Bodenkunde: Zusammensetzung, Eigenschaften und Pedogenese

Boden: Definition und Entstehung

Der Boden ist ein Subsystem, das aus dem Zusammenspiel zwischen Atmosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Erdkruste entsteht. Er ist das Ergebnis eines Prozesses des Austauschs von Materie und Energie zwischen diesen Systemen und fungiert als Schnittstelle.

Interaktionen des Bodens mit anderen Sphären

• Gasaustausch mit der Atmosphäre: Im Boden findet eine intensive Respiration organischer Materie statt, wobei Sauerstoff (O₂) verbraucht und Kohlendioxid (CO₂) emittiert wird.
• Beziehung zur Biosphäre: Die Biosphäre trägt organische Substanz bei, die von Destruenten und Zersetzern genutzt wird. Pflanzen (Produzenten) verwenden anorganische Nährstoffe, die aus der Zersetzung resultieren.
• Wasserfluss (Hydrosphäre): Wasser infiltriert den Boden (Versickerung), wäscht lösliche Salze in tiefere Bereiche aus (Auswaschung) und kann durch kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser an die Oberfläche gelangen, wo es verdunstet.
• Interaktion mit der Erdkruste: Der Boden begünstigt die chemische Verwitterung des darunterliegenden Gesteins, auf dem er sich entwickelt, und gewinnt dadurch Mineralien.

Zusammensetzung des Bodens

Der Boden ist eine diskontinuierliche Schicht, die nur in bestimmten Bereichen der Kontinente vorkommt und sich nicht in aquatischen Umgebungen entwickelt. Er hat keine feste Dicke. Seine Zusammensetzung ist sehr variabel, besteht aber im Wesentlichen aus vier Hauptkomponenten:

Die vier Hauptkomponenten

1. Mineralische Fraktion: Besteht aus Fragmenten von Gesteinen und Mineralien, die durch die Verwitterung von Gestein und Sedimenten sowie durch geologische Prozesse (z. B. Hangphänomene) entstehen.
2. Organische Fraktion: Besteht aus sich zersetzender organischer Materie, wie Molekülen mit heterogener, saurer Zusammensetzung, Humus und Huminstoffen.
3. Bodenluft: Nimmt einen Teil der Hohlräume ein, welche die Porosität des Bodens bestimmen. Die Luft ist wirksam für aerobe Abbauprozesse, wobei O₂ verbraucht und CO₂ produziert wird.
4. Bodenwasser: Nimmt ebenfalls einen Teil der Poren ein und ist das Medium, in dem die meisten chemischen Reaktionen stattfinden. Es ist das Transportmittel für anorganische Nährstoffe, die von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden.

Wichtige Bodeneigenschaften

Bodentextur

Die Bodentextur wird durch die Größe und Verteilung der Partikel der mineralischen Fraktion definiert. Je nach Beschaffenheit unterscheidet man:

• Sandboden: Enthält mehr als 70 % Sand.
• Schluff- oder Tonboden: Der Prozentsatz der Ton- oder Schluffpartikel liegt über 70 %.
• Lehmboden (Franco): Enthält mehr als 30 % Ton oder Schluff und mehr als 30 % Sand.

Porosität

Der Anteil der Hohlräume (Poren) im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Bodens. Ein Lehmboden ist in der Regel poröser als ein Sandboden.

Durchlässigkeit (Permeabilität)

Die Fähigkeit eines Bodens, den Durchgang von Flüssigkeiten zu gestatten. Die Durchlässigkeit ist proportional zum Grad der Verbindung zwischen den Hohlräumen, welche die Porosität bestimmen. Sandiger Boden hat eine höhere Durchlässigkeit als Tonböden.

Expansionsfähigkeit

Eine weitere Bodeneigenschaft, bei der der Boden quellen oder Risse bilden kann, je nachdem, ob die Menge des enthaltenen Wassers zu- oder abnimmt.

Das Bodenprofil und seine Horizonte

Der Boden weist eine charakteristische Struktur in überlappenden Schichten oder Horizonten auf. Obwohl Dicke und Zusammensetzung stark zwischen verschiedenen Bodentypen variieren, können in den meisten folgende Horizonte identifiziert werden:

Horizont O (Organischer Horizont)

Eine Schicht aus Pflanzenresten und Nekromasse (abgestorbene organische Substanz). In ariden Gebieten fehlt diese Schicht oft vollständig, während sie in Laubwäldern mit dichter Vegetation lokal sehr mächtig sein kann. Die biologische Aktivität ist hier intensiv, da viele Organismen in diesem Horizont Nahrung und Unterschlupf finden.

Horizont A (Oberboden)

Eine Schicht, die arm an löslichen Mineralien ist, da das zirkulierende Wasser diese auswäscht. Sie weist einen variablen Gehalt an organischer Substanz auf, der in direktem Verhältnis zur Menge der auf der Oberfläche abgelagerten Nekromasse steht. Hier findet die stärkste Zersetzung der organischen Substanz statt.

Horizont B (Unterboden)

Hier konzentrieren sich die Salze, die aus dem Horizont A ausgewaschen wurden. Sein organischer Anteil ist in der Regel niedriger als in A.

Horizont C (Ausgangsgestein)

Manchmal ist ein Übergangshorizont zwischen dem Boden und dem Ausgangsgestein zu sehen, der aus stark fragmentiertem und chemisch verändertem Gestein besteht: der C1-Horizont. Das Ausgangsgestein kann auch ein unverändertes Gestein (wie Sandstein oder Ton) oder ein unkonsolidiertes sandiges Sediment sein.

Faktoren, die die Bodenstruktur beeinflussen

Wasserzirkulation im Boden

Im Boden kann eine absteigende Wasserführung durch Versickerung von Regenwasser oder ein aufsteigender kapillarer Wasserfluss aus dem Grundwasser resultieren, insbesondere bei intensiver Verdunstung. Diese Ströme beeinflussen die Bodenstruktur und bestimmen die Art der Verwitterung:

• Feuchtes Klima: Die Verdunstung ist gering, weshalb Infiltration und absteigender Wasserfluss überwiegen.
• Stark saisonales Klima: Infiltration tritt in der Regenzeit auf, kapillarer Aufstieg in der Trockenzeit. A- und B-Horizonte sind oft schlecht differenziert.
• Heißes und trockenes Klima: Kapillarer Aufstieg überwiegt aufgrund intensiver Verdunstung aus dem Boden. Auswaschung findet nur an der Oberfläche statt, wodurch sich B-Horizonte nur schwer entwickeln können.
• Kühles Klima: Die Poren sind gesättigt, sodass weder Infiltration noch kapillarer Aufstieg stattfindet.

Organische Zersetzung und Humusbildung

Die Akkumulation und der Abbau organischer Stoffe im Boden sind entscheidend für dessen Zusammensetzung, Struktur und Fruchtbarkeit. Die im Boden angereicherte Nekromasse unterliegt einer Reihe von physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen, die zu ihrer vollständigen Mineralisierung führen:

• Physikalische Prozesse: Wind, Wasser und die mechanische Wirkung von Tieren stören die organischen Reste.
• Chemische Prozesse: Einige Verbindungen werden oxidiert, hydratisiert oder verlieren ihre Struktur durch Einwirkung von Sonnenlicht.
• Biologische Prozesse: Ein Teil der organischen Substanz wird von Destruenten, Aasfressern und Zersetzern aufgenommen. Zersetzungsorganismen reduzieren die organische Materie durch eine Reihe von Veränderungen, die schließlich zu anorganischen Verbindungen wie CO₂ und Ammoniak führen.

Humus ist eine sehr heterogene Gruppe organischer Partikel unterschiedlicher Größe, die mit Ton organo-mineralische Komplexe bilden und so die Absorption von Nährstoffen über die Wurzeln erleichtern.

Bedeutung des Humus (Auswirkungen organischer Bodensubstanz)

• Physikalische Effekte: Humus lockert den Boden auf, erhöht seine Porosität und Belüftung, erleichtert die Wasserinfiltration und reduziert den Abfluss. Er speichert Bodenfeuchtigkeit und stellt den Zusammenhalt im Boden her, indem er als Klebstoff zwischen den mineralischen Partikeln wirkt.
• Chemische Effekte: Organo-mineralische Verbindungen sind chemisch sehr aktiv, haben eine hohe Kationenaustauschkapazität, eine hohe Pufferkapazität gegen pH-Schwankungen, binden Schwermetalle und andere Schadstoffe und beschleunigen die chemische Verwitterung des Ausgangsgesteins.
• Biologische Effekte: Die organische Bodensubstanz dient als Nahrung für Destruenten, erhöht die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen für Pflanzen. Die bei der Zersetzung entstehende Wärme wird von Organismen genutzt, die in Höhlen im Boden überwintern. Die poröse Struktur des Bodens macht ihn zu einem guten Isolator und schafft Existenzmöglichkeiten für die Bodenfauna.

Weitere Einflussfaktoren auf die Bodenstruktur

• Die Klimazone: Bestimmt die Art der Vegetation und damit die Menge und Art der organischen Substanz, die der Boden erhält. Beeinflusst auch den vorherrschenden Grundwasserfluss.
• Die Art des Ausgangsgesteins (Muttergestein): Die chemische Verwitterung verschiedener Gesteine produziert unterschiedliche Verwitterungsprodukte:
  • Die Verwitterung von Graniten erzeugt eine kleine Menge Ton, viel Sand und wenig organische Substanz.
  • Die Verwitterung von Kalkstein führt zu einem sehr tonhaltigen Sediment und einem leicht alkalischen Boden.
  • Die Verwitterung von Tonschiefer erzeugt schnell Tonböden.
  • Die Verwitterung von Gipsgestein erzeugt einen kalziumreichen Lehmboden.
• Der Sedimenteintrag: Geologische Prozesse bringen Sedimente in den Boden ein und reichern ihn an. Ist der Eintrag jedoch zu schnell, findet keine Stabilisierung und Einarbeitung in das Bodensystem statt.
• Das Relief (Terrain): Starke Erosion kann die Entwicklung des Bodens über Jahrzehnte oder Jahrhunderte verhindern.
• Menschliche Intervention: Führt zu dynamischen Veränderungen in der Bodenstruktur.

Erosion und Wüstenbildung

Erosion: Ein natürlicher Prozess, der durch menschliche Interaktion verstärkt werden kann.

• Wassererosion: Verursacht durch den Aufprall von Regenwasser auf Bodenpartikel und den Abtransport durch Wildwasser nach starken Regenfällen oder Schneeschmelze. Betrifft hauptsächlich feine Materialien. Wassererosion ist in Spanien besonders relevant.
• Winderosion: Die Entnahme und der Transport von Bodenteilchen durch den Wind.
• Faktoren, die die Erosion beeinflussen: Klima, Topografie, Vegetation und die Beschaffenheit des Bodens.

Wüstenbildung (Desertifikation): Ein natürlicher Prozess der Wüstenausbreitung. Er tritt durch klimatologische Veränderungen auf, die zu einer Zunahme der Trockenheit führen und eine positive Rückkopplung zwischen Erosion und Vegetationsverlust auslösen.

Pedogenese (Bodenentwicklung)

Die Pedogenese ist ein Prozess, der der ökologischen Sukzession sehr ähnlich ist. Sie führt von einem Zustand geringer oder null biologischer Komplexität zu einer Situation, in der die Biodiversität hoch ist und eine bestimmte Menge an organischer Substanz (in Form von Biomasse und Nekromasse) vorhanden ist. Diese Substanz unterstützt eine Biozönose, die in trophischen Pyramiden organisiert ist.

Der Boden als lebenswichtige Ressource

Der Boden ist eine primäre natürliche Ressource, da er Aktivitäten unterstützt, die uns Nahrung liefern (Landwirtschaft und Viehzucht), sowie andere Bereiche wie Forstwirtschaft und Bauwesen, die unsere Existenz ermöglichen.