Exogene processen

De aardkorst wordt voortdurend afgebroken als gevolg van exogene processen. De afbraak van de aardkorst gebeurt achtereenvolgens door verwering, erosie en sedimentatie. Hierbij spelen wind, water en ijs een grote rol. Op een tijdsschaal van honderden miljoenen jaren kunnen gebergten volledig zijn verdwenen door fysische en chemische verweringsprocessen en daaropvolgende erosie van het losgekomen gesteente. Ten slotte kunnen ook kosmische krachten zoals meteorieten het uiterlijk van de aardkorst veranderen.

Exogene processen (ookwel exogene krachten genoemd) spelen zich af aan de oppervlakte van de aardkorst (exogeen = buiten ontstaand). Exogene processen verminderen het reliëf, dat is ontstaan als gevolg van endogene processen. Exogene processen en endogene processen vormen dus het uiterlijk van de aardkorst, ookwel geomorfologie genoemd. De energie die nodig is voor de afbraak van gesteente is voornamelijk afkomstig uit de straling van de zon. In veel mindere mate worden exogene krachten door de maan (getijden) en door andere kosmische krachten (inslagen van meteorieten) teweeggebracht. De invloed van exogene processen op een bepaald gebied is in hoge mate afhankelijk van het klimaat. Over het algemeen kan namelijk gesteld worden dat afbraak van gesteente sneller plaatsvindt in natte gebieden.

De aardkorst wordt in drie achtereenvolgende stappen afgebroken:

• verwering
• erosie
• sedimentatie

Ook meteorietinslagen spelen een rol bij de afbraak van de aardkorst. Het komt echter niet vaak voor dat een grote meteoriet op aarde inslaat. Hierdoor is de bijdrage van meteorieten aan exogene processen erg klein.

 

Verwering

Wanneer gesteente onbeschut aan het aardoppervlak komt te liggen, wordt het blootgesteld aan fysische, chemische en biologische processen die gezamenlijk ‘verwering’ worden genoemd. Doorgaans verkruimeld of verzwakt het gesteente als gevolg van verwering. Het verschil met erosie is dat bij verwering het gesteente niet verplaatst hoeft te worden.

Het gesteente, dat meestal is opgebouwd onder invloed van endogene processen, ondergaat bij verwering de eerste stap in de richting van afbraak. Er zijn twee vormen van verwering te onderscheiden, namelijk:

• Mechanische (fysische) verwering
• Chemische verwering

 

Mechanische (fysische) verwering

Mechanische verwering of fysische verwering is het proces waarbij gesteenten uiteenvallen tot gruis, zonder dat daarbij de chemische structuur verandert. Mechanische verwering wordt meestal veroorzaakt door verandering in druk of temperatuur.

Alle gesteenten hebben van nature zwakkere plekken waar barsten kunnen ontstaan. Wanneer gesteente aan het aardoppervlak komt, verdwijnt een groot deel van de warmte en de druk die het gesteente omringde toen het zich nog dieper in de aardkorst bevond. Hierdoor afkoelt het gesteente af en krimpt het, waardoor barsten ontstaan. Water dringt vervolgens deze barsten binnen. Wanneer water bevriest, zet het met bijna een tiende van zijn volume uit. Dit veroorzaakt enorme krachten op het omringende gesteente en verstrekt het proces van barstvorming. Is er eenmaal een cyclus van bevriezen en ontdooien tot stand gekomen, dan valt het gesteente uiteindelijk uiteen.

Ook door sterke temperatuurschommelingen zullen gesteenten uitzetten en weer inkrimpen. In een woestijn, waar het verschil in temperatuur tussen dag en nacht groot is, is fysische verwering het meest voorkomende verweringsproces.

Ten slotte dragen ook de wortels van planten bij aan de mechanische verwering van gesteenten. Wortels en zaden kunnen namelijk in barsten in het gesteente binnendringen. Wanneer deze vervolgens gaan groeien worden grote krachten op het gesteente uitgeoefend, waardoor het kan splijten.

 

Chemische verwering

Chemische verwering kan leiden tot de afbraak van bepaalde mineralen in het gesteente en het ontstaan van nieuwe mineralen. Bij chemische verwering verandert de samenstelling van het gesteente dus wel. In warme, natte klimaten vindt chemische verwering veel sneller plaats dan in droge omstandigheden. Dit komt omdat chemische processen sneller plaatsvinden in een omgeving met water en hoge temperaturen.

Het proces van chemische verwering wordt versterkt door de aanwezigheid van voldoende water (regen), dat met koolstofdioxide in de atmosfeer een zure oplossing vormt. Wanneer deze zure oplossing in de bodem wegzakt, worden bepaalde mineralen (met name calciumcarbonaat) via een omkeerbare chemische reactie opgelost. Omdat kalksteen gemakkelijk in zuur water oplost, kunnen in gesteente dat voornamelijk bestaat uit kalksteen grotten en tunnels ontstaan. Vervolgens kan in zulke holtes de kalksteen weer uit de oplossing neerslaan en andere gesteenteformaties vormen, zoals stalactieten en stalagmieten. Dit is echter een zeer langzaam verlopend proces.

Proces van chemische verwering van kalksteen in formulevorm:

Als CO₂ in water wordt opgelost, wordt het water zuurder door het ontstaan van oxonium-ionen (H₃O⁺). In de vorm van molecuulformules ziet de vorming van oxonium-ionen uit water en koolzuur er als volgt uit:

 

     CO₂ (aq) + 2 H₂O (l) ↔ H₃O⁺ (aq) + HCO₃^- (aq)

 

Water verkeert altijd in een evenwicht tussen H₂O en OH^-. Dit evenwicht ziet er in molecuulformule als volgt uit:

     2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Dit evenwicht ligt echter zeer ver naar links. Daarmee wordt bedoelt dat er maar zeer weinig moleculen H₃O⁺ ionen en OH^- ionen aanwezig zijn in een druppel water, en 99,999...% van de watermoleculen bevindt zich in de H₂O vorm. Omdat hier sprake is van een evenwicht zijn er echter wel een aantal H₃O⁺ ionen en OH^- ionen aanwezig, en verloopt het afbraakproces van kalksteen ook zonder dat er CO₂ aanwezig is. Dit proces verloopt echter zeer langzaam, door de zeer lage concentratie van H₃O⁺ ionen en OH^- ionen.

Zure regen bevat een hogere concentratie H₃O⁺ ionen. Dit verklaart dat zure regen kalksteen veel sneller verweert dan in de natuurlijke situatie (met een veel lagere concentratie H₃O⁺ ionen).

Kalksteen bestaat grotendeels uit calciumcarbonaat (CaCO₃). De verweringsreactie van kalksteen is als volgt:

     CaCO₃ (s) + H₃O⁺ (aq) → Ca²⁺ (aq) + HCO₃^- (aq) + H₂O (l)

Hierbij wordt het gesteente effectief afgebroken. Het gesteente is nu opgelost in water en kan nu wegzakken in de grond. Later kan het opgeloste gesteente weer uit de oplossing neerslaan, waardoor nieuw gesteente wordt gevormd. Bij het neerslaan van opgelost gesteente vindt de omgekeerde reactie plaats van de verweringsreactie van kalksteen. De reactie van het neerslaan van opgelost gesteente:

     Ca²⁺ (aq) + HCO₃^- (aq) + H₂O (l) → CaCO₃ (s) + H₃O⁺ (aq)

 

Ook organismen, en vooral micro-organismen, spelen een belangrijke rol bij de verwering van gesteenten. Zij breken het gesteente langs een biochemische weg af door middel van zuren. Zuren geproduceerd door korstmossen (waarschijnlijk de eerste organismen die het vastland koloniseerden) losten de mineralen in gesteenten op en bouwden deze vrijgekomen mineralen in hun cellen in. Wanneer deze korstmossen (zie figuur hiernaast) dood gingen, kwam hun organische materiaal in de bodem terecht. Na een lange tijd werd de bodem hierdoor geschikt voor de groei van de eerste hogere planten.

Ook bomen spelen een rol bij de afbraak van gesteenten, omdat zij (net als korstmossen) organische zuren uitscheiden die gesteenten aantasten.

Daarnaast bevatten vele gesteenten ijzerrijke mineralen, die blootgesteld aan zuurstof tot het roestbruine ijzeroxide verweren. Een bekent voorbeeld van verroest gesteente is de rode monoliet in het midden van de outback van Australië, Uluru genaamd (zie de figuur hiernaast).

Omdat veel kleine brokken steen samen een groter oppervlak hebben dan een groot stuk, zal door mechanische (fysische) verwering de chemische verwering gemakkelijker verlopen. Meer oppervlak betekent namelijk meer contactvlakken waar chemische reacties plaats kunnen vinden.

 

Erosie

Onder invloed van verwering worden gesteenten aan het aardoppervlak vergruisd. Het losse materiaal dat ontstaat, is onderhevig aan erosie. Erosie is het opnemen en transporteren van materiaal. In het algemeen gaat erosie volgens menselijke maatstaven zeer langzaam. Zo langzaam, dat de erosie-snelheid nauwelijks te meten is. De erosie-snelheid verschilt bovendien van plaats tot plaats en van tijd tot tijd. Zonder erosie zou verweringspuin zich ophopen op de plaats waar het ontstaat. Het belangrijkste element bij erosie is transport, waardoor puin wordt afgevoerd. Vier manieren waarop verweerd materiaal van nature getransporteerd wordt, zijn door beweging van:

• Water (watererosie)
• Lucht (winderosie)
• IJs (glaciale erosie)
• Zwaartekracht (zwaartekrachterosie)

De mens veroorzaakt ook transport van verweerd materiaal. Dit wordt ook wel antropogene erosie, en heeft waarschijnlijk een veel groter aandeel in het transport van verweerd materiaal, dan voorheen werd aangenomen. Ook dieren kunnen in geringe mate zorgen voor transport van verweerd materiaal.

 

Watererosie

Stromend water verandert het landschap voortdurend. Water kan losse gesteentefragmenten (sedimenten) optillen, die vervolgens een schurende werking uitoefenen op gesteenten.

Rivieren bannen zich een weg over het aardoppervlak, slijten hierbij dalen en kloven uit, en voeren sedimenten mee naar zee. De afstand waarover het sediment binnen een bepaalde tijd verplaatst wordt, hangt af van de grootte van het sediment en de sterkte van de stroming. Een bekend voorbeeld van een kloof die ontstaan is door een rivier, is de Grand Canyon in Arizona. De rivier de Colorado heeft in de loop van miljoenen jaren tijd het gesteente uitgelepen, waardoor een kloof onstond die op sommige plaatsen meer dan 1600 meter diep is.

Ook zeewater is een belangrijke eroderende kracht: golven breken de kust en veranderen hierdoor de kustlijn en creëren spectaculaire rotsformaties zoals grotten, steenbogen en pijlers. De 12 apostelen in Australië zijn een voorbeeld van de eroderende kracht van zeewater. Ooit maakten deze kalksteenblokken onderdeel uit van het land, maar door invloed van de kust met sterke stroming erodeerde het kalksteen eromheen. De twaalf apostelen zijn echer geen twaalf, zoals de naam doet vermoeden, maar waren er negen. Totdat op 3 juli 2005 een apostel in zee stortte, waardoor er nu nog acht over zijn.

 

 

Winderosie

Bewegende lucht kan reusachtige hoeveelheden sediment meevoeren. Overal waar onvoldoende vegetatie of vocht is om bodemdeeltjes vast te houden, kunnen losse korrels worden opgenomen en door de wind worden verplaatst. Materiaal dat door de wind wordt meegevoerd, is een effectief erosiemiddel, dat gesteenten tot allerlei vormen kan modelleren. Een goed voorbeeld hiervan zijn windkeien (figuur hiernaast). Windkeien zijn stenen die gezandstraald zijn door kleine deeltjes die door de wind worden meegevoerd.

Door los materiaal te verwijderen, stelt de wind gesteenten bloot aan verdere verwering en erosie, met als gevolg dat landoppervlakken actief door deze twee processen worden veranderd. Ook indirect draag de wind bij aan erosie, zo wordt door de wind de kringloop van water instant gehouden. Wind veroorzaakt eveneens golven en zeestromingen. Zonder wind zou water dus veel minder erosie veroorzaken.

 

 

Glaciale erosie

Gletsjers ontstaan in gebieden waar het hele jaar door ijs en sneeuw ligt, en waar in de winter meer sneeuw valt, dan er in de zomer smelt. Momenteel bestaat 10% van het landoppervlak van de aarde uit dit permanente ijs dat het landschap actief erodeert. De hoeveelheid en omvang van gletsjers neemt de laatste jaren echter zeer sterk af als gevolg van de opwarming van de aarde.

Een mengsel van ijs en stenen is een van de meest effectieve schuurmiddelen in de natuur. Het voortschrijdende ijs verwijdert los gesteentepuin en neemt dit in zich op, waardoor het onderliggende oppervlak wordt geschuurd en afgeschraapt, wat het landschap ingrijpend kan veranderen. De gevolgen die gletsjers hebben op het onderliggende gesteente worden pas zichtbaar wanneer het ijs gesmolten is.

 

Tot de klassieke producten van glaciale erosie behoren morenen (grote keien), de brede U-vormige dalen (zie de figuur hiernaast) en de puinwaaiers van meegevoerd gesteente. Deze puinwaaiers zijn karakteristiek voor gletsjers, en geven de grens aan tot waar het ijs zich heeft verplaatst.

 

Zwaartekrachterosie (massabeweging)

Zwaartekrachterosie of massabeweging is de verplaatsing van gesteenten, aarde of modder langs een helling, veroorzaakt door de zwaartekracht. De verplaatsing is meestal sterk beïnvloed door de aanwezigheid van water. Massabeweging is een belangrijk deel van het erosieproces, omdat het materiaal verplaatst van hoge naar lage gebieden. Vervolgens kan het materiaal verder worden meegenomen door water, ijs of wind.

Massabeweging is een proces dat constant werkt op alle hellingen. Sommige massabewegingen gaan erg langzaam, terwijl anderen juist erg snel gaan. De grootste massabewegingen zijn het gevolg van de instorting van een vulkaan, zoals bij de uitbarsting van Mount St. Helens in 1980. Het resultaat van de beweging van steenmassa's is vaak te zien als een puinhelling aan de voet van een steile rotswand of berg (zie de figuur hiernaast). Voorbeelden van massabewegingen zijn: aardverschuivingen, modderstromen, lahars en lawines.

 

Antropogene erosie

De laatste duizend jaar blijkt de mens voor een steeds toenemende erosie te zorgen. Daarbij gaat het met name om erosie die wordt veroorzaakt door de bouw en agrarische activiteiten. Uit onderzoek van Wilkinson, 2005 blijkt dat door de mens veroorzaakte erosie 5 tot 10 maal sneller plaatsvindt, dan de de erosiesnelheid in de afgelopen 542 miljoen jaar. Het snelle verdwijnen van de toplaag (met de vruchtbare bodem) kan er in de toekomst toe leiden dat het areaal aan vruchtbare grond op aarde drastisch zal verminderen.

 

Sedimentatie

Het eindproduct van verwering en erosie is sediment. Verweerd gesteente wordt door de werking van water, wind, ijs of massabeweging over het aardoppervlak verplaatst in een proces dat erosie wordt genoemd. Als deze beweging vertraagt, bijvoorbeeld wanneer een rivier in vlakker terrein aankomt, worden de met de stroming meegevoerde deeltjes afgezet, waarbij de zwaardere deeltjes het eerst bezinken. Dit noemen we sedimentatie. Sedimentatie is dus de afzetting en ophoping van sediment. Sedimentatie speelt een grote rol in de vorming van vruchtbaar land, doordat het afgezette materiaal nieuwe elementen en mineralen in de bodem brengt. Planten hebben deze mineralen nodig voor hun groei.

Sedimenten blijken voor ongeveer 85% te worden afgezet op de continenten (Wilkinson et al, 2005). Slechts 15% van het verweerde gesteente komt als sediment in de oceanen terecht. Van de hoeveelheid sediment die in de laatste 542 miljoen jaar gevormd is, bestaat 69% uit klastisch materiaal (zand, klei en grind), 28% uit carbonaten (vooral kalksteen en dolomiet) en zo'n 3% uit chemische afzettingen (steenzout en vuursteen).

 

Er zijn verschillende vormen van sedimenten te onderscheiden:

• Marine sedimenten: deze sedimenten ontstaan wanneer verweerde deeltjes worden afgezet in zee. Doordat deeltjes die in zee afgezet worden vaak al een lange reis door rivieren achter de rug hebben, zijn deze deeltjes vaak erg fijn. Een voorbeeld van een marien sediment is zeeklei.
• Eolische sedimenten: deze sedimenten zijn afgezet nadat ze door wind zijn getransporteerd. Voorbeelden van eolische sedimenten zijn dekzand en löss.
• Fluviatiele sedimenten: deze sedimenten ontstaan bij transport van verweerde deeltjes door een rivier. Voorbeeld van een fluviatiel sediment is rivierklei.
• Glaciale sedimenten: deze sedimenten zijn afgezet nadat ze door landijs of een gletsjer zijn getransporteerd. Voorbeelden van glaciale sedimenten zijn keileem en morenen en zwerfkeien.
• Vulkanische sedimenten: deze sedimenten zijn afgezet nadat ze door een vulkaanuitbarsting, en vervolgens de wind, zijn getransporteerd. Voorbeelden van vulkanische sedimenten zijn as- en aërosoldeeltjes en druppeltjes zwavelzuur.

 

Meteorietinslag

Ook een meteorietinslag wordt gerekend tot een exogeen proces. De aarde wordt regelmatig getroffen door puin uit de ruimte. In de afgelopen miljard jaar is de aarde door ongeveer 130.000 meteorieten getroffen die voldoende groot waren om een krater van minstens 1 kilometer te veroorzaken. Het gebeurt niet erg vaak dat een grote meteoriet inslaat, maar wanneer dit gebeurt kan dit een deel van de aardkorst behoorlijk veranderen.

 

Referenties:

1. Wilkinson, B.H., 2005. Humans as geologic agents: a deep-time perspective.

 

• disclaimer  | 
• contact  | 
• over vulkanisme.nl  | 
• privacy  | 
• sitemap