Elemente und Moleküle, Schulbuch

126 6 LUft, WASSeR, BoDeN – UNSeRe UMWeLt 6.4 BÖDEN Verwitterung • Humus • Fruchtbarkeit Böden sind ein kompliziertes System aus anorganischen und organischen Verbin- dungen. Der anorganische Anteil stammt aus der Verwitterung der Gesteine und kann daher je nach Muttergestein stark variieren. Dazu kommen noch Bestandteile, die durch Wasserläufe oder durch Windverfrachtung antransportiert wurden. Die organischen Bestandteile entstehen durch Verrottung von abgestorbenen Pflanzen und werden Humus genannt (Abb. 126.1). Die Böden sind heute einer Vielzahl von Belastungen und Veränderungen ausgesetzt. Die wichtigsten davon sind die Umwelteinflüsse (saurer Regen) und die Düngung sowie die Verdichtung durch Maschinen in landwirtschaftlich genutzten Böden. Bodenentstehung Der erste Schritt zur Entstehung der Böden ist die Gesteinsverwitterung (Abb. 126.2). Kalk- und Dolomitgestein verwittern durch den Einfluss des Kohlenstoffdioxids aus der Atmosphäre und des Wassers. Dabei wandeln sich die Carbonate in lösliche Hy- drogencarbonate um. (Siehe auch Kap 6.1 und 6.4) Diese Verwitterung verläuft ziem- lich rasch und führt daher zu den typischen schroffen Verwitterungsformen, wie sie aus den Kalkalpen und Karstgebieten bekannt sind (tief eingeschnittene Täler, Höh- len, Dolinen). Wasser rinnt in Kalkgebirgen vorwiegend im Inneren der Berge durch Spalten und Höhlen ab. Da das Verwitterungsprodukt Hydrogencarbonat vom Wasser als Wasserhärte abtransportiert wird, bleibt als anorganischer Bodenbestandteil nur zerkleinertes Carbonatgestein zurück. Dabei entstehen dünne Bodenschichten, die sich nur bei einer geschlossenen Pflanzendecke halten können. Liegt der Boden ohne Pflanzendecke offen, so wird er rasch weggeschwemmt. Eine Neubildung braucht sehr lange. Daher sind die Karstgebiete nur wenig fruchtbar. Anders verhält sich die Verwitterung der Silicate . Die geringe Löslichkeit und große Härte der Silicatgesteine bewirken eine viel langsamere Verwitterung. Die Verwit- terungsformen sind weniger schroff. Wasser rinnt vor allem an der Oberfläche ab. Die runden Verwitterungsformen sind häufig von der Vergletscherung durch die Eiszeiten geprägt. Durch die große Vielfalt der Silicatgesteine (siehe Kap. 5.4) lässt sich kein einfacher und allgemein gültiger chemischer Verwitterungsmechanismus formulieren. Stellvertretend soll die Verwitterung der besonders häufigen Alumosi- licate (zB Feldspate) betrachtet werden. Auch Alumosilicate verwittern unter dem Einfluss von im Wasser gelöstem Kohlen- stoffdioxid. Im ersten Schritt entstehen in einer Protolysereaktion Carbonate und die freien Alumokieselsäuren. Freie Alumokieselsäuren sind nicht stabil. Ihr Gitter verändert sich, Aluminium wird zum neuen Kation und aus Alumosilicaten werden unter Wasseraufnahme wasserhältige Aluminiumsilicate, die Tone (Abb. 126.3). Tone bestehen aus einer Schichtsilicatstruktur (SiO 4 -Tetraeder). Zwischen den Schich- ten sorgen die hydratisierten Aluminium-Kationen für Ladungsausgleich und elektro- statischen Zusammenhalt der Schichten. Die Bedeutung der Tone im Boden beruht einerseits auf ihrem Wasserspeicherungsvermögen und andererseits auf ihrer Fähigkeit zum Ionenaustausch. So halten sie Niederschlagswasser unter starker Quellung fest und geben dieses langsam auch während Trockenperioden an die Pflanzen ab. Außer- dem speichern sie für die Pflanzen notwendige Ionen und verhindern deren Auswa- schung. So hält der Boden zB das für die Pflanzen notwendige Kalium zurück. Kalium ist in den Gesteinen fast so häufig wie Natrium. Im Meerwasser allerdings kommt es im Vergleich zu Natrium etwa dreißigmal seltener vor. Meist sind Tone mit Kieselsäure und Quarzsand vermischt. Quarz ist Gemengebe- standteil vieler Gesteine. Er bleibt bei der Verwitterung der Silicate als Sand über. Die Mischung aus Tonen und Sand nennt man Lehm . Durch die geringe Korngröße wird Ton zu sehr dichten, wasserundurchlässigen Schichten zusammengeschlämmt. Durch Eisen und Manganoxide, die ebenfalls bei der Silicatverwitterung entstehen (zB aus Eisensilicaten), sind Ton und Lehm gelb, rotbraun, grünlich oder dunkel ge- färbt. Auch Kalk kann im Lehm enthalten sein (Verwitterung von Calciumsilicaten). Solche kalkhältigen Tone heißen auch Mergel . Muttergestein Unterboden Humusschicht Kalkgestein Silicatische Gesteine Dünne Bodenschicht Dicke Bodenschicht Schnelle Verwitterung Langsame Verwitterung Schroffe Formen Runde Formen Abb. 126.2: Verwitterung der Gesteine Abb. 126.1: Bodenprofil Quellbereich dünne Bodenschicht Mündungsbereich dicke Bodenschicht Abb. 126.4: Bodenmächtigkeit Abb. 126.3: Verwitterung der Alumosilicate 2 K(AlSi 3 O 8 ) + H 2 O + CO 2 K 2 CO 3 + 2 H(AlSi 3 O 8 ) Ca(Al 2 Si 2 O 8 ) + H 2 O + CO 2 CaCO 3 + H 2 (Al 2 Si 2 O 8 ) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv