Original paper

Experimental weathering of selected non-calcareous rock types under wet/moist conditions

Beylich, Achim A.; Gustavsson, Marcus; Kolstrup, Else

Abstract

This experiment outlines chemical and physical weathering of selected non-calcareous rock types during the time between November 2002 and February/March 2004. Parallel series of rock specimens were placed in boxes and half covered by water. One set was exposed to different temperature amplitudes in a freeze room, i.e., a simulated periglacial environment, another set was placed outdoor in a temperature environment with a mean annual temperature of c. +6°C, and four samples were placed in an office with a temperature of 21°C ± 3°C throughout. Electric conductivity, ion composition and pH values of the water together with the resulting amount of debris were determined for all samples at the termination of the experiment. In addition the electric conductivity and the debris were noted at intervals during the experiment. All samples experienced chemical weathering and the Freeze room and the Outdoor samples also underwent physical weathering to various extent. Generally speaking the highest degree of physical weathering was found in the Freeze room samples, but the pattern was not consistent. The relative importance of chemical weathering on the other hand seems more related to rock type than to environmental conditions. In single cases there are hints to suggest quantitative dominance of chemical over physical weathering in the Freeze room series. A tentative relationship between weathering of the respective rock types and the landforms in the areas of their origin could be noted. In spite of the low sample number and simple investigation methods the results suggest that rates of chemical and physical weathering as well as their mutual importance is more complex than traditionally believed.

Kurzfassung

Parallele Sätze von Gesteinsproben wurden in definierte Boxen plaziert und bis zur halben Höhe mit Wasser umgeben. Ein Satz Gesteinsproben wurde in einem Frostlabor unterschiedlichen Temperaturwechseln ausgesetzt wodurch ein ,,periglaziales Environment simuliert wurde. Ein weiterer Satz Gesteinsproben wurde in gleicher Weise ,,Outdoor in einem Temperatur-Environment mit einer mittleren Jahrestemperatur von ca. + 6 Grad Celsius installiert, und vier Gesteinsproben wurden, ebenfalls in Boxen und mit halber Wasserbedeckung, in einem Raum mit einer konstanten Temperatur von 21°C ± 3°C plaziert. Am Ende des Verwitterungsexperiments wurden die elektrische Leitfahigkeit, die Ionenzusammensetzung und die pH-Werte des Wasser in sämtlichen Boxen sowie das in den Boxen angesammelte feste Verwitterungsmaterial bestimmt. Zusätzlich wurden die elektrische Leitfähigkeit des Wassers und das in den Boxen angesammelte feste Verwitterungsmaterial in mehreren Intervallen während des Experimentes gemessen. Alle Gesteinsproben erfuhren chemische Verwitterung und die im Frostlabor sowie ,,Outdoor installierten Gesteinsproben erfuhren zusätzlich physikalisch-mechanische Verwitterung mit variierenden Intensitäten. Die höchsten Intensitäten physikalisch-mechanischer Verwitterung wurden allgemein im Frostlabor verzeichnet, wobei kein definiertes Muster erkennbar war. Die relative Bedeutung der chemischen Verwitterung erscheint wiederum mehr vom Gesteinstyp als von den Umweltbedingungen abhängig. Im Frostlabor deutet sich in Einzelfällen eine quantitative Dominanz der chemischen über die physikalisch-mechanische Verwitterung an. Ein gewisser Zusammenhang zwischen der im Experiment festgestellten Verwitterung und den in den Probennahmegebieten vorliegenden Oberflächenformen konnte festgestellt werden. Trotz der geringen Anzahl der verwendeten Gesteinsproben und der Einfachheit der im Experiment angewendeten Methoden konnten Ergebnisse erzielt werden die andeuten, dass die Betrachtung von Verwitterungsraten und der gegenseitigen Bedeutung von chemischer und physikalisch-mechanischer Verwitterung komplexer ist als bisher angenommen.