Wie steuern Hangrutschungen die Gesteinsverwitterung?

Chemische Gesteinsverwitterung ist über geologische Zeitskalen eine wichtige Steuergröße für die Stabilität des Klimas. Die Verwitterung wiederum hängt stark von den mechanischen Erosionsprozessen in ihrem Einzugsgebiet ab.

Sehr hohe Erosionsraten in aktiven Gebirgsketten führen aber dazu, dass aufgrund der Menge an erodierten Gesteinen und Sedimenten die Verwitterung mit der Erosion nicht Schritt halten kann. Dieser scheinbar einfache Kausalzusammenhang wird nun von einem deutsch-französischen Team von Geowissenschaftlern in Frage gestellt.

In den Südalpen Neuseelands stellten sie fest, dass Hangrutschungen trotz der vergleichsweise kleinen Fläche, die von ihnen betroffen ist, die Verwitterung des von ihnen erodierten Gesteins enorm beschleunigen (aktuelle online-Ausgabe Nature Geoscience, 30.11.2015)

Die Wissenschaftler untersuchten den Zusammenhang zwischen Hangrutschungen und Verwitterung mit geochemischen Verfahren. Dazu nahmen sie Proben von Wasser aus dem Untersuchungsgebiet. Verschiedene Abflüsse wurden miteinander verglichen: Sickerwasser am Fuß der Geröllkegel, Bäche mit kleinem Einzugsgebiet und Flüsse mit großem Einzugsgebiet.

Das Untersuchungsgebiet in Neuseeland ist durch starke Niederschläge und durch Erdbeben geprägt, beides Prozesse, die Hangrutschungen verursachen. Die Geoforscher stellten einen engen Zusammenhang zwischen der Wasserchemie und dem Auftreten von Bergstürzen fest.

Als Indikator diente das Elementverhältnis von Natrium zu Kalzium in den Wasserproben, das eine eindeutige Unterscheidung des Oberflächenwasser von Grundwasser oder hydrothermalen Quellen erlaubt.

„Über die ganze Skala, von einzelnen Berghängen bis hin zum vollständigen Gebirgszug, spiegelt sich die Verwitterung des Gebirges in einem typischen Muster in der chemisch gelösten Fracht des Wassers wider,“ erklärt Robert Emberson vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ. Diese typischen Muster stehen mit den Gebieten, in denen Bergstürze aufgetreten sind, eng in Verbindung.

„In Gebieten, wo Bergstürze bereits vor längerer Zeit auftraten, kann noch über den Zeitraum von Dekaden anhand der heutigen Wasserchemie auf eine erhöhte chemische Verwitterung genau in diesem Gebiet rückgeschlossen werden“, so GFZ-Forscher Emberson.

Denn obwohl Hangrutschungen und die damit verbundene mechanische Erosion des Gesteins jeweils nur jeweils kleine Teile der Landschaft betreffen, führen sie zu einer gewaltigen Vergrößerung an frischen Gesteinsoberflächen: jeder kleine Gesteinsbrocken der Hangrutsch-Ablagerung bietet eine Oberfläche, an der das durch die vielen kleinen Lücken sickernde Wasser chemische Prozesse in Gang setzen kann.

Weil das Wasser nicht mehr rasch an der Oberfläche abläuft, sondern langsam durch das Geröll sickert, entstehen so beste Vorraussetzungen für die chemische Verwitterung des Gesteins. Mit anderen Worten: das chemische Verwittern wird in tektonisch aktiven Gebirgszügen durch Hangrutschungen gesteuert. Die möglich Auswirkung dieses Effektes auf das globale Klima muss noch weiter untersucht werden.

Robert Emberson, Niels Hovius, Albert Galy and Odin Marc: “Chemical weathering in active mountain belts controlled by stochastic bedrock landsliding”, Nature Geoscience, advance online publication, 30.11.2015, Doi: 10.1038/NEO2600