Verwitterung - Grundlagen & physikalische Prozesse

Verwitterung ist die Veränderung oder Zerstörung von Gestein direkt an der Erdoberfläche. Was dabei passiert, hängt von vielen Faktoren ab: der Gesteinsart, dem Klima, dem pH-Wert und wie lange die Kräfte einwirken können.

Es gibt zwei Haupttypen: physikalische und chemische Verwitterung. Die physikalische Verwitterung zerlegt Gesteine mechanisch - hauptsächlich durch Temperaturunterschiede, die nur oberflächlich wirken.

Bei der Insolationsverwitterung dehnen sich verschiedene Minerale bei Erwärmung unterschiedlich stark aus. Diese ungleichmäßige Ausdehnung erzeugt Spannungen, die langfristig zu Rissen führen. Typisch für heiße Trockengebiete wie die Sahara.

Die Frostverwitterung funktioniert anders: Wasser dringt in Risse ein, gefriert und sprengt durch die Volumenzunahme das Gestein auseinander. Du findest sie vor allem im Hochgebirge und in gemäßigten Zonen.

💡 Merktipp: Frostverwitterung braucht sowohl ausreichend Feuchtigkeit als auch häufige Frostwechsel - deshalb ist sie in trockenen, aber kalten Gebieten weniger wirksam.

Weitere physikalische & chemische Verwitterung

Salzverwitterung entsteht, wenn sich Salze im Gestein durch Verdunstung kristallisieren. Der entstehende Kristallisationsdruck sprengt das Gestein auseinander. Bei der Wurzelsprengung wachsen Pflanzenwurzeln in Gesteinsspalten und sprengen durch ihr Wachstum Gesteinsteile ab.

Druckentlastung passiert, wenn Gesteine an die Oberfläche gelangen und sich durch den wegfallenden Druck ausdehnen - dabei entstehen Spalten und ganze Gesteinsschalen können abplatzen.

Bei der chemischen Verwitterung zersetzt Wasser das Gestein durch Auswaschen von Substanzen. Die Lösungsverwitterung löst leicht lösliche Gesteine wie Gips direkt im Wasser auf.

Kohlensäureverwitterung ist besonders wichtig: Wasser plus CO₂ ergibt Kohlensäure, die Kalkstein auflöst. Das ist ein umkehrbarer Prozess - verdunstet das Wasser wieder, bleibt der Kalk zurück und bildet zum Beispiel Tropfsteine.

Die Hydrolyse greift Silikatgesteine an, wobei Kationen durch H⁺-Ionen ersetzt werden. Das Endprodukt sind Tonmineralien.

💡 Wichtig: Chemische Verwitterung wirkt tiefer als physikalische und ist in feuchten, warmen Gebieten besonders aktiv.

Atmosphärische Zirkulation - Grundlagen

Wetter ist der aktuelle Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort, während Klima die Wetterverläufe über mindestens 30 Jahre beschreibt. Dazwischen liegt die Witterung - typische Wetterabläufe über mehrere Tage oder Wochen.

Wetterelemente sind messbare Größen wie Temperatur, Luftdruck oder Niederschlag. Sie werden von Klimafaktoren wie Höhenlage, Breitengrad oder Lage zum Meer beeinflusst.

Wolkenbildung funktioniert so: Warme Luft steigt auf, kühlt ab und kann weniger Wasserdampf aufnehmen. Am Taupunkt kondensiert der Wasserdampf an Aerosolen zu Wolkentropfen.

Bei der Luftfeuchtigkeit unterscheidest du drei Arten: Die absolute gibt die tatsächliche Wassermenge in der Luft an, die maximale zeigt die temperaturabhängige Aufnahmekapazität, und die relative ist das Verhältnis beider in Prozent.

Konvektionswolken entstehen durch thermische Prozesse - warme Luft steigt vertikal auf. Advektionswolken bilden sich, wenn feuchte Luftmassen horizontal über kältere Luft geschoben werden.

💡 Eselsbrücke: Konvektion = vertikal $Cumulus-Wolken$, Advektion = horizontal $Stratus-Wolken$.

Föhn und Windsysteme

Der Föhn ist ein warmer, trockener Fallwind. Luft wird am Gebirge zum Aufsteigen gezwungen, kühlt sich ab und regnet sich aus. Beim Absinken auf der anderen Seite erwärmt sie sich wieder - und zwar stärker als sie sich zuvor abgekühlt hatte, weil sie Feuchtigkeit verloren hat.

Luftdruck entsteht durch das Gewicht der Luftsäule. Bei Erwärmung dehnt sich Luft aus, der Druck sinkt - ein Tiefdruckgebiet entsteht. Bei Abkühlung steigt der Druck und bildet ein Hochdruckgebiet.

Winde wehen grundsätzlich vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet, werden aber durch die Corioliskraft abgelenkt. Auf der Nordhalbkugel drehen sie in Hochdruckgebieten im Uhrzeigersinn, in Tiefdruckgebieten gegen den Uhrzeigersinn.

Das Land-See-Wind-System funktioniert durch unterschiedliche Erwärmung: Tagsüber erwärmt sich das Land schneller (Tief), der Wind weht vom Meer zum Land. Nachts kühlt das Land schneller ab (Hoch), der Wind dreht sich um.

💡 Föhn-Regel: Trockenadiabatisch 1°C pro 100m, feuchtadiabatisch nur etwa 0,6°C pro 100m - deshalb wird die Luft im Lee wärmer.

Lokale Windsysteme

Berg-Tal-Winde entstehen durch unterschiedliche Erwärmung der Hanglagen. Tagsüber erwärmen sich die Berge stärker, warme Luft steigt auf - der Talwind weht vom Tal zum Berg. Nachts kehrt sich das um: Die Gipfel kühlen schneller ab, kalte Luft fließt ins Tal - der Bergwind entsteht.

Stadt-Land-Wind oder Flurwind bildet sich, weil Städte durch Asphalt und Emissionen mehr Wärme speichern als das Umland. Die warme Stadtluft steigt auf, kühle Luft vom Umland strömt nach - so entsteht die städtische Wärmeinsel.

Du unterscheidest verschiedene räumliche Ebenen: Mikroklima beschreibt das Klima an einem ganz bestimmten Ort (wie im Wald), Makroklima bezieht sich auf ganze Regionen.

Lokale Windsysteme wirken kleinräumig $wie Land-See-Wind$, regionale betreffen bestimmte Gebiete (wie der Monsun), und globale Windsysteme erstrecken sich über die ganze Erde (wie die Passatwinde).

💡 Stadt-Tipp: In heißen Sommernächten ist es in Städten oft deutlich wärmer als im Umland - das ist die städtische Wärmeinsel in Aktion!

Globale Zirkulation

Die planetarische Zirkulation teilt die Erde in drei große Zellen: Die Hadley-Zelle zwischen Äquator und 30° Breite, die Ferrel-Zelle zwischen 30° und 60°, und die Polarzelle zwischen 60° und den Polen.

Die Corioliskraft entsteht durch die Erdrotation und lenkt bewegte Luftmassen ab. Luftmassen vom Äquator werden nach Osten, solche zu den Polen nach Westen abgelenkt.

Die Innertropische Konvergenzzone (ITC) ist ein Tiefdruckgürtel rund um den Äquator, wo die Sonne im Zenit steht. Diese Zone wandert zwischen den Wendekreisen hin und her.

Passatwinde entstehen, weil warme Luft am Äquator aufsteigt und bei etwa 30° Breite wieder absinkt. Dort bilden sich die subtropischen Hochdruckgürtel. Ein Teil der Luft fließt zurück zum Äquator - das sind die Passatwinde.

Der Jetstream ist ein schneller Höhenwind, der durch Temperaturunterschiede entsteht. Durch sein Mäandrieren entstehen Rossby-Wellen mit Warm- und Kaltlufttrögen, die für den Luftmassenaustausch zwischen Tropen und Polarzone sorgen.

💡 Passatregel: Die Passatwinde wehen konstant in Richtung Äquator und werden durch die Corioliskraft zu Nordost- bzw. Südostpassaten.

Monsun und Polarzelle

Die Polarzelle funktioniert so: Kalte Luft sinkt in den Polarregionen ab und bildet dauerhafte Kältehochs. Diese Luftmassen fließen Richtung Äquator und werden durch die Corioliskraft zu Ostwinden. Bei 60° Breite treffen sie auf warme Luft und steigen wieder auf.

Der Monsun ist ein Sonderfall der Passatwinde zwischen den Wendekreisen. Er bestimmt Regen- und Trockenzeiten in weiten Teilen Asiens.

Beim indischen Monsun wandert die ITC mit dem Sonnenstand. Im Sommermonsun liegt ein Tief über den heißen Landmassen, ein Hoch über dem Indischen Ozean. Der feuchte Südwestmonsun bringt die Regenzeit. Im Winter kehrt sich das um: Der trockene Nordostmonsun sorgt für die Trockenzeit.

Der ostasiatische Monsun funktioniert ähnlich: Im Sommer erwärmt sich das Land schneller als der Pazifik, feuchte Luft strömt vom Meer zum Land. Im Winter ist der Ozean wärmer, kalte Kontinentalluft fließt zum Meer und bringt oft Schnee.

💡 Monsun-Merker: Der Monsun kehrt halbjährlich seine Richtung um - daher kommt auch der Name vom arabischen "mausim" (Jahreszeit).

Zyklonen und Antizyklonen

Zyklonen (Tiefdruckgebiete) und Antizyklonen (Hochdruckgebiete) entstehen durch Divergenz und Konvergenz von Luftmassen. Bei Divergenz fließen Luftmassen auseinander, bei Konvergenz verdichten sie sich.

Die Entwicklung einer Zyklone läuft in sechs Phasen ab: Zuerst treffen Warm- und Kaltluft aufeinander. Durch Wellenstörungen entstehen Warm- und Kaltfronten. Im Reifestadium bildet sich ein Wirbel mit einem Warmluftsektor zwischen den Fronten.

Bei der Okklusion holt die schnellere Kaltfront die Warmfront ein und schiebt sich darunter. Die Warmluft wird angehoben und kühlt ab. Schließlich löst sich das System im Zyklonenfriedhof in Ostpolen und Russland auf.

Kaltfronten sind steiler und erzeugen intensivere Wettererscheinungen wie Gewitter und Hagel, weil die kalte Luft die warme schnell und heftig verdrängt.

Der Cut-off-Prozess beschreibt, wie sich vom mäandrierenden Jetstream isolierte Hoch- und Tiefdruckgebiete abschnüren können.

💡 Frontentipp: Kaltfronten = steiler Anstieg, heftiges Wetter. Warmfronten = sanfter Anstieg, länger andauernder Niederschlag.

Klimatypen und Wetterkarten

Tageszeitenklima herrscht in den Tropen - hier sind die Temperaturunterschiede an einem Tag größer als im ganzen Jahr. Jahreszeitenklima findest du in mittleren Breiten mit großen saisonalen, aber kleinen täglichen Temperaturschwankungen.

Kontinentalität beschreibt das Klima großer Landmassen: heiße Sommer, kalte Winter, große Temperaturschwankungen und wenig Niederschlag. Maritimität ist das Gegenteil - Meeresnähe sorgt für kühle Sommer, milde Winter und viel Niederschlag.

Gebirgsklima zeichnet sich durch niedrige Temperaturen trotz starker Sonneneinstrahlung aus, dazu kommen hohe Windgeschwindigkeiten und mehr Niederschläge.

Meeresströmungen beeinflussen das Klima erheblich. Warme Strömungen mildern das Klima der Küstenregionen, kalte Strömungen kühlen es ab.

Bodenwetterkarten zeigen das Wetter am Boden, Höhenwetterkarten das Wetter in verschiedenen Höhen - beide sind wichtig für Wetterprognosen.

💡 Klima-Faustregel: Je näher am Meer, desto ausgeglichener das Klima. Je weiter im Landesinneren, desto extremer die Temperaturschwankungen.

Fluviale Prozesse

Flussnetze entstehen je nach geologischen Bedingungen in verschiedenen Mustern: dendritisch (baumförmig) bei einheitlichem Gestein, parallel bei geneigtem Gelände, radial bei vulkanischen Gebieten und spalierartig bei wechselnden Gesteinsschichten.

Erosion ist die linienhafte Abtragung durch fließendes Wasser. Sie hängt von Fließgeschwindigkeit, Gesteinsart und Sedimenttyp ab. Sedimentation beschreibt die Ablagerung von transportiertem Material.

Fluviale Erosion funktioniert über vier Prozesse: Hydraulische Wirkung presst Wasser in Gesteinsrisse, Abrasion schleift durch mitgeführtes Material, Attrition zerkleinert das Material durch Kollisionen, und Lösung löst lösliche Gesteine auf.

Fluvialer Transport erfolgt in vier Formen: Suspension (Schwebfracht wie Schlick), Traktion $rollende/hüpfende Geröllfracht$, Saltation (springende Bewegung von Kieselsteinen) und gelöste Fracht (aufgelöste Minerale).

Die Fließart unterscheidet sich: Ruhiges Wasser fließt laminar (gleitend), bei hoher Geschwindigkeit entstehen Turbulenzen.

💡 Transport-Tipp: Je schneller das Wasser fließt, desto größere und schwerere Partikel kann es transportieren - bei Hochwasser werden sogar große Steine bewegt!