Frostverwitterung

Frostverwitterung am Waterpocket Fold, einer Bergkette im Capitol Reef Nationalpark in Utah, USA
Frostverwitterung am Waterpocket Fold, einer Bergkette im Capitol Reef Nationalpark in Utah, USA
Bildquelle: Schütt 1999

Die Frostverwitterung ist - wie die Insolationsverwitterung - eine Form der Temperaturverwitterung. Diese beruht auf Temperaturschwankungen, die in diesem Fall bis über den Gefrierpunkt hinweg eintreten. Verschiedene Einzelprozesse wirken bei der Frostverwitterung zusammen:

  • Volumenänderungen an der Oberfläche des Gesteins: Ein Mechanismus ist die alternierende Expansion und Kontraktion des Gesteinsvolumens aufgrund von Temperaturschwankungen. Dies führt zu Spannungen innerhalb des Gesteisverbandes, die zum Gesteinszerfall beitragen (vergleiche Temperaturveritterung)
  • Volumenausdehnung von Wassers beim Gefrieren: Das in die Gesteinsklüfte eingedrungenen Wasser dehnt sich beim Gefrieren um ungefähr 9% aus (Eitel 2001, S. 21). Aufgrund des Gefrierens von Wassers in mehr oder weniger geschlossenen Hohlräumen, entstehen erhebliche Drücke. Dies führt in oberflächennahen Poren und Rissen des Gesteins zur Frostsprengung. Die Sprengung kann einzelne Körner oder ganze Blöcke vom Gesteinsverband trennen beziehungsweise große Blöcke in kleine zerlegen. Zudem kann die sprengende Wirkung des Frostes in tiefere Gesteinsschichten reichen. Gefriert das Wasser rasch, dann übt das sich ausdehnende Eis einen zunehmenden hydrostatischen Druck auf das noch flüssige Wasser darunter aus (kryostatischer Druck). Diesen Vorgang bezeichnet man als Gefrierdruck-Sprengung. Frost- und Gefrierdruckspannung sind häufig in ihrer Wirkung überschätzt worden. Von daher sollte der Begriff Frostsprengung nicht synonym mit Frostverwitterung verwendet werden.
  • gerichtetes Wachstum von Eiskristallen: Die Eiskristalle wachsen senkrecht ausgerichtet von der Anfrierfläche weg. Dies kann zu einem Druck führen, der etwa dem Achtfachen der maximalen Zugfestigkeit von Gestein (250 kp/cm2) entspricht (Eitel 2001, S. 22). 
  • Dehydratisierung: Auch die Eigenschaft des Eises, Wasser aus der umgebenden Luft oder dem Boden anzuziehen und zu segregieren, spielt bei der Frostverwitterung eine Rolle, da hierdurch Schrumpfungsrisse und Spalten entstehen können.

Diese Mechanismen führen bei häufigen Frostwechseln zum fortschreitenden Zerfall der Gesteine. Die Verwitterungsprodukte der Frostverwitterung werden oft als Frostschutt bezeichnet.

Förderfaktoren:

Faktoren, die unter anderen die Frostverwitterung begünstigen, sind:

  • häufig Frostwechsel
  • ausreichendes Wasserangebot
  • starke Klüftung und ausgeprägte Gesteinsschichtung

Auftreten der Frostverwitterung

Die Frostverwitterung ist in allen Klimagebieten mit mindestens zeitweiligem Bodenfrost wirksam. Besonders intensiv tritt diese in folgenden Regionen auf:

  • in den polaren und subpolaren Gebieten
  • in Hochgebirgen
  • in Kontinentalgebieten mit strengen Wintern