Bodenkunde

Silikate - SiO₄^4- (Bsp. Quarz, Tonminerale)

Carbonate - CO₃^2- (Bsp. Calzit)

Oxide - O^2-

Hydroxide OH^- (Bsp. Goethit)

Sulfide S^2-

^{Sulfate SO₄2-}

Phosphate PO₄^2-

Halide Cl^-, F^-

Die negativen Schichtladungen der Dreischichttonminerale sind die Folge von isomorphem Ersatz. Dabei wird beispielsweise Si4+ in der Tetraederschicht teilweise durch Al3+ ersetzt. Da das Al3+ weniger stark positiv geladen ist als Si4+, entsteht ein negativer Ladungsüberschuss. Isomorpher Ersatz ist natürlich auch in den Oktaederschichten möglich, beispielsweise durch den Ersatz von Al3+ durch Mg2+, wie in Abbildung 2-6 zu sehen ist. Die Ladung wird durch Kationen in der Bodenlösung ausgeglichen, die sich austauschbar an die negativ geladenen Bodenteilchen anlagern. 

Gesamthaft nimmt die positive Ladung beim isomorphen Ersatz ab  → Es entsteht ein Überschuss an negativen Ladungen!

Tonminerale werden in 2- und 3-Schicht Tonminerale unterteilt.

- grosse spezifische Oberfläche, da kleine plättenförmige Partikel.

- Oft permanente negative Ladung oder zumindest negativ geladene Oberfläche.

- In der Lage, Kationen austauschbar an sich zu binden und so Pflanzennährstoffe zwischenzuspeichern.

- Einige Tonimeralien quellen und schrumpfen stark, wenn sie befeuchtet werden oder austrocknen.

2- Schicht:

schichtflächenabstand nicht variabel

nicht quellbar

Ionen- Adsorption nur von Aussen- und Bruchflächen

3- Schicht:

Schichtflächenabstand variabel

gut quellbar durch Eintritt von Wasser

Ionen- Adsorption vorwiegend an inneren Oberflächen, sowie an Aussen- und Bruchflächen.

entstanden unter hohem Druck- und/oder hoher Temperatur

Bestandteile der magmatischen und metamorphen Gesteine

in Böden vor allem in den Grössenfraktionen Sand und Schluff

Entstanden durch chemische Verwitterung unter atmosphärischen Bedingungen

in Böden vor allem in der Grössenfraktion Ton zu finden

- Tonminerale

- Oxide, Hydroxide

- Carbonate

- Sulfate, Sulfide oder Phosphate

Verwitterung/Umwandlung:

physikalisch,chemisch, Verbraunung, Gefügebildung, Humusanreicherung

Verlagerung und Anreicherung:

Auswaschung von Salzen, Entcarobatisierung-Carbonatisierung, Tonverlagerung, Podsolierung,Salzanreicherung

Redoximorphose:

Vergleyung, Pseudovergleyung

Turbation:

Bioturbation, Kryoturbation, Peloturbation

Gestein:

Zusammensetzung, Verwitterbarkeit

Klima:

Temperatur, Strahlung, Niederschläge, Wind

Relief:

Wasserhaushalt, Stofftransport, Erosion

Lebewesen:

Vegetation, Bodenfauna, Mensch

Zeit: 

Zeiträume von Jahren bis Jahrmillionen

Bilden einerseits das Gerüst des Bodens, sowie Einfluss auf die Bodenstruktur. Erzeugen Porenraum (Wasser-und Lufthaushalt, sowie Bodenlebewesen). Durch Bodenfestsubstanz halt für die Pflanzen Tonanteil und Zusammensetzung der Tonmineralien veranwortlich für die Fähigkeit kationische Pflanzennährstoffe zwischenzuspeichern. Durch Verwitterung werden Pflanzennährstoffe aus dem mineralischen Material freigesetzt. Mineralische Bodenbestandteile sind Indikatoren für Verwitterungsprozess, sowie Rückschlüsse auf Paläoklima (Klima während Bodenbildung), sowiee das Alter des Bodens.

Streustoffe sind noch nicht zer-setztes totes organisches Materi-al, mit noch erkennbarer Gewe-bestruktur. Hauptbestandteile: Zellulosen, Hemizellulosen, Lig-nine, Proteine, Zucker, Stärke, Fette, Wachse und Harze.

Nicht-Huminstoffe sind chemi-sche Verbindungen mit bekann-ter Struktur wie Aminosäuren, Proteine, Zucker, usw.

Huminstoffe bestehen aus einem komplexen Gemisch organischer Moleküle, deren Struktur nicht vollständig bekannt ist. Sie sind hochmolekular und können Aufgrund ihrer Löslichkeit in Lauge und Säure weiter unterteilt werden in Humine, Huminsäuren und Fulvosäuren.

Verbindungen aus C,O und H. Im boden of hochmolekular und komplexe Moleküle, ausser CO₂ und O₂

Lebende Organismen und Pflanzenwurzeln sowie abgestorbene pflanzliche und organische Umwandlungsprodukte.

Gesamtheit der toten organischen Substanz und deren organischen Umwandulngsprodukte

Abbau organischer Substanz

vollständiger mikrobieller Abbau zu anaorganischen Stoffen (CO₂, H₂O) dabei auch Freisetzung der in den organischen Stoffen enthaltenen Pflanzennährelemente

Umwandlung in Huminstoffe

Nährstoffspeicher N,P,S 

Nahrung für Bodentiere und Mikroorganismen

Verbesserung und Stabilisierung der Bodenstruktur

Verbesserung des Wasser - und Lufthaushaltes

Schnellere Erwärmung des Bodens bei Sonneneinstrahlung

Komplexierung von toxischen Metallen (Bsp. Al³⁺)

Enthält Wirkstoffe, die das Wurzelwachstum fördern

Temperatursprengung: Temperaturunterschiede im Gestein erzeugen Spannungen, dadurch entstehen Risse wo Wasser eindringt.

Frostsprenung: Wasser dringt in feine Risse und dehnt sich beim gefrieren aus, sprengt dadurch Gestein.

Salzsprengung: Wasser verdunstet aus Rissen im Gestein. Es bilden sich Salzkristalle, welche das Gestein sprengen können.

Hydratation: Eindringendes Wasser führt zu Quellung von Tonsteinen und zur Auflösung von Salzsteinen.

Abrasion: gegenseitiger Abrieb von Steinen, die beim Transport durch Wind oder Wasser aneinader gerieben werden.

Auflösung durch Hydratation: leicht lösliche Salze und Gips werden aufgelöst und mit dem Sickerwasser ausgewaschen.

Protolyse (Carbonate, Silikate):

Carbonate: Werden aufgelöst und ausgewaschen, der Boden wird entkalkt. Dieser Prozess stabilisiert den Boden-pH im neutralen bis alkalischen Bereich.

Silkate: Diere Prozess ist nur bei pH< 7 von Bedeutung. H⁺ greifen die Silikatstrukturen an und verwittern diese. Dabei werden (Mg, Ca, K , Na und weitere Elemente) freigesetzt. Fe(II) oxidiert und fällt als braunes Fe- Hydroxid aus. (Verbrauunung)

Oxidation- Redoxprozesse: Fe, Mn oder S in Mineralstruktur werden oxidiert und die Minerale so destabilisiert und verwittert.

Komplexierung. Durch biologische Aktivität entstehen organische Säuren. Die komplexieren Al, Fe und Mn, was die Auflösung der Minerale bewirkt. Die Auscheidung von Säuren ist eine Strategie von Pflanzen und Mikroorganismen, um Nährstoffe wie Fe aus dem boden zu mobilisieren.

Nach der vollständigen Entcarbonisierung (Entkalklung) eines Bodens sinkt der pH Wert unter 7. Durch die einsetzende Silikatverwitterung wird Fe(II) freigestetzt, welches zu Fe(III)- Oxiden und Hydroxiden oxidiert, welche die typische Braunfärbung des Bodens bewirken. Oft läuft parallel eine Verlehmung statt, da durch die Verwitterung von Silikaten sekundäre Tonminerale entstehen, die zum erhöhten Tongehalt beitragen.

Bei einem pH von 5-7 werden Tonpartikel aus den oberen Schichten in  die unteren verlagert. Im Oberboden entsteht ein tonverarmter Horizont, im Unterboden hingengen ein Tonanreicherungshorizont. In Anreicherungshorizonten werden Poren verstopft, wodurch die Wasserleitfähigkeit durch die Einlagerung sinkt. → Es kann zu Staunässe führen.

Bei einem pH unter 5 bilden organische Substanzen Fe- und Al- Ionen Komplexe, die im Oberboden ausgewaschen und im Unterboden wieder ausgefällt werden. Dadurch entstehen zwei Anreciherungshorizonte. 1 Dunker Ih-Horizont mit organischem Material und 2. ein rötlich-brauner  Ife-Horizont mit FE und Al-Hydroxiden.

Voraussetzungen für eine Podsolierung sind ein niedriger pH-Wert, gehemmter Abbau organi-scher Substanz (Humusform Moder oder Rohhumus) und genügend Niederschläge (humides Klima).

In aridem Klima können durch die Verdunstung von Niederschlag Salze imBoden zurückbleiben. In einem ersten Schritt erhöht sich die Ionenkonzentration, was für die Pflanzen zu Schwierigkeiten führen kann. In einem weiteren Schritt können sich Salzkristalle an Bodenoberfläche bilden, der Boden trocknet dadurch aus.

Durch die Zersetzung von Streu (organisches Material) entstehen humose mineralische Horizonte, sowie organische Horizonte. Je stärker die Abbauprozesse durch die Umweltbedingen gehemmt werden, desto mehr organisches Material wird angereichert. Durch die Aktivität von Bodenwühlern, wie Regenwürmer kann organische Substanz in grössere Tiefe verlagert werden.

Bei der Redoximorphose kommt es zu einer Rostfleckung oder Marmorierung des Bodens. Dies entsteht durch kleinräumige Umverteilung von Fe und Mn infolge Sauerstoffmangel. Der Sauerstoffmangel reduziert Fe und Mn und diese sind danach gut wasserlöslich und durch Diffusion verlagert. In besser gelüfteten, sauerstoffreicheren Zonen werden diese wieder oxidiert und fallen als Hydroxide aus. Es entsteht das typische Fleckenmuster.

Vergleyung: Die Redoximorphose wird bei der Vergleyung durch Grundwasser verursacht. Die reduzierten Metalle werden gelöst und durch die Kapillarkraft in die oberen Schichten getrieben und oxidieren dort wieder.

Pseudovergleyung: Tritt bei Staunässe auf. Diese Böden sind nur zeitweise vernässt

Regenwürmer, Ameisen, Mäuse u.a sorgen durch ihre Grabtätigkeit für eine gute Durchmischung des Bodens.

Wechsel von Gefrieren und Auftauen. Böden dehnen sich aus und sacken wieder zusammen

Tonreiche Böden, die stark quellen und wieder austrocknen. 

Endstadium der Bodenbildung unter den gegebenen klimatischen Bedingungen

Obderbodenhorizont

Unterbodenhorizont

Mineralischer Untergrund