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1. Minerale und Gesteine
Böden: Ergebnis der Gesteinsumwandlung in Kontakt mit Atmosphäre und Biosphäre
(Pedogenese). Sie liefern aber auch Material zur Bildung neuer Gesteine
Minerale: chem. Verbindung; in def./ regelmäßiger (Reihenfolge) Weise angeordnet; sie sind
kristalliert
Häufigste Elemente: Si,O2, Ca,Mg,Na,K,Fe,Al
dMinerale bestehen aus dicht gepackten O2- -Ionden
die häufigsten Verbindungen sind aus O2 und Si > Salze SiO2
Feldspäte:Na-K-Ca-Al-Silikate
Bsp.:
Orthoklas (Kalifeldspat)kAlSi3O8
Albit (Natriumfeldspat) NaAlSi3O8
Anarthit (Kalkfeldspat) CaAl2Si3O8
Ton minerale: durch Verwitterung von Silikaten ‚Sekundärsilikate’
In Böden+Sediment; fehlend in Magmatiten
- kristalliene, =H-haltige Al-Mg-Fe-Silikate mit blättchenförmigenHabitus
Tongestein: plastisch, quellfähig, Ionen/ Moleküle sorbierend
- Phyllosilicate+ andere Minerale, die den Tonen plastizität verleihen und bedingen, dass sie
beim Trocknen und Erhitzen härten
Wichtigste Tonminerale: Kaolinit, Illit, Smectit, Chlorit
Bildung und Umwandlung der Tonminerale
-
aus Schichtsilikaten (Glimmer,Chlorite)
aus Zerfallsprodukten von Silikaten(Feldspat, Pyroxene, Amphibote); weitgehend in
Einzelbestandteile zerlegt
Tonmineralumwandlung (Verwitterung von Gesteine > eventuel Umwandlung bei wechselden
Bedingungen)
Oxide und Hydroxide
Wichtigstes Oxid: Quarz
Außerdem: Al- Hydroxide
Goethit: Färbt Boden gelb bis rostbraun (FeOOH)
Humathit: färbt rot (Fe2O3)
Carbonate, Sulfate, Sulfite, Phosphate
Häufigstes Carbonat. CaCO3 meist als Calcit
Sulfide: Pyrit FeS2 (Eisensulfid) in tonigen sedimenten (Bildung unter anaeroben Bedingungen) färbt
dunkel ; große Vielzahl an Schwermetallsulfiden
Phosphat: Apatit sowohl magmatischer als auch sedimentäre Entstehung
Verwitterung
Physikalisch: Druckentlastung, Frostsprengung, Salzsprengung, Quellung…
Chemisch: O2, Wasser, Säuren, erfasst vor allem Silikaten; Steigerung der Intensität der
Silikatvewitterung durch höhere Temperatur und H+- Konzentration
Auflösen durch Hydratation
Übergang in wässrige Verwitterungslösung. Besteben der Ionen an der Mineraloberfläche sich mit
H2O- Molekülen zu umgeben d.h. zu hydratisieren > dissozieren
Hydrolyse/Protolyse
Reaktion mit H+/OH- (des dissotierten Wassers) = Hydrolyse
v.a. Verbindungen die aus schwacher Säure/ Base bestehen z.B. Carbonate, Silikate
Umfang dieser Reaktion steigt mit steigender H+ -Konzentration
Oxidation, Komplexierung
Viele Minerale enthalten Fe/ Mn in reduzierter Form bei Kontakt mit der Atmosphäre oxidieren diese.
Es kommt zur sprengung de Bindung im Mineral
Biotische Verwitterung
Intensivere Verwitterung im belebten/-wurzelten Bereich durch Pflanzen, Bakterien, Algen, Pilzen, da
diese Säure ausscheiden…
Mineralbestand von Böden
Gesteine+ Böden= Mineralgemisch
Sand- Schluff- Fraktionen: bestehen vorwiegend aus stabielen magmatischen/ metemorphen
mineralen, wie Quarz, Kalifeldspäte, Glimmer, Schwermetalle
Tonfraktion: Tonminerale, Oxide aus Sedimenten und Pedogenese
2. Organische Substanz
Abgestorbene pflanzliche und tierische Stoffe und dere organische umwandlungsprodukte
-
Streustoffe: nicht oder nur schwach umgewandelt; Gewebwstrukturen noch erkennbar aus
‚Nichthuminstoffen’
Huminstoffe: stark umgewandelte, hochmolekulare Substanzen ohne makroskopisch
erkennbare gewebestrukturen; niedrige Umsatzrate; hohe Verweildauer; gelöste organische
Substanz = Bodenwasser; feste organische Substanz = Humus
Humus im Boden z.T. mit den mineralkörper vermischt, bildet aber auch mit den Streustoffen den
Auflagehumus
Aerober abbau = zersetzung
Anaerober Abbau = Fäulnis
Umwandlung in Huminstoffen =Humufizierung
Mineralisierung: nahezu vollständiger Abbau (mikrobiell) zu anorganischen Stoffen; freisetzung der
zuvor gebundenen Pflanzennährelemente
Außer den Nichtmetellen enthält die org. Substanz der Böden auch Metalle. Diese liegen entweder in
austauschbarer Form dar oder in Form von Komplexen (festgebunden)
Edaphon: lebende (Boden-)organismen bestehend aus Bodenflora und –fauna
Umsetzung der org.Substanz
Zersetzungsgrad nimmt von unten nach oben hin ab.
Schneller Abbau von Zucker, proteinen
Langsamer abbau von Lignin
Freistzung von CO2 > enges C/N –Verhältnis
Huminstoffe
Org. Verbindungen von meist dunkler Farbe, können Wasser, Moleküle, Ionen reversiebel anlagern,
entweder als Einzelteilchen oder in Agregaten; wichtige Kompartimente de C- Kreislaufs
Huminstoff- Fraktionen:
- Fulfosäure:gelb-/braun; alkalilöslich, nicht säurefällbar (Salze> Fulfate) wasserlöslich; können
Mn-, Fe- Oxide durch Reduktion lösen und Metallionen komplex binden; liegen im Boden oft
in absorbierter form vor
- Huminsäure: braun- grauschwarz; können durch starke Säuren ausgefällt werden; schlecht
wasserlöslich; bilden mit mehrwertigen kationen schwerlösliche Verbindungen > Humate
- Humine; unterschiedliche Färbung; in kalter Nartonlauge ungelöste Teile der Huminstoffe
Huminstoffe bestehen u.a. aus N,P,S,Polysacchariden; überwiegender Teil des Streus; wird rasch
mineralisiert, während der rest erst später humifiziert wird
C-Kreislauf
C- Eintrag – C- Austrag = C- Rest > Humusakumulation
Chemische Eigenschaften des Bodens
Chem. Reaktion: Pufferung abhängig von Art und Größe der Oberfläche (Stoffbestand/ Korngröße)
Ionensorption an der Oberfläche; Adsorption gasförmiger Stoffe und Desorption gelöster Stoffe
Werden sorbierte Ionen leicht gegen andere Ausgetauscht, so bezeichnet man die Sorption als
Austauscher.
Tonminerale sind ständig negativ geladen. Protonen der OH- -Ionen dissozieren und hinterlassen eine
negative Ladung, diese wird von einem Kation gesättigt.
Steigender pH- Wert (basisch): Kationensorption steigt
Sinkender pH- Wert (sauer): Anionensorption steigt
Bodenacidität: Versauerung des Bodens: es werden mehr Protonen zugeführt, als neutralisiert werden
können. Die vorraussetzung hierbei ist die Auswaschung der basischen Reaktionsprodukten.
Bodenentwicklung
Solum = Vertikalschnitt/ Bodenprofil
ABCO-
Horizont: oberster Horizont; dunkel durch org. Substanz/ gebleicht durch Stoffabfuhr
Horizont: oft auch Stoffzufuhr
Horizont: Gestein, von der Bodenentwicklung kaum betroffen
Horizont: Auflagehorizont; überwiegend organische Stoffe über dem Mineralboden
Faktoren
Kühlhumide Klimate: Nährstoffverarmung > hemmt Bodenleben > hemmt Streuabbau >
Rohhumusauflage
Aride Klimate: chem. Verwitterung gering; Verwitterungsprodukte sind angereicher und nicht
ausgewaschen (>Salze, Gips Kalk)
Ausgangsgestein: Gestein + Streu = Bodenbilder
Prozesse der Bodenentwicklung
Umwandlungsprozesse (Transformation)
Verlagerungsprozesse (Translokation)
1. Verwitterung und Mineralbildung
Physikalische Verwitterung: mC- Lage fest; Lockerung Transformation: mCv- Horizont; C- Lage
locker: Cv- Horizont
Chemische Verwitterung: teilweise/ komplette Auflösung von Mineralen; Auswaschung, Versauerung,
Tonverlagerung, Podlolierung, Mineralneubildung (Tonminerale, Eisenoxide > B- Horizont)
Kyroklastik: Wechselgefrieren des Bodens > Frostsprengung
Verbraunung/ Verlehmung: Verwitterung Eisenhaltiger Minerale > Bildung von Eisenoxid >
Braunfärbung
Verbraunung mit Tonbildung verknüpft = Verlehmung: Tonbildung/ Tonanreicherung durch CaCO3Auswaschung
Desilifizierung: Siliziumverarmung (feuchte Tropen) Fe-, AL- Oxide reicher sich an
Ferrallisierung: dieser prozess ergibt einen Bu- Horizont
2. Bildung von Humusformen
Organische Substanz gelangt in den Boden. Der größte Teil davon wird mineralisiert. Ein kleiner Teil
wird in Huminstoffe umgewandelt (bleibt länger erhalten).
Huminstoffe + Streureste = Humuskörper eines Bodens
Humuskörper ist gegliedert in Humustextur und Humusgefüge.
Auflagehorizonte:
L- Lage/ Streulage: äußerlich unzersetzte Blätter/ Nadeln, Zweige
Feinhumus: Huminstoffe + zerkleinerte Streu (Tierkot)
Grobhumushorizont: halb zerfallene Nadeln/Blätter + Kleintierkot
Feinhumushorizont: Feinhumus + wenige Streureste
Wurmhumus, Moderhumus, Pechhumus
Darunter folgen:
Ah- Horizont: wenig Grobhumus
Rohhumus: mächtige Humusauflage; wenig Vermischung > humoser Ah- Horizont fehlt oder tritt
stark gegen und zur Auflage zurück; Bildung: extrem nährstoffarm + grobkörnig + Vegetation mit
schwer abbaubarer Streu z.B. Heiden, Nadelwälder
Moder: meist alle Auflagehorizonte vorhanden (miteinander verfiltzt), darunter ausgeprägter humoser
Mineralboden, mehr Fluvate + Humus; sauer, selten über 7 z.B. Krautarme Laubwälder mit
nährstoffarmen Gestein, feucht kühl
Mull: eine Humusauflage fehlt völlig oder verschwindet unter Streu, oft mächtiger Ah- Horizont mit
fehlenden Streustoffen, frischer Erdgeruch, viel Bodenleben, viele Humate, viel braungrauer-
schwarzer Feinhumus; Bildung: günstige Wasser-/ Luftverhältnisse, relativ hoher Sreuabbau,
Vegetation mit leicht abbaubarer Streu z.B. Steppenvegetation, krautreiche Laubwälder
Hydromorphe Humusformen
Anmoore: hohe Grundwasserstände, nährstoffreich, fehlende Humusauflage, Huminstoffe dominieren
(durch Wassertierchen anaerobe Bildung), mittlerer Wassergehalt, erdiges Gefüge, eventuell
schlammig
Torfe: nährstoffarmre Standorte, hoher Grundwasserstand, Sreuzersetzung durch Tiere tritt stark
zurück; Humusauflagen mit viel organischer Substanz (ca. Torf)
Moore: nährstoffreiche Standorte, längerfristig überflutet
3. Gefügeentwicklung
Räumliche Veränderung der Anordnung der Mineralpartikel und organischer Stoffe im Raum und
deren Verknüpfung zu den Aggregaten
Tonsteinböden: Quellung (Kohärentgefüge); Schrumpfung: Absonderung von Aggregaten im
Unterboden; Subpolyeder: Bodentiere > Kotballen, die bei Durchfeuchtung nur unvollständig zerfallen
> Trockenheit > unvollkommenes Absonderungsgefüge mit rauen Aggregatoberflächen;
Krümelgefüge: in humus- und nährstoffreichen Gefügen, stark belebten Oberboden, stabil
auch bei Wechselfeuchte
Sandböden: Einzelkorngefüge
Lehmige Böden: Übergangsformen der oben genannten
4. Umlagerung im Profil
a) Tonverlagerung: (Lessivierung) Abwärtsverlagerung von Tonfraktions- Bestandteilen im
festen Zustand aus der Verwitterung und aus der Atmosphäre
Verarmung der oberen Horizonte an Ton; untere Horizonte werden Ton reicher
3 Teilprozesse: Dispergierung (Zerlegung der Aggregate)
Transport
Ablagerung
der Tonteilchen
Stark quellfähige Tonminerale werden leichter dispergiert
Tonminerale mit hoher Na- Sättigung werden ebenfalls leichter dispergiert (mit hoher CaSättigung schlechter)
Transport: Sickerwasser durch Grob- und Mittelporen
Ablagerung: dort wo Dispergierung und/ oder Transport nicht mehr gefördert werden
b) Podsolierung: Umlagerung gelöster Stoffe nach unten, bei stark saurer Reaktion >
Nährstoffmangel > Hemmung des mikrobiellen Abbaus der organischen Komplexbildner;
velageung von organischen Stoffen, Huminstoffen (Fulvosäuren), metallorganischen
Komplexen
c) Carbonatisierung: Bildung und Anreicherung von CaCO3 im Boden > weiße Beläge,
Konkretionen oder harte Bänke, Primär- und Sekundärkalke
5. Versalzung
6. Redoximorphose
Bildung redoximorpher Merkmale unter Wechsel der O2- Verhältnisse
O2- Mangel: blaue/ grüne/ Schwarze Reduktions- Färbung = Reduktions- Morphose
Spätere Belüftung: braune/ rote/gelbe Oxidations- Farben > Konkretionen/ Flecken
Auch Oxidation von Sulfid > Schwefelige Säure > Versäuerung
Reduktions-/ Oxidationbedingungen unter Mitwirkung von Mikroorganismen
Wassersättigung begünstigt O2- Mangel aber auch z.B. O2- Vredrängung durch CO2/ CH4 oder durch
starken mikrobiellen O2- Verbrauch
Reduktomorphose und Sulfidbildung
Ständig sauerstofffreie Bodenhorizonte, oft schwarz gefärbt > Eisensulfid; oder weiß gebleicht >
eisen- und manganarm
Boden reich an CO2/ Methan/ eventuell H2S
Sulfidbildung: Bakterien, organische Substanz; häufig in eutrophierten Unterwasserböden: Sapropele
Vergleyung
Viele Grundwasserböden, ständig nasser Unterboden(Gr- Horizont [reduktomorph]) + zeitweilig
belüfteter Oberboden (Go- Horizont)
Folge: Nährstoffe werden im Go- Horizont angereichert (z.T. aber in schlecht verfügbarer Form)
Pseudovergleyung
Bei Stauwasserböden
Prozess: Wasserüberschuss > zunächst Wassersättigung + Lösung der Mn/ Fe- Oxiden (durch
Reduktion) > Ionen diffundieren in die Aggregate hinein; im Aggregat- Inneren: eingeschlossener
Sauerstoff > erneute Oxidation/ Fällung
Anschließende Austrocknung/ Entwässerung der Poren, O2 gelangt in Aggregate > Oxidation
Folge: Rostflecken/ Kongretionen, bevorzugt im Aggregat- Inneren führt zur Umverteilung von
Nährstoffen innerhalb einzelner Horizonte (Aggregate, wurzelferner Bereich)
> Schwefelsäurebildung- Bildung
7. Turbation
Mischungsvorgänge von Bodenmaterial/ Horizonten
Bioturbation:
Kryoturbation:
Peloturbation:
Mischung durch Bodenorganismen
durch Bodenfrost
häufiger Feuchtewechsel
Pflügen, Rigolen, Erbeben, Einwehen von Sand (in Spalten)
Stoffumlagerung in der Landschaft
Erosion, Steinschlag, Erdrutsch, Sdifluktion (auf gefrorenem Untergrund)
Bodenhorizonte
A] Landböden (terristrische Böden)
a) O/ C- Böden: Humusauflage + Fest-/ sklettreiches Lockergestein
b) Terrestrische Rohböden (o)
c) A/ C- Böden (ohne verlehmte Unterböden)
1. Ranker, 2. Regosol, 3. Rendzina, 4. Pararndzina
d) Schwarzerden (Axh- C- Profile mit mächtigem Wurmhumus)
1. Tschernosem, 2. Axoh
e) Pelosde: Böden tonreicher Gesteine + vertisches Gefügen
f) Braunerden
j) Stagnosole: Stauwasserböden
g) Lessivés
k) Kolluvisole
h)Podsole
l) Reduktulosole
i) Terra calcis
B] Grundwasserböden
a) Auenböden
b) Gleye (Nass-, Moor-…)
c) Marsche
C] (Semi-) Subhydr. Böden
D] Moore
zu A] Landböden
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Ranker:
Profil:
Entwicklung:
humoser, oft steiniger A- Horizont, silikatreiches Festgestein (Carbonatarm)
fortschreitende Humusentwicklung + Gesteinsverwitterung, v.a. in
Hangposition (Erosion)
Eigenschaften: flachgründig; wenn aus quarzreichen Gestein oft nährstoffarm; oft
Humusauflagen; wenn aus quarzfreiem Gestein nährstoffreich + verfügbar
Nutzung:
da Hanglage vorwiegend extensives Grünland
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Rendzina:
Profil:
humoser + sklettreicher, krümliger A- Horizont über festes oder lockers
Carbonat oder Gipsgestein
Entwicklung: durch physikalische/ chem. Verwitterung aus Kalk, Dolomit, Tonmergel oder
Gipssyrosmen
Chem. Verw.: Auswaschung von Carbonaten und Sulfaten > Freisetzung v.
Silikaten und Oxiden
Auf Südhängen weniger Verwitterung, da weniger Druckfeuchte
Eigenschaften: hoher pH- Wert + Ca- Sättigung > Bodenleben! > Regenwurm
Gut durchlüftet (außer Pseudogley- Rendzina) trotz hoher Tongehalte
Verbreitung: in Mitteleuropa vorwiegend auf Sedimentgestein (Mittelgebirge + Alpen)
Nutzung:
meist hanggründig, trocken: daher oft Forst
A- C- Böden
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Ranker:
Aus kalkfreiem (-armen) Festgesteinen (saure Gesteine); Ah- C- Profil (Cv/ Cn); flachgründig
(Wurzel/ Wasserspeicher eingeengt)
Verbreitung:
Silikat-/ Kieselgestein > Hänge, Kuppen (gestörte Bodenbildung)
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Rendzina:
Aus Carbonatgestein, Gipsgestein
Lösungsverwitterung > Ca, Mg (durch Kohlensäure) > Hydrogencarbonat > Transport;
Lösungsreste bleiben zurück (Quarz-, Kieselsklett), Steinanteil > Verkastung: Spalten und
Höhlen > Sickerwasser, basengesättigter Humus (N- reich)
Ah- Cv- Cn- Horizont; Ah: meist Mull; neutrale/ alkalische Reaktionen (<-> Ranker ist sauer)
Ca-, Mg-, N- Reserven
Verbreitung: Kalk, Dolomit, Mergel, Gips –böden > Rheinische Schiefergebirge, Hügelland
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Pararendzina:
Aus kalkhaltigem Silikat- und Kieselgestein (Ton + Sklettanteil nach Verwitterung)
Typische Ausgangsgesteine sind Löß, Geschiebemergel, Kalkgeröll, kalkreicher Sand,
Kalkstein, Dolomit (sandig)
Krümelgefüge, flachgründig, trocken, kalkhaltig > günstig, leichte Bodenbearbeitbarkeit
Verbreitung: hügliges Gelände, kalkhaltiges Silikatgestein Bodenerosion werden Gestein
freigelegt; hüglige Löß-/ Geschiebemergel- Landschaften, glaziale
Schotterfelder, kalkhaltige Sande (Rhein- Main)