Am Gestein selbst beginnen
Die meisten berühmten Erosionsformen der Welt sind in Sedimentgestein geformt — Sandstein, Kalkstein, Tonstein —, das sich in Schichten aus Sand, Schlamm oder Muschelschutt über lange Zeiträume abgesetzt hat. Jede Schicht kann sich in der Korngröße unterscheiden und, entscheidend, in dem, was die Körner zusammenhält.
Dieses Bindemittel heißt Zement. Durch Kieselsäure gebundene Körner sind zäh; durch schwachen Ton oder leicht lösliche Calcit gebundene Körner geben schneller nach. Enthält eine Felswand Schichten unterschiedlicher Festigkeit, entfernt die Verwitterung zuerst die schwachen Lagen und lässt die harten als vorspringende Simse, Kappen und Brücken stehen. Geologen nennen dies differenzielle Erosion; es ist die wichtigste Vorstellung, um ungewöhnliche Gesteinsformen zu verstehen.
Definition: Verwitterung vs. Erosion
Verwitterung zerlegt das Gestein dort, wo es liegt — durch Frost, Chemie oder Pflanzenwurzeln. Erosion transportiert das gelockerte Material fort, durch Wasser, Wind, Eis oder Schwerkraft. Beide wirken meist zusammen.
Definition: Kluft
Ein Riss im Gestein, an dem kaum oder gar keine Verschiebung stattgefunden hat. Klüfte treten oft in parallelen Scharen auf und lenken, wo Wasser eindringen kann.
Definition: Zementation
Der Vorgang, bei dem sich zwischen Sedimentkörnern Minerale auskristallisieren und lockeren Sand oder Schlamm zu festem Gestein verbinden.
Bögen und das Werk der Klüfte
Der Arches-Nationalpark in Utah umfasst mehr als 2.000 katalogisierte natürliche Bögen, die meisten davon im Entrada-Sandstein geformt. Der Prozess beginnt meist im Untergrund: Als das darüberliegende Gestein abgetragen und die Region sanft gehoben wurde, zerbrach der Sandstein in parallele senkrechte Klüfte. Wasser weitete diese Risse und ließ lange, dünne Gesteinswände zurück, die sogenannten Fins.
Innerhalb eines Fins kann eine schwächere Stelle schneller verwittern — Feuchtigkeit weicht den Zement auf, Frost löst Körner heraus, und die Schwerkraft entfernt Blöcke von unten. Mit der Zeit bricht eine Öffnung durch. Immer wieder fallen Teile ab, bis das verbleibende Gestein einen Bogen bildet, der sein Eigengewicht gut trägt. Der Delicate Arch, der allein auf einer Felsmulde aus Slickrock steht, ist das bekannteste Ergebnis.
Bögen sind außerdem vergänglich. Der Wall Arch im selben Park stürzte 2008 ein — eine Erinnerung daran, dass der Prozess auch nach dem Foto weitergeht.
Kluftscharen, Frostwirkung und das Aufweichen des Zements treiben die Bildung von Fins und Bögen voran; Felsstürze sind dokumentiert und dauern an.
Laborversuche aus dem Jahr 2014 deuten darauf hin, dass Spannungen im belasteten Sandstein die Erosion sogar verlangsamen und so helfen, dass Bögen stabile Formen annehmen. Die Idee ist im Labor gut belegt und wird im Gelände noch untersucht.
Hoodoos und Feenkamine
Der Bryce Canyon in Utah besitzt eine der dichtesten Ansammlungen von Hoodoos auf der Erde: hohe, schlanke Türme aus der rosafarbenen und weißen Claron-Formation, einem kalkreichen Gestein, dessen Härte von Schicht zu Schicht variiert. Der Bryce Canyon liegt so hoch, dass die Temperaturen in vielen Nächten des Jahres unter den Gefrierpunkt fallen. Schmelzwasser sickert tagsüber in Risse, gefriert nachts und dehnt sich aus und keilt das Gestein nach und nach auseinander. Leicht saurer Regen rundet die Kanten ab.
Eine härtere Schicht an der Spitze schützt jeden Turm wie ein Schirm, sodass die Säule darunter langsamer erodiert als das offene Gelände ringsum. Wenn die Deckschicht schließlich abbricht, verwittert der Turm rasch.
In Kappadokien, Türkei, werden ähnlich aussehende „Feenkamine“ aus weichem vulkanischem Tuff herausgearbeitet, auf dem härteres vulkanisches Gestein als Kappe liegt. Gestein und Entstehungsgeschichte unterscheiden sich völlig, doch das Prinzip – eine widerstandsfähige Kappe über einer schwachen Säule – erzeugt eine ähnliche Form. Geologen nennen das Konvergenz: unterschiedliche Wege, ähnliche Formen.
Stein, der aussieht, als würde er fließen
Manche Gesteinsformen wirken flüssig, obwohl sich nichts bewegt. The Wave im Gebiet der Coyote Buttes an der Grenze zwischen Arizona und Utah ist im Navajo-Sandstein geformt – den verfestigten Überresten einer jurassischen Wüste mit wandernden Dünen. Die geschwungenen Streifen sind Schrägschichtung: die geneigten Flanken jener alten Dünen, konserviert und später durch Wind und gelegentlich Wasser freigelegt und poliert.
In der Nähe zeigt der Antelope Canyon Wasser in seiner konzentriertesten Form. Normalerweise trocken, führt er plötzliche Sturzfluten, die Sand und Kies durch einen engen Spalt treiben und die glatten, korkenzieherartig gewundenen Wände ausschürfen, die Fotografen so schätzen. Dieselben Sturzfluten machen Spaltenschluchten wirklich gefährlich, wenn bei Unwettern flussaufwärts Regen fällt.
SedimentärSchrägschichtung
Fossile Dünenflanken, in Stein festgehalten und als Windrichtung von vor 190 Millionen Jahren lesbar.
ErklärmodellSpaltenschluchten
Sturzfluten nutzen einen einzelnen Riss aus und schürfen ihn zu einem tiefen, schmalen Durchgang aus.