Chemische Verwitterungsprozesse

Die Gesteinsverwitterung umfasst im Wesentlichen physikalische und chemische Prozesse. Die mechanische Zerkleinerung des Gesteins wird als Physikalische Verwitterung, die Veränderung der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung als Chemische Verwitterung bezeichnet. Sind Lebewesen an den Gesteinsveränderungen beteiligt, spricht man, unabhängig vom Mechanismus, von Biologischer Verwitterung. Bei der chemischen Verwitterung wird zwischen thermodynamischen und kinetischen Aspekten unterschieden. Thermodynamische Gleichgewichtskonzepte stehen im Vordergrund bei konstanten Bedingungen, bei Partikeln mit hoher spezifischer Oberfläche, bei langer Kontaktzeit und bei rasch reagierenden Mineralien. Kinetische Betrachtungen werden relevant, wenn die Kontaktzeit kurz, die zugängliche Oberfläche begrenzt und die Reaktionen der beteiligten Mineralien langsam sind. Wichtigste Reaktionsmechanismen bei der kinetisch kontrollierten Verwitterung von Silikaten sind die protonen‐ und die ligandeninduzierte Auflösung. Enthält ein Mineral ein oder mehrere Elemente, welche in verschiedenen Oxidationsstufen vorkommen können, kann es bei der Verwitterung, je nach Bedingungen, zu einer Oxidation oder Reduktion der entsprechenden Elemente kommen. Pedologisch wichtige Beispiele sind die oxidative Verwitterung von Pyrit, die Oxidationsverwitterung von Biotit und die reduktive Auflösung von Fe(III)‐Oxiden. Die neueren Erkenntnisse zur Verwitterung basieren praktisch ausschließlich auf Laborexperimenten unter kontrollierten Bedingungen. Die Gesteinsverwitterung im Boden verläuft aber unter dauernd wechselnden Bedingungen. Aus Felddaten abgeschätzte Verwitterungsgeschwindigkeiten sind etwa 1 bis 2 Zehnerpotenzen geringer als die entsprechenden Laborwerte. Eine Modellierung der Feldverhältnisse unter Verwendung von Labordaten wird erst dann möglich sein, wenn es gelingt, die Effekte von Temperatur, pH, Ionenstärke, Zusammensetzung der Bodenlösung, Sättigungsbedingungen und vor allem der hydrologischen Vorgänge auf die Auflösungs‐ und Ausfällungsgeschwindigkeiten quantitativ zu beschreiben.