Alveolarverwitterung

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Autor: Heiner Siedel

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Salze und Alveolarverwitterung[Bearbeiten]

Die auch als auch „Steingitter“ oder „Wabenverwitterung“ (engl. „honeycomb weathering“) bezeichnete Verwitterungsform ist ein Phänomen, das bereits im 19. Jahrhundert von Naturforschern an natürlichen Gesteinsaufschlüssen beschrieben wurde. Die bizarren, aber zugleich häufig relativ regelmäßig ausgebildeten Formen, bei denen tief ausgewitterte Höhlen (Alveolen) im cm- bis dm-Bereich von unverwitterten oder nahezu unverwitterten Wänden oder Stegen getrennt werden, haben früh das Interesse der Geowissenschaften erregt und Fragen nach der Entstehung aufgeworfen. Klassische Untersuchungsgebiete im Gelände waren und sind in Deutschland Buntsandsteingebiete des Pfälzer Waldes [Haeberle:1915]Titel: Die gitter-, netz- und wabenförmige Verwitterung der Sandsteine
Autor / Verfasser: Häberle, Daniel
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und das Elbsandsteingebirge (Kreidesandstein, [Beyer:1911]Titel: Alaun und Gips als Mineralneubildungen und als Ursachen der chemischen Verwitterung in den Quadersandsteinen des sächsischen Kreidegebiets
Autor / Verfasser: Beyer, O.
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). Bereits Häberle 1915 [Haeberle:1915]Titel: Die gitter-, netz- und wabenförmige Verwitterung der Sandsteine
Autor / Verfasser: Häberle, Daniel
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verweist auf Beispiele, wo Wabenverwitterung auch von Baugesteinen beschrieben wird.

Abbildung 1: Alveolarverwitterung am Oberkreide-Sandstein des Rauensteins, Sächsische Schweiz
Abbildung 2: Alveolarverwitterung am Kalkstein von Caen, Kirche St. Pierre in Caen, Normandie, Frankreich.

Als eine mögliche Ursache für die Herausbildung des Reliefs wird die chemische Verwitterung genannt [Beyer:1911]Titel: Alaun und Gips als Mineralneubildungen und als Ursachen der chemischen Verwitterung in den Quadersandsteinen des sächsischen Kreidegebiets
Autor / Verfasser: Beyer, O.
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, [Haeberle:1915]Titel: Die gitter-, netz- und wabenförmige Verwitterung der Sandsteine
Autor / Verfasser: Häberle, Daniel
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. Besonders Otto Beyer, der schon im Titel seiner Arbeit die Salzminerale Alaun und Gips als Ursache für die Sandsteinverwitterung benennt, misst im Ergebnis seiner Untersuchungen der Salzverwitterung große Bedeutung bei. Er sieht die unterschiedliche Wirkung von leichter löslichem Alaun und schwerer löslichem, häufig Krusten bildendem Gips als Ursache für die Ausbildung von loch- und wabenförmigen Strukturen an Sandstein-Felswänden. Während Alaun im Porenraum des Sandsteins kristallisiert, Sprengdruck erzeugt und das Gefüge zerstört, verstopft Gips die Poren, „füllt ebenso Sickerrisse … aus, überrindet wulst- oder krustenförmig seine Austrittsstellen und wirkt durch die dadurch gebildeten festen Rippen, Rinden und sonstigen Zementierungen konservierend für den Sandstein“ ([Beyer:1911]Titel: Alaun und Gips als Mineralneubildungen und als Ursachen der chemischen Verwitterung in den Quadersandsteinen des sächsischen Kreidegebiets
Autor / Verfasser: Beyer, O.
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, S. 466).

In den 70 Jahren war Pauly einer der ersten, die dieses Verwitterungsmuster im Labor nachstellten, um den Schadensmechnismus, der speziell an vielen Gebäuden aus Kalkstein in Gebieten wie La Rochelle und Arles auftritt, zu verstehen. Er fand heraus, dass die Anwesenheit von Salz, der Wechsel von trockenen und feuchten Phasen zusammen mit windigem Klima diesen Verwitterungstyp begünstigt.[Pauly:1976]Titel: Le Rôle des chlorures dans les maladies alvéolaire et desquamante
Autor / Verfasser: Pauly, J.-P.
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[Pauly:1976a]Titel: Maladie Alveolaire Conditions de Formation et D'Evolution
Autor / Verfasser: Pauly, Jean-Pierre
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An vielen weiteren Aufschlüssen in aller Welt wurden in Alveolen später lösliche Salze nachgewiesen und Vermutungen angestellt, dass sie den Verwitterungsprozess befördern. So treten z. B. in Küstengebieten wie auch in ariden Vorkommen häufig Chloride in solchen Strukturen auf. Daneben werden aber nach wie vor auch andere Einflussfaktoren diskutiert, wie Oberflächenverhärtung z.B. durch lokale Ausfällung von umgelagerter Kieselsäure an der Gesteinsoberfläche. Solche Prozesse der Silikatverwitterung laufen an Felsoberflächen in der Natur über sehr lange Zeiträume ab.

An Bauwerken neigen verschiedene Arten von Baugesteinen ebenfalls zur Alveolarverwitterung. Dazu zählen vor allem poröse Sedimentgesteine (bestimmte Sandsteine, Kalksteine, Tuffe). In vielen Fällen wirken - schon makroskopisch offensichtlich - Inhomogenitäten im Natursteingefüge auslösend für diese Verwitterung. So können Schichtstrukturen, Fremdeinschlüsse, Bioturbationen und Ähnliches eine unterschiedlich schnelle Reliefbildung durch Rückverwitterung in verschiedenen Gesteinsbereichen verursachen. Die gesteinseigenen, strukturellen Einflussfaktoren auf die Ausbildung von Alveolen bilden sich in der Regel dann auch im jeweils entstehenden Verwitterungsmuster ab. Ursächliche Unterschiede im Mikrogefüge können dabei beispielsweise im Gehalt wenig verwitterungsresistenter Minerale oder in der Porengrößenverteilung auch quantitativ festgemacht werden. Sie bilden gewissermaßen die Voraussetzung, dass sich auf einer ursprünglich ebenen Oberfläche überhaupt ein Relief ausbilden kann. Eine entscheidende Rolle für den Verwitterungsfortschritt spielen aber praktisch in allen bisher genauer untersuchten Fällen Salze, die meist durch Umweltbelastung und Reaktionen mit dem Mörtel ins Gestein gelangt sind.[Huinink.etal:2004]Titel: Simulating the growth of tafoni
Autor / Verfasser: Huinink, H. P.; Pel, L.; Kopinga, K.
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Neuere Untersuchungen, die die Art und genaue räumliche Verteilung der Salze in Alveolen und benachbarten Wänden zum Gegenstand hatten ([Siedel:2008]Titel: Salt-induced alveolar weathering of rhyolite tuff on a building: causes and processes
Autor / Verfasser: Siedel, Heiner
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[Siedel:2010]Titel: Alveolar weathering of Cretaceous building sandstones on monuments in Saxony, Germany
Autor / Verfasser: Siedel, Heiner
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), haben an Sandsteinen und Tuffen das Zusammenwirken von leicht- und schwerer löslichen Salzen bei der Alveolarverwitterung demonstriert. Zunächst konnten sich durch lokales Auswittern von Fossilstrukturen bzw. diagenetisch mit Eisenmineralen imprägnierten Gesteinsabschnitten im Sandstein oder von Lapillieinschlüssen im Tuff geringfügige initiale Reliefunterschiede ausbilden. Unterschiedlich gut lösliche Salze, in den untersuchten Fällen Magnesiumsulfat und Gips, wurden daraufhin im Verlauf von zahlreichen Feuchte-Trocknungs-Wechseln in den Vertiefungen und an der übrigen Gesteinsoberfläche ungleichmäßig angereichert. Der schwerer lösliche Gips verblieb überwiegend nahe an der Gesteinsoberfläche, während sich die noch in Lösung befindlichen Magnesiumsulfate bei langsamer Abtrocknung der Oberfläche vor allem in den deutlich länger feuchten Abschnitten hinter den Vertiefungen konzentrierten.

Die hohe Salzkonzentration in den Vertiefungen führt bei weiterer Trocknung dann zur Kristallisation, bei Wiederbefeuchtung auch zur Hydratation der Salze und zur oberflächigen Absprengung von Gesteinskörnern. Damit wird die anfänglich kleine Vertiefung erweitert. In größeren Hohlräumen finden sich oft lose Häufchen von abgesprengten Gesteinskörnchen und Salz am Boden, die auch nach dem Ausräumen immer wieder neu entstehen. Auf diese Weise können sich Alveolen vertiefen und auch mit benachbarten Höhlchen „zusammenwachsen“, indem die Wände / Stege dazwischen unterhöhlt werden. Die vergipste Oberfläche bleibt dagegen aufgrund der weniger ausgeprägten Verwitterungsaktivität des Gipses verhältnismäßig stabil. Dieses durch Detailuntersuchungen an Fassaden nachgewiesene Muster der Verwitterung in der „reiferen“ Phase der Alveolenbildung entspricht weitgehend dem bereits von Beyer 1911 aufgrund von Beobachtungen an natürlichen Aufschlüssen vorgeschlagenen kombinierten Wirken leicht- und schwerlöslicher Salze.

Weitere Detailuntersuchungen an anderen Fallbeispielen sind erforderlich, um die Dynamik der Verwitterung und die Einflussfaktoren auf die Bildung von Alveolen an Baugesteinen noch umfassender zu verstehen.

Literatur[Bearbeiten]

[Beyer:1911]Beyer, O. (1911): Alaun und Gips als Mineralneubildungen und als Ursachen der chemischen Verwitterung in den Quadersandsteinen des sächsischen Kreidegebiets. Zt. dt. geol. Ges., 63 (4), 429-467Link zu Google Scholar
[Haeberle:1915]Häberle, Daniel (1915): Die gitter-, netz- und wabenförmige Verwitterung der Sandsteine. Geologische Rundschau, 6 (4), 264-285, Webadresse, 10.1007/BF01797404Link zu Google Scholar
[Huinink.etal:2004]Huinink, H. P.; Pel, L.; Kopinga, K. (2004): Simulating the growth of tafoni. Earth Surface Processes and Landforms, 29 (10), 1225--1233, Webadresse, 10.1002/esp.1087Link zu Google Scholar
[Pauly:1976]Pauly, J.-P. (1976): Le Rôle des chlorures dans les maladies alvéolaire et desquamante. In:: Proceedings of the 2nd International Symposium on Deterioration of Building Stones, Athens 1976,Universite Technique Nationale 79-91Link zu Google Scholar
[Pauly:1976a]Pauly, Jean-Pierre (1976): Maladie Alveolaire Conditions de Formation et D'Evolution. In: Rossi-Manaresi, Raffaella (Hrsg.): The Conservation of Stone I, Proceedings of the International Symposium, Bologna, June 1975,Centro per la conservazione delle sculture all'aperto, Bologna 55-80Link zu Google Scholar
[Siedel:2008]Siedel, Heiner (2008): Salt-induced alveolar weathering of rhyolite tuff on a building: causes and processes. In: Ottosen, Lisbeth M.; Rörig-Dalgaard, Inge; Larsen , Poul Klenz; Brajer, Isabelle; Bøllingtoft, Peder; Marciniak, Mette; Svane, Maja (Hrsg.): Salt Weathering on Buildings and Stone Sculptures, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark, 79-88Link zu Google ScholarLink zum Volltext
[Siedel:2010]Siedel, Heiner (2010): Alveolar weathering of Cretaceous building sandstones on monuments in Saxony, Germany. In: Prikryl, R; Torok, A. (Hrsg.): Natural Stone Resources for Historical Monuments. Geological Society, London, Special Publications, Geological Society, London, 11-23, Webadresse, 10.1144/SP333.2Link zu Google Scholar

Als Phase wird ein stofflicher Zustand bezeichnet, der in sich, makroskopisch betrachtet, homogen ist.