Verwitterung, Bodennutzung und -schutz

Arten der Verwitterung

Man unterscheidet zwischen mechanischer oder physikalischer Verwitterung und chemischer Verwitterung.

Mechanische Verwitterung

Die mechanische oder physikalische Verwitterung verursacht eine Fragmentierung des Gesteins, ohne dessen chemische oder mineralogische Zusammensetzung zu verändern.

• Entlastungsdruck: Gesteine, die durch Erosion freigelegt werden, erfahren eine Druckentlastung, da das Gewicht des erodierten Materials wegfällt. Durch die Dekompression entstehen Risse, die parallel zur Oberfläche verlaufen und zur Bildung von Gesteinsplatten führen.
• Thermische Ausdehnung und Kontraktion: Große Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht (typisch für Wüsten) führen zu unterschiedlicher Ausdehnung und Kontraktion der Minerale im Gestein. Da die Minerale unterschiedliche Dichtewerte aufweisen, entstehen interne Spannungen, die bei wiederholter Einwirkung zu oberflächlicher Zersetzung des Gesteins führen.
• Frostsprengung: Wasser dringt in Risse im Gestein ein und gefriert. Durch die Volumenzunahme des Eises entsteht ein Druck auf die Risswände, der die Risse vergrößert und schließlich zur Fragmentierung des Gesteins führt. Die dabei entstehenden Bruchstücke sammeln sich am Fuße des Hangs und bilden Schuttkegel.
• Haloklastie: Salzhaltiges Wasser dringt in Gesteinsrisse ein. Die Salzkristalle vergrößern beim Auskristallisieren ihr Volumen und sprengen das Gestein. Dieser Mechanismus tritt in Küstengebieten und ariden Regionen auf.
• Tätigkeit von Lebewesen: Pflanzenwurzeln können in Gesteinsrisse eindringen und diese durch ihr Dickenwachstum erweitern, was zur Zerstückelung des Gesteins führt.

Chemische Verwitterung

• Hydrolyse: Die Kristallstruktur einiger Minerale wird durch die Einwirkung von Wasser in ionischer Form aufgebrochen. Diese Reaktion ist besonders wichtig bei der Verwitterung von Silikaten, wie z. B. Feldspaten.
• Auflösung: Wasser löst einige Minerale im Gestein, insbesondere Salze. An der Oberfläche dieser Gesteine entstehen kleine Kanäle.
• Hydratation: Wassermoleküle lagern sich in das Kristallgitter einiger Minerale ein. Dieser Prozess ist häufig bei Tonmineralen zu beobachten, die bei Wasseraufnahme ihr Volumen vergrößern und bei Wasserverlust schrumpfen.
• Karbonatisierung: Im Wasser gelöstes CO₂ bildet Kohlensäure, die mit Karbonaten im Kalkstein reagiert und diese in Bikarbonate umwandelt, die wasserlöslich sind.
• Oxidation: Luftsauerstoff verbindet sich mit metallischen Elementen in einigen Mineralen und wandelt diese in andere, meist leichter zerfallende Minerale um.
• Tätigkeit von Lebewesen: Lebewesen können Substanzen freisetzen, die Minerale im Gestein angreifen und verändern.

Boden: Zusammensetzung und Entstehung

Der Boden besteht aus:

• Anorganischen Bestandteilen (Mineralien, Wasser und Gas), die aus der Verwitterung des Ausgangsgesteins stammen. Dazu gehören Gesteinsfragmente unterschiedlicher Größe, Eisenoxide und -hydroxide, verschiedene gelöste Salze sowie Wasser und Luft, die die Porenräume ausfüllen.
• Organischen Bestandteilen, d. h. den Lebewesen, die den Boden bewohnen (Pflanzen, Bakterien, Pilze, Tiere) sowie abgestorbener organischer Substanz, die den Humus bildet.

Faktoren der Bodenbildung

• Art des Ausgangsgesteins: Die Zusammensetzung des Ausgangsgesteins bestimmt die mineralischen Bestandteile des Bodens und beeinflusst die Art der Vegetation, die sich ansiedelt.
• Klima: Das Klima ist ein wichtiger Faktor bei der Bodenbildung, da es die Intensität der Verwitterung und die Art der Vegetation bestimmt. Die wichtigsten klimatischen Faktoren sind die Temperatur (die chemische Reaktionen im Boden begünstigt) und der Niederschlag (der die Auswaschung von Material fördert).
• Lebewesen: Lebewesen tragen zur Bodenentwicklung bei, indem sie die Verwitterung fördern und organische Substanz liefern. Pflanzen liefern den größten Teil der organischen Substanz und schützen den Boden vor Erosion, indem sie mit ihren Wurzeln ein stabilisierendes Netzwerk bilden.
• Relief: In steilen Hanglagen sind die Böden nur schwach entwickelt, da die Erosion stark ist und die Infiltration von Wasser erschwert wird. In flacheren Lagen können sich die Böden besser entwickeln.
• Zeit: Die Bodenbildung ist ein langwieriger Prozess. Die benötigte Zeit variiert je nach Klima von wenigen Jahrzehnten in feuchtwarmen Klimaten bis zu mehreren Jahrtausenden in trockenen Klimaten.

Bodennutzung und Bodendegradation

Der Boden wird genutzt, um Nahrungsmittel, Holz und Bodenschätze zu produzieren, Energie zu gewinnen, Wasser zu speichern und als Baugrund zu dienen. Die Produktivität des Bodens kann jedoch durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden.

Bodengradation

Unter Bodendegradation versteht man die Abnahme der aktuellen und potenziellen Fähigkeit des Bodens, quantitative und qualitative Güter und Dienstleistungen zu produzieren.

Prozesse der Bodendegradation

• Chemische Degradation: Führt zum Verlust der Bodenfruchtbarkeit, z. B. durch Versalzung oder Versauerung.
• Physikalische Degradation: Verlust der Bodenstruktur, z. B. durch Verdichtung.
• Biologische Degradation: Verlust von Humus.
• Erosion: Abtragung von Bodenmaterial durch Wasser oder Wind. Die Erosion kann durch menschliche Aktivitäten verstärkt werden.

Folgen des Bodenverlusts

• Verlust von Wasser: Die Wasserspeicherkapazität des Bodens nimmt ab, was zu Überschwemmungen führen kann.
• Energieverlust: Die Wassermenge in Stauseen nimmt ab.
• Verlust von landwirtschaftlicher Nutzfläche: Die landwirtschaftliche Produktion sinkt.
• Verlust von Ökosystemen: Durch die Ansammlung von Sedimenten werden Ökosysteme zerstört.
• Wüstenbildung: Durch menschliche Aktivitäten können sich Wüsten und Halbwüsten ausbreiten.

Maßnahmen gegen Bodendegradation

• Angepasste landwirtschaftliche Praktiken: Wahl der Anbaumethoden entsprechend den Bodeneigenschaften, um die Bildung von Erosionsrinnen zu vermeiden.
• Aufforstung: Wiederansiedlung von Bäumen, möglichst mit einheimischen Arten, und nachhaltige Forstwirtschaft.
• Förderung des ländlichen Raums: Verhinderung der Abwanderung aus ländlichen Gebieten und der Aufgabe landwirtschaftlicher Flächen.
• Maßnahmen gegen Erosion: Bau von Dämmen oder Anpflanzung von Vegetation, um die Bodenerosion zu verringern.

In Spanien tragen neben der Erosion auch Waldbrände und die Übernutzung von Grundwasserleitern zur Wüstenbildung bei. 31,41 % der spanischen Fläche sind von starker Wüstenbildung betroffen.

Erosion, Transport und Sedimentation

Erosion ist der Prozess der Abtragung von Gesteinsmaterial durch geomorphologische Agenten wie Wasser, Eis oder Wind. Die Erosion ist das Ergebnis der Mobilisierung von Materialien, die zuvor durch Verwitterung zersetzt wurden.

Transport ist die Verlagerung der Verwitterungsprodukte von ihrem Ursprungsort an einen anderen Ort. Der Transport hängt von zwei Faktoren ab: dem Transportmittel und dem zu transportierenden Material.

Sedimentation ist die Ablagerung von erodiertem Material, das als Sediment bezeichnet wird. Die Sedimentation erfolgt durch die Schwerkraft, wenn das Transportmittel an Energie verliert. Bei flüssigen Transportmitteln erfolgt die Ablagerung nach Korngröße, wobei sich die größeren Partikel zuerst absetzen. Bei chemischem Transport erfolgt die Sedimentation durch Ausfällung, z. B. bei Übersättigung.

Sedimentbecken

Sedimentbecken sind Zonen, in denen sich Sedimente ansammeln. Sie liegen in tieferen Bereichen und können durch Absenkung des Untergrunds entstehen.

Diagenese

Diagenese ist die Gesamtheit der physikalischen, chemischen und biochemischen Veränderungen, die nach der Ablagerung in den Sedimenten stattfinden und zur Bildung von Sedimentgesteinen führen. Diese Prozesse finden bei niedrigen Drücken und Temperaturen statt. Die Diagenese umfasst fünf Prozesse: Verdichtung, Auflösung, Umlagerung, Metasomatose und diagenetische Rekristallisation.

Sedimentgesteine

Sedimentgesteine bestehen aus:

• Mineralfragmenten unterschiedlicher Größe, die durch die Veränderung anderer Gesteine entstanden sind und sich nach dem Transport abgelagert haben.
• Im Wasser gelösten Substanzen, die durch physikalische oder chemische Veränderungen ausgefällt wurden.
• Resten von Lebewesen, die sich in Sedimentbecken angesammelt haben.