Original paper
Sandstone weathering and aspect in Petra, Jordan
Paradise, Thomas R.
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 46 Issue 1 (2002), p. 1 - 17
41 references
published: Feb 5, 2002
published online: Aug 2, 2018
ArtNo. ESP022004601001, Price: 29.00 €
Abstract
Ancient quarry surfaces in Petra, Jordan were studied in the hopes of assessing the effects of insolation on weathering. The Nabataeans prepared these vertical quarry surfaces by chiseling them to produce distinctive herringbone dressing patterns. These dressed faces were chosen because their surfaces were carved at the same time (100BCE to 100CE), are vertical surfaces with easy access, and have not been modified or obscured since their exposure. Using the original Nabataean-dressed surfaces as baselines, weathering features like tafoni, channels, and cavities were measured and mapped. Northern-facing surfaces exhibited the least weathering with 70 ± 10 % of the original stone-dressing apparent with no recesses exceeding 2 cm in any dimension. The relatively minor weathering occurring on northern faces can be attributed to decreased weathering from lichens, since they are rarely found on other surfaces, and that less sunlight permits less frequent wetting and drying cycles. Southern faces displayed 40 ± 10 % of the original dressing remaining with the scarce cavities rarely exceeding 15 cm in any dimension. The increased weathering on southern faces can be attributed to increased solar flux increasing daily heating and cooling cycles. Western faces and eastern faces, however, displayed the greatest surface recession with hardly any remaining original Nabataean stone-dressing (< 10 %) and numerous tafoni and cavities often exceeding 20 cm across. This was attributed to the ideal daily and yearly balance that occurs on these faces. It is speculated that the temperatures are hot enough to expand the rock, but also wet enough to cool it quickly - important cycles known to speed up rock weathering. These are important findings since prior research has shown the efficacy of wetting/drying and heating/cooling in arid region sandstone weathering, but this study may explain the unique balance between moisture and insolation-induced weathering through the comparison of differing aspects on similar sandstones under similar microclimates - a previously obscure relationship important in understanding the slow deterioration of Petra's important architectural heritage.
Kurzfassung
Sandsteinverwitterung und Ausprägung in Petra, Jordanien. - Die Oberflächen antiker Steinbrüche in Petra, Jordanien wurden in der Hoffnung untersucht, den Insolationseinfluss bei der Verwitterung bewerten zu können. Ausgewählt wurden verschiedene vertikal verlaufende Steinbruchwände, die das bei der nabatäischen Bruchtechnik entstehende typische Fischgrätmuster zeigen. Die Wände mussten zudem zeitgleich herausgehauen (100 BCE-100 CE) und seitdem nicht mehr bearbeitet worden sein. Auf der original nabatäischen Oberfläche wurden Verwitterungsformen wie Tafoni, Erosionsrinnen und andere Hohlräume aufgenommen und vermessen. Nordexponierte Oberflächen weisen die geringste Verwitterungsintensität mit 70 ± 10% Erhalt des Fischgrätmusters auf, sowie Musterunterbrechungen, die in keiner Richtung 2 cm überschreiten. Diese relativ geringe Verwitterung wird dem auf anderen Oberflächen kaum zu findenden Flechtenbesatz sowie dem Umstand zugeschrieben, dass durch die verminderte Sonneneinstrahlung weniger Feucht-Trocken-Wechsel stattfinden. Bei südexponierten Sandsteinwänden hingegen ist das Fischgrätmuster zu 40 ± 10% bereits zerstört. Die Narben im Muster zeigen bereits Ausdehnungen von bis zu 15 cm. Die starke Verwitterung kann auf den hohen solaren Energiefluß, verbunden mit einer hohen täglichen Temperaturamplitude, zurückgeführt werden. Die West- und Ostseiten weisen die größte Oberflächenzerstörung mit < 10 % Rest des ursprünglichen Bearbeitungsmusters auf. Die Verwitterungsformen erreichen Dimensionen von über 20 cm. Schuld daran ist die ideale Balance der Verwitterungsfaktoren im Tages- und Jahresablauf. Es kann vermutet werden, dass die Temperaturen dort hoch genug sind, den Fels zu expandieren, und dass gleichzeitig genügend Feuchte zur schnellen Abkühlung vorhanden ist. Aus früheren Studien ist bekannt, dass in ariden Gebieten den Zyklen aus Befeuchtung/Austrocknung und Aufheizung/Abkühlung große Bedeutung bei der Sandsteinverwitterung zukommt. Diese Arbeit möchte zusätzlich auf die Wichtigkeit der sich dabei einstellenden Gleichgewichte aufmerksam machen. Sie sind wichtig zum Verständnis des langsamen Zerfallsprozesses des Weltkulturerbes von Petra.
Résumé
Météorisation et aspect du grès à PétrayJordanie. - D’anciennes parois de carrières ont été étudiées à Pétra, en Jordanie, dans l’espoir de déterminer les effets de la thermoclastie dans la météorisation. Les Nabatéens préparaient ces surfaces verticales en les ciselant de motifs en forme en arêtes de poisson. Ces faces redressées ont été choisies parce que leurs surfaces ont été sculptées à la même époque (de 100 BC à 100 AC), parce qu’elles sont d’accès aisé, et parce qu’elles n’ont pas été remaniées depuis leur façonnement. En utilisant les surfaces de départ d’âge nabatéen, des microformes, telles que tafonis, chenaux ou cavités, ont été mesurées et cartographies. Les surfaces exposées au nord ont subi la météorisation la plus discrète puisque 70 ± 10 % de leur aspect originel sont préservés, avec un retrait qui n’excède pas 2 cm, quelque soit l’axe, même si les lichens sont relativement rares sur les autres surfaces. Les faces méridionales ne conservent que 40 ± 10 % de leur surface originelle, en raison d’un accroissement du nombre de cycles d’échauffement et de refroidissement, mais les cavités excèdent rarement une quinzaine de cm dans toutes les directions. Ce sont les faces occidentales et orientales qui montrent les plus forts retraits, de sorte que les surfaces originelles sont très dégradées (taux de survivance inférieur à 10%) par de nombreux tafonis et cavités excédant souvent 20 cm de diamètre. L’explication semble résider dans un équilibre optimal à l’échelle quotidienne et annuelle, les températures étant suffisamment élevées pour entraîner une expansion de la roche, et l’humidité suffisante pour la refoidir brutalement. Des recheres antérieures avaient démontré l’efficacité des cycles d’humectation et de dessication et des cycles d’échauffement et de refroidissement dans la météorisation des grès en région aride, mais cette étude peut expliquer un subtil rapport entre humidité et température, variable selon les microclimats, rapport qui est important pour la compréhension de la lente dégradation de l’important héritage architectural de Petra.
Keywords
quarry surfaces • Nabataeans • herringbone dressing patterns • tafoni • cavities • Steinbrüche • Jordanien • Bruchtechnik • parois de carrières • Jordanie