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Erosion (Geologie)
Als Erosion (von lat. erodere, dt. abnagen) bezeichnet man im geowissenschaftlichen Sinn die Zerstörung bzw. Schaffung von Oberflächenformen durch die Abtragung von mehr oder weniger stark verwitterten Gesteinen einschließlich der Böden (siehe → Bodenerosion). Hierbei wird im Wesentlichen zwischen linienhafter (linearer) und flächenhafter Erosion unterschieden.
Unter linienhafter Erosion versteht man die Eintiefung der Erdoberfläche durch abfließendes Wasser in kleinen, kurzlebigen Rinnsalen (Rillenerosion) oder in Fließgewässern (dann als fluviatile oder Flusserosion bezeichnet). Eine andere und derzeit auf der Erde weniger weit verbreitete Form linienhafter Erosion erfolgt durch Gebirgsgletscher (Exaration oder Glazialerosion). Die entstehenden Talformen sind V-förmig (Kerbtal) bei fluviatiler und U-förmig (Trogtal) bei glazialer Erosion.
Hingegen erfolgt flächenhafte Erosion äolisch (durch Wind), marin (durch Meeresbrandung und -Strömung), glazial durch Inlandeis und gelegentlich auch direkt durch Niederschläge. Die großflächige Abtragung und Einebnung ganzer Landoberflächen wird als Denudation bezeichnet.
Lineare und flächenhafte Erosion sind nicht vollständig voneinander abgrenzbar und maßstabsabhängig. So kann kleinmaßstäbige Rillenerosion letztlich auch flächenhaft wirken (insbesondere z. B. bei Bodenerosion). Auch geht z. B. in Eiszeiten oder in besonders hohen Breiten die lineare Erosion von Gebirgsgletschern in die flächenhafte Erosion von Inlandeisgletschern über.
Grundlegendes
Natürliche Erosion erfolgt unter Beteiligung eines strömenden Mediums, wobei es sich in den allermeisten Fällen entweder um flüssiges Wasser, Eis oder Luft in Form von Wind handelt.
Das Material des Untergrundes, welches vorher oft durch Verwitterung physikalisch und chemisch zu Lockermaterial (Gesteinsschutt, Sand, Boden) umgewandelt wurde, wird abgeführt, wenn die durch das strömende Medium erzeugte Scherspannung auf die zu erodierenden Partikel stärker ist als die Haftreibung der Partikel untereinander. Die dazu benötigte Strömungsgeschwindigkeit ist umso höher, je niedriger die Dichte des Mediums ist, d.h. Erosion durch Wind erfordert bei gleicher Erosionswirkung höhere Strömungsgeschwindigkeiten als die Erosion durch Wasser. Eine Ausnahme bildet hier die Erosion durch Eis. Obwohl die Dichte von Eis geringfügig niedriger ist als die des Wassers, erfolgt Erosion durch Eis bereits bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Hier ist eher die Größe und damit die Masse eines Eiskörpers, in der Regel ein Gletscher, ausschlaggebend für die Erosionswirkung. Zudem spricht man bei der Bewegung von Eis nicht von „Strömen“, sondern von „Fließen“ oder „Kriechen“,
Erodiertes Material, das bereits vom strömenden bzw. fließenden Medium mitgeführt wird, kann dessen Erosionswirkung deutlich erhöhen.
Das Ausmaß der Erosion, welche durch die oben genannten Mechanismen hervorgerufen wird, hängt auch maßgeblich von der Geologie, sprich: der Beschaffenheit des Untergrundes ab. Die Erosionswirkung ist umso stärker, je geringer die Erosionsresistenz des Untergrundes ist. Speziell linienhafte Erosion setzt bevorzugt dort an, wo der Untergrund lokal die geringste Erosionsresistenz besitzt.
Die Erosionsresistenz des Untergrundes ist abhängig von der Gesteinsart, aus dem er besteht. Lockermaterial ist leichter erodierbar als solider Fels, Sand also leichter erodierbar als Sandstein. Feinkörniges Material ist leichter erodierbar als grobkörniges Material, Tonstein also leichter erodierbar als Sandstein. Magmatische Gesteine, wie Basalt oder Granit sind in der Regel schwerer erodierbar als Sedimentgesteine. Tektonische Schwächung durch Klüfte und Störungen verringert allgemein die Erosionsresistenz des Untergrundes.
Formen der Erosion
Je nach erodierendem Medium und dessen Erscheinungsform unterscheidet man:
Flusserosion (fluviatile Erosion)
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Flusserosion (fluviatile Erosion), eine lineare Erosionsform, ist die Schaffung von Einschnitten in die Landoberfläche durch die Tätigkeit von Fließgewässern (Bäche, Flüsse); das Ausmaß ihrer Wirkung ist speziell abhängig von:
- Wassermenge des Fließgewässers
- Wasserturbulenz und mitgeführtem Material
- bestehende Geländemorphologie (Gefälle)
Ausgangspunkt für jede fluviale Erosion ist ein Quellaustritt, von wo aus das Wasser, der Schwerkraft folgend, in tiefer liegendes Gelände fließt. Je größer das Gefälle ist, desto größer ist die Fließgeschwindigkeit des Wassers und desto stärker ist damit die Erosionswirkung. Ein Wasserlauf formt so im Laufe von Jahrtausenden ein V-förmiges Tal (Kerbtal).
Durch die Materialabführung (auch als Ausräumung bezeichnet) schneidet sich der Fluss beständig weiter in Quellrichtung in den Untergrund ein. Dieser Vorgang heißt rückschreitende Erosion und kann in besonderen Fällen zur Flussanzapfung führen.
Die mit der Erosionswirkung eines Fließgewässers einhergehende Vertiefung des Flussbettes wird als Tiefenerosion (oder Sohlenerosion, da die Sohle, der tiefste Bereich der Fließrinne, bevorzugt erodiert wird), seine Verbreiterung nach der Seite als Seitenerosion bezeichnet. Bei schnell fließenden Gebirgsflüssen mit starkem Gefälle überwiegt die Tiefenerosion. Bei träge fließenden Flüssen mit geringem Gefälle überwiegt die Seitenerosion, was dann in der Regel zur Mäanderbildung führt.
Weil das Gefälle eines Flusses in Richtung Mündung abnimmt, wird auch ihre Fähigkeit zum Materialtransport immer geringer. Den stärksten Gefälleunterschied erfahren lange Flüsse, die im Hochgebirge entspringen, dann eine Tiefebene durchqueren und schließlich ins Meer münden. Können solche Flüsse anfangs noch Kiesel und Sand mitführen, sind es im Mündungsbereich meist nur noch Schwebeteilchen. Alles Material, für das die Transportkraft nicht mehr ausreicht, wird auf dem Weg von der Quelle zur Mündung im Flussbett abgelagert (Sedimentation). Die absolute Erosionsbasis eines Flusses ist das Höhenniveau, unterhalb dessen seine Erosionswirkung gleich Null ist, in der Regel ist dies der Meeresspiegel. Im Flusslauf liegende Ebenen und Seen können jedoch lokale Erosionsbasen mit erhöhter Sedimentationsrate darstellen.
Über einen gegebenen geologischen Zeitraum hinweg kann es in einem Gebiet zu mehrfachem Wechsel zwischen Erosions- und Sedimentationsphasen kommen, entweder verursacht durch tektonische Hebungs- und Senkungsvorgänge der Erdkruste und deren Auswirkung auf das Flussgefälle oder die Anhebung oder Absenkung der absoluten Erosionsbasis durch Schwankungen des Meeresspiegels. Wird mehr sedimentiert als erodiert, sind diese periodischen Wechsel in der Sedimentabfolge des entsprechenden Gebietes durch das Auftreten von Erosionsdiskordanzen dokumentiert. Wird mehr erodiert als sedimentiert, existiert für den betrachteten Zeitraum keine Sedimentabfolge.
In relativ kurzen Zeiträumen kann die Erosionswirkung eines Flusses starken Schwankungen unterworfen sein. Dies gilt in erster Linie für Gebirgsflüsse, welche den Hauptteil ihrer Erosionsarbeit leisten, wenn sie durch starke oder anhaltende Regenfälle ein vielfaches ihrer üblichen Wassermenge führen.
Anthropogener Einfluss auf die natürliche Flusserosion
Die Begradigung und Eindeichung von Bach- und Flussläufen, die Trockenlegung und Aufschüttung von Auengebieten, die zusätzliche Einleitung von Wasser in Fließgewässer (z.B. durch Klärwerke) oder, in einigen Fällen, die künstliche Veränderung der Ufervegetation führen bei zahlreichen Fließgewässern zumindest lokal zu einer Veränderung des Strömungsregimes, was sich in erster Linie in einer Erhöhung der Fließgeschwindigkeit äußert. Dies ruft eine Zunahme der Tiefen- bzw. Sohlenerosionsrate und damit eine beschleunigte Eintiefung der Fließrinne der betroffenen Gewässer hervor (in diesem Zusammenhang wird der Begriff Sohlenerosion auch speziell als anthropogen verursachte, beschleunigte Tiefenerosion definiert). Die Folgen sind Schäden in den mit den jeweiligen Gewässern verknüpften Ökosystemen, u.a. durch die Austrocknung der zunehmend über dem Gewässerniveau liegenden, verbliebenen natürlichen Auengebiete, sowie eine stärkere Hochwassergefährdung der Regionen an den Unterläufen durch das schneller abfließende Hochwasser der Oberläufe[1] (siehe dazu auch → Anthropozän).
Rillenerosion
Rillenerosion ist eine in kleinem Maßstab lineare, in großem Maßstab flächenhafte Erosionsform, bei der Niederschlagswasser oberflächlich in kleinen, kurzlebigen Rinnsalen hangabwärts fließt und dabei Material des Untergrundes mit sich führt. Dort, wo das Wasser sich sammelt, wäscht es meist Rinnen aus. Oft fließt das abgeführte Material zusammen mit dem Wasser über die Rinnen in das nächstgelegene Gewässer. Rillenerosion spielt eine Rolle bei der Verbreiterung von Tälern und der Einebnung von Bergen
Rillenerosion ist zudem ein bedeutender Mechanismus bei der Bodenerosion.
Eine spezielle Erosionsrinne, die nur in Trockengebieten auftritt, ist das Wadi (Arroyo).
Gletschererosion (glaziale Erosion)
In Gebieten mit entsprechend kaltem Klima (Hochgebirge, Polargebiete) bilden sich Gletscher. Diese bewegen sich ebenso talwärts wie das Wasser der Flüsse, jedoch nur mit einigen Metern im Jahr, was aber zu ebenso deutlichen Erosionserscheinungen führt. Im Unterschied zu den meist V-förmigen Flusstälern (Kerbtäler) erzeugen die Gletscher U-förmige Talquerschnitte (Trogtäler), deren typische Form auch nach dem Abschmelzen noch auf ihre glaziale Entstehung schließen lässt.
Gletschererosion ist ebenfalls primär linear. Während Eiszeiten oder in den heutigen Polargebieten (Antarktis, Grönland) bedecken Gletscher riesige Gebiete, sodass ihre Erosionswirkung dort flächig ist.
Abrasion (marine Erosion)
Diese Erosionsform greift das Festland auf breiter Front an und lässt sich besonders gut an Steilküsten beobachten. Dort führt die Arbeit der Brandung am Kliff zur Entstehung von Brandungshohlkehlen und anderen, ähnlichen Hohlräumen im Gestein, die mit der Zeit einstürzen. Dadurch wird die Küstenlinie ins Landesinnere zurückgedrängt und auf Meeresniveau entsteht eine immer breiter werdende Fläche, die Abrasionsplatte (auch: Brandungsplattform oder Felsschorre).
Abrasion ist linear bis flächig.
Winderosion (äolische Erosion)
Wind wirkt vor allem dann erosiv, wenn er viel Material (Staub, Sand) mit sich führt (äolischer Transport), das dann ähnlich einem Sandstrahlgebläse am anstehenden Gestein des Untergrundes nagt (siehe z. B. Pilzfelsen). Dies tritt bevorzugt in ariden Gebieten (Wüste) bei geringer Vegetation und starker physikalischer Verwitterung auf. Winderosion ist vollflächig.
Bei der Winderosion wird unterschieden nach Deflation (bezeichnet das Wegblasen von Feinpartikeln, die bei der Verwitterung angefallen sind) und Korrasion (bezeichnet die aktive Erosion, also die abschleifende Wirkung auf Felsen und Steine durch Sandpartikel).
Unterbegriffe, Kleinformen der Erosion
- Abspülung, auch Denudation, ist flächenhafte Erosion durch Regenwasser.
- Piping (Röhrenbildung) ist eine Form der inneren Erosion, bei der röhrenartige Kanäle entstehen.
- Efforation ist Erosion unter hohem Wasserdruck.
- Weltraum-Erosion: Oberflächenzerstörung durch Meteoriteneinschläge, Sonnenwind und kosmische Strahlung – spielt auf der Erde durch die dämpfende Wirkung der Atmosphäre und des Magnetfelds eine geringere Rolle, und ist in der astronomischen Geologie von Bedeutung
Submarine Erosion
Neben all den oben genannten Erosionsprozessen, die oberhalb des Meeresspiegels ablaufen, findet auch unterhalb des Meeresspiegels Erosion statt. Am bekanntesten ist die linienhafte Erosion des Kontinentalhanges durch Trübeströme.
Erosion auf anderen Planeten
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Durch Winderosion geprägte Landschaft (Deflationsebene) in der Ahaggar-Region in Algerien (links) und auf Chryse Planitia, Mars (rechts).
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Überall dort, wo ähnliche physikalische Voraussetzungen wie auf der Erde herrschen, können entsprechende Erosionsprozesse auch auf anderen Planeten stattfinden. Besonders gut bekannt ist dies vom Nachbarplaneten Mars, wo Erosionsrinnen beobachtet wurden, die eindeutig auf fließendes Wasser zurückgehen. Es handelt sich dort aber nicht um echte fluviatile Erosion, denn die Wasserströme, welche diese Rinnen formten, sind aufgrund der dünnen Atmosphäre des Mars sehr kurzlebig.
Die aktuell vermutlich einzige sowohl auf der Erde als auch dem Mars aktive Erosionsform ist Winderosion, wobei die Windgeschwindigkeiten, die eine ausreichende Scherspannung für den Materialtransport erzeugen können, wegen der geringen Dichte der Atmosphäre auf dem Mars um ein vielfaches höher sein müssen als auf der Erde.
Siehe auch
Literatur
- Hans-Rudolf Bork, Helga Bork, Claus Dalchow: Landschaftsentwicklung in Mitteleuropa. Wirkungen des Menschen auf Landschaften. Klett-Perthes, Gotha u. a. 1998, ISBN 3-623-00849-4.
- Roland Brinkmann: Abriss der Geologie. Band 1: Allgemeine Geologie. 14. Auflage, neu bearb. von Werner Zeil. Enke, Stuttgart 1990, ISBN 3-432-80594-2.
- Christiane Martin, Manfred Eiblmaier (Hrsg.): Lexikon der Geowissenschaften. 6 Bände. Spektrum, Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 2000-2002, ISBN 3-8274-1655-8.
- Hans Murawski: Geologisches Wörterbuch. 7., durchgesehene und erweiterte Auflage. Enke, Stuttgart 1977, ISBN 3-432-84107-8.
- Frank Press, Raymond Siever: Allgemeine Geologie. Eine Einführung. Spektrum, Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg u. a. 1995, ISBN 3-86025-390-5.
- Gerold Richter (Hrsg.): Bodenerosion. Analyse und Bilanz eines Umweltproblems. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 2001, ISBN 3-534-12574-6.
Weblinks
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