt an ganzen Gebirgsketten. Bis der Schwarzwald so flach ist wie der Norden Kanadas dauert es aber noch ein paar Millionen Jahre.

Auch Wurzeln zerkleinern Gestein
Quelle: Colourbox

Was bewirkt Erosion?

Wenn Gestein verwittert, bleibt es selten an seinem ursprünglichen Ort liegen. Oft rollt Gesteinsschutt den Hang herunter, wird vom Wasser weggespült oder von Eismassen fortgeschoben. Feinen Gesteinsstaub oder Sand kann auch der Wind mit sich tragen. Egal ob das Gestein von Wasser, Eis, Wind oder der Schwerkraft abtransportiert wird, all diese Vorgänge heißen Abtragung oder „Erosion“.

Der Gebirgsbach gräbt sich ein Bett
Quelle: Colourbox

Besonders einschneidend ist die Abtragung durch Fließgewässer. Bäche und Flüsse graben ein Bett in den Boden, Gestein rutscht nach, es bildet sich ein Tal. Wälzt sich ein Gletscher talabwärts, hobelt er dieses Tal durch mitgeschlepptes Geröll breiter aus. An solchen Trogtälern erkennt man, noch lange nach Abschmelzen des Eises, dass sich hier ein Gletscher befand. Die Brandung des Meeres greift dagegen die Küste an. Steile Klippen werden unterhöhlt und brechen ein, Sandstrände spült der Wellengang fort. In Wüsten fegt der Wind großflächig Sand davon. Je heftiger er bläst, desto mehr Sand kann er mitnehmen. Hindernisse aus festem Gestein schleift ein Sandsturm wie ein Sandstrahlgebläse allmählich immer weiter ab.

Verwittertes Gestein folgt der Schwerkraft
Quelle: Colourbox
Wind bläst trockenen Sand einfach davon
Quelle: Colourbox

Wenn Regen und Wind auf größeren Flächen die Bodendecke wegspülen oder -wehen, ist von Bodenerosion die Rede. Auch bei Erdrutschen an Hängen spricht man von Bodenerosion. Das Problem: Dabei verschwindet die fruchtbare obere Schicht des Bodens. Im schlimmsten Fall ist er für die Landwirtschaft nicht mehr zu gebrauchen.

Steinschlag ist nichts anderes als Erosion
Quelle: Colourbox

Ist der Boden von Pflanzen bewachsen, bremst das die Erosion. Die Wurzeln der Pflanzen halten das Erdreich fest und verhindern, dass Wind und Wasser es wegtragen. Wenn die Pflanzendecke, zum Beispiel durch Abholzung, zerstört wird, fehlt dem Boden jedoch dieser Halt und er wird abgetragen.

Nach starkem Regen wird das Erdreich großflächig weggeschwemmt
Quelle: Colourbox

Erosion durch Wind – Von Wanderdünen und Pilzfelsen

Überall dort, wo Wind über sandigen trockenen Untergrund fegt, schleppt er feine Körnchen mit und lässt sie später wieder fallen. Auf diese Weise türmen sich Sandhügel auf – die Dünen. Solche Sanddünen gibt es vor allem in Trockenwüsten wie der Sahara, der Wüste Gobi oder der Namib-Wüste. Ihre Dünen können über 200 Meter hoch werden und viele Kilometer lang.

Landschaft aus Sand: die Sahara
Quelle: Colourbox

Um eine Düne zu sehen, muss man aber gar nicht in die Wüste fahren: Dünen gibt es auch an den Küsten, in Deutschland zum Beispiel an der Nord- oder Ostseeküste. Der Sand, der durch den Wind vom Strand weggeblasen wird, häuft sich landeinwärts zu Dünen. Wer an den Strand will, muss sich daher oft einen Weg durch oder über die Dünen suchen.

Strandhafer wächst auf den Sanddünen der Ostsee
Quelle: Colourbox
Von der Wanderdüne umzingelt: Ein Leuchtturm an Dänemarks Küste
Quelle: Colourbox

Manche Dünen bewegen sich kaum vom Fleck, zum Beispiel wenn sie von Strandhafer bewachsen sind. Andere dagegen rollen ähnlich den Wellen des Meeres in Windrichtung vorwärts, die Wanderdünen. Eine besonders wanderlustige Düne ist die „Rubjerg Knude“ an der Küste Dänemarks. Diese knapp 100 Meter hohe Düne bewegt sich in Richtung Nordost und hat auf ihrer Reise sogar schon einen Leuchtturm überrollt.

Größte Düne Europas: Die „Dune du Pyla“ an der französischen Atlantikküste
Quelle: Colourbox

Dünen haben unterschiedliche Formen. Manche sind geschwungen wie Halbmonde oder Sicheln – die Sicheldünen. Andere bilden quer zur Windrichtung einen Wall, die Querdünen. Beide steigen auf der Windseite leicht an. Auf der vom Wind abgewandten Seite fallen sie steil nach unten. Und manche Dünen stimmen sogar ihr eigenes Lied an: Wenn sich Sandlawinen aus der Düne lösen und die Sandkörner dabei aufeinander prallen, geben sie brummende oder summende Geräusche von sich: Die Düne „singt“!

Dünen sind oft geschwungen wie Halbmonde
Quelle: Colourbox

Wind und Sand formen aber nicht nur Dünen. Fliegende Sandkörner können Felsen in der Landschaft wie Schmirgelpapier abschleifen. Selbst hartes Gestein kann durch diesen Windschliff eine neue Form bekommen: Aufragende Felsen werden an ihrem Fuß mit der Zeit abgeschabt und ausgehöhlt. Schließlich ragen sie wie Pilze in die Höhe – ein Pilzfelsen ist entstanden.

Windschliff formt Pilzfelsen
Quelle: Colourbox

Steter Tropfen höhlt den Stein

Tiefe Schluchten im Gebirge, weite Sandstrände am Meer und breite Flüsse, die sich durch Wiesen und Felder schlängeln – all das sind Landschaften, die wir gut kennen. Weil sie so abwechslungsreich sind, finden wir sie eindrucksvoll und schön.

Schlucht mit Gebirgsbach
Quelle: Colourbox

Bildhauer all dieser Landschaften ist der Kreislauf des Wassers. So stark wie keine andere Kraft formt Wasser über kurz oder lang die Erdoberfläche. Es spült nach einem Regenguss Erdreich fort. Es gräbt sich in den Untergrund ein und löst Teile des Gesteins. Erde und verwitterten Gesteinsschutt trägt es mit sich ins Tal hinunter. Dort, wo das Wasser langsamer abfließt, lässt es seine Last aus Schlick, Sand und Geröll wieder los. Bei Hochwasser überflutet es die flachen Gebiete eines Tals, die Fluss-Auen. Auch hier lagert es feinen Schlamm ab. Fließt das Wasser schließlich ins Meer, bearbeitet es die Küsten und formt ganz unterschiedliche Landschaften, zum Beispiel Steilküsten oder lange Sandstrände.

Flussaue
Quelle: Colourbox
Sandstrand
Quelle: Colourbox

Auch in Form von Eis gestaltet Wasser die Landschaft. Gefriert Wasser in Gesteinsritzen, sprengt es den Stein. Als Gletscher hobelt es kerbförmige Flusstäler zu runden Trogtälern aus. Und auch die Moränenlandschaft im Voralpenland mit ihren Geröllhügeln und Felsbrocken ist das Ergebnis von Gletschern, die vor langer Zeit den Untergrund formten.

Gletschertal
Quelle: Colourbox

In Stein gemeißelt – Landschaften aus Sedimentgestein

Wie die Schichten einer Torte können verschiedene Sedimentgesteine übereinander lagern. Hebt sich der Untergrund unter den Schichten, werden sie gekippt. Stoßen Erdplatten aufeinander, werden sie gestaucht und aufgefaltet wie in den Alpen. Verwitterung und Abtragung nagen an diesen Sedimentschichten über Jahrmillionen. Je nach Härte des Sediments hinterlassen die Kräfte von Wasser, Kälte und Wind ihre Spuren und meißeln eindrucksvolle Landschaften in das Gestein.

Der Colorado River schneidet sich in die Sedimentschichten
Quelle: Colourbox

Ein berühmtes Beispiel dafür ist der Grand Canyon in Arizona: Hier hat sich der Colorado River eine Rinne durch verschiedene Gesteinsschichten gegraben. Gut erkennt man, wie sich weiches und härteres Gestein abwechseln: Das weiche Gestein gibt schnell nach, so entstehen schräge Hänge, das härtere Gestein bleibt stehen und bildet steile, fast senkrecht abfallende Wände. Wie eine Treppe führen diese Sedimentstufen zum heutigen Flusslauf hinunter und bieten dem Besucher einen spektakulären Anblick.

Der Grand Canyon in den USA
Quelle: Colourbox

Aus Sedimentschichten bildete sich auch eine bekannte Großlandschaft in Deutschland: das Südwestdeutsche Schichtstufenland, das von Baden-Württemberg über Hessen und Bayern bis nach Thüringen reicht. Nach dem Einbrechen des Oberrheingrabens stellten sich hier die Sedimentschichten schräg. Je nach Härte des Gesteins wurden die einzelnen Schichten unterschiedlich stark abgetragen. Harte Kalksteine bildeten steile Stufen, während weiche, tonige Schichten stärker ausgewaschen wurden und heute als sanfte Böschungen und weite Stufenflächen die Landschaft ausmachen. Auf der linken Seite des Rheins liegt dieser Landschaft – fast wie spiegelverkehrt – das Nordfranzösische Stufenland gegenüber.

Kreislauf der Gesteine

Kein Gestein der Erde ist für die Ewigkeit gemacht. Es verwittert an der Oberfläche, wird abtransportiert und erneut abgelagert. Beim Zusammenstoß zweier Platten werden Sedimentschichten zusammengestaucht und zu Hochgebirgen aufgefaltet. Das Gestein abtauchender Platten schmilzt im Erdinneren und bildet die Quelle von Vulkanen. Lava, die ein Vulkankrater ausspuckt, kühlt wiederum ab und erstarrt wieder zu Gestein.

Gestein wird immer wieder umgewandelt
Quelle: Colourbox

Es ist ein ewiger Kreislauf, der dafür sorgt, dass selbst das härteste Gestein sich immer wieder verwandelt und neues daraus entsteht. Die Verwandlung geschieht natürlich nicht von heute auf morgen, sondern über Jahrmillionen. „Mitspieler“ dieses Kreislaufs sind drei Gruppen von Gestein, die jeweils unter anderen Bedingungen entstehen:

Heißes Magma kühlt ab zu magmatischem Gestein
Quelle: Colourbox

Wenn Magma abkühlt, erstarrt die heiße Masse zu magmatischem Gestein. Das kann sowohl an der Erdoberfläche als auch im Inneren der Erde geschehen. Wo sich dagegen Schichten von abgetragenem Gesteinsschutt anhäufen, werden die Sedimente unter der Last des eigenen Gewichts zusammengepresst. Durch diesen Druck verfestigen sie sich zu Sedimentgestein. Hoher Druck und große Hitze im Erdinneren wiederum sorgen dafür, dass sich Gestein verwandelt und ein anderes entsteht. Dann sprechen Geologen von Umwandlungs- oder von metamorphem Gestein.

Sedimentschichten werden erneut abgetragen
Quelle: Colourbox

Diese drei Gesteinstypen sind eng miteinander verbunden: Jeder Typ kann sich in jeden anderen verwandeln. Dieser Gesteinskreislauf wird immer weitergehen, so lange es die Erde gibt.

Marmor entsteht durch Erhitzen von Kalkstein im Erdinneren
Quelle: Colourbox

Warum sieht es auf der Erde anders aus als auf dem Mond?

Auf dem Mond sieht es nicht sehr einladend aus: Die Oberfläche ist trocken und mit einer grauen Staubschicht überzogen. Meteoriteneinschläge haben riesige Krater in den Boden gerissen, die sich mit Lava aus dem Inneren des Mondes füllten. Rund um diese Lavabecken türmen sich kilometerhohe Kraterränder als Gebirgsringe auf.

Mond mit sichtbaren Kratern
Quelle: Colourbox

Völlig anders unser blauer Planet – schon weil er zu drei Vierteln von Wasser bedeckt ist. Das Wasser bedeckt aber nicht nur einen Großteil der Erde, es formt auch ihre Landmasse: Flüsse, Gletscher und die Brandung des Meeres bearbeiten das Gestein, zerkleinern es und räumen es um. So entstehen Täler, Küsten und immer wieder neue Gesteinsschichten.

Erde, Sonne, Wolken
Quelle: Colourbox

Das Innere des Mondes ist heute fest und starr. Die Erde dagegen hat einen flüssigen Erdmantel, auf dem bewegliche Platten schwimmen. Die Bewegung der Erdplatten bewirkt, dass sich Gebirge auffalten, Tiefseegräben entstehen und Vulkane Feuer und Asche spucken.

Typisch für die Erde: Gebirge mit Tälern
Quelle: Colourbox

Anders als der Mond besitzt die Erde eine Lufthülle, die Atmosphäre. In dieser Lufthülle entsteht das Wetter. Wind, Regen und Schnee haben die Erdoberfläche über Jahrmillionen bearbeitet und geformt. Außerdem wirkt die Atmosphäre als Schutzschild, der Meteoriten bremst und verglühen lässt.

Dieser Fußabdruck wird noch lange auf dem Mond zu sehen sein.
Quelle: imago stock&people

Weil der Mond keine solche Atmosphäre hat, schlagen Meteoriten auf seiner Oberfläche ungebremst ein und zerbröseln das Gestein schlagartig zu Staub. Doch Meteoriten sind die einzigen Kräfte, die die Mondlandschaft formen. Weil es kein Wasser, keine Atmosphäre und keine Plattentektonik gibt, fehlen die Einflüsse, die unsere Erdoberfläche so abwechslungsreich gestalten.

Die ersten Menschen, die karge Mondlandschaft betraten, waren der Astronaut Neil Armstrong und sein Kollege Edwin E. Aldrin. Die Fußabdrücke, die sie bei ihrer Mondlandung im Jahr 1969 hinterlassen haben, sind bis heute zu sehen – weil auf dem Mond weder Wind noch Wasser die Spuren verwischen.

Bodenbildung

Pflanzen wachsen selten auf dem nackten Fels. Sie benötigen einen Boden, aus dem sie Nährstoffe ziehen und in dem sie Wurzeln bilden können. Damit sich ein solcher Boden entwickelt, ist Verwitterung nötig: Regen und Sauerstoff, Hitze und Kälte, Wasser und Wind zerreiben das Gestein und schleifen so selbst harten Granit zu immer kleineren Körnchen. Was dabei herauskommt, ist der sogenannte Verwitterungsschutt.

Boden entsteht durch Verwitterung
Quelle: Colourbox

Doch bis daraus ein lebendiger Boden wird, vergehen Jahrtausende. Als Erste siedeln sich Bakterien, Pilze und Flechten auf dem Gestein an; davon werden die ersten Bodentiere angezogen. Abgestorbene Pflanzenreste, Tierkadaver und Kot vermischen sich allmählich mit dem zerkleinerten Gestein. Aus diesem Mix entwickelt sich mit Hilfe von Pilzen und Bakterien die obere Bodenschicht aus fruchtbarem Erdreich, auf der Pflanzen gedeihen können. Darunter liegen weitere Schichten, zum Beispiel aus Sand oder Ton. Ganz zuunterst liegt das Gestein, aus dem sich der Boden entwickelt.

Granitgestein ist besonders hart
Quelle: Colourbox

Je nachdem welches Gestein verwittert, wie feucht es ist, welche Pflanzen wachsen und welche Temperaturen herrschen, entstehen verschiedene Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften und Farben. Auch ob verwittertes Gestein weggeschwemmt oder abgelagert wird, spielt dabei eine Rolle.

Bei uns weit verbreitet: die Braunerde
Quelle: Colourbox

In unseren gemäßigten Breiten gibt es häufig die Braunerden. Sie entwickeln sich auf Gestein mit wenig oder keinem Kalk in einem feuchtem Klima. Dunkel gefärbt ist die Rendzina, ein Boden der sich auf Kalkstein bildet. Weil er so steinig ist, kann man auf ihm nur schwer Ackerbau betreiben. Und auf der italienischen Insel Stromboli gibt es ganz besondere Sandböden: Weil das Lavagestein, das aus dem Vulkan Stromboli stammt, dunkel ist, sind auch die Sandstrände auf der Vulkaninsel pechschwarz.

Auf der Insel Stromboli sind die Strände schwarz
Quelle: Colourbox