3.1Klima

3.2Ausgangsmaterial

3.3Topographie

3.4Organismen

3.5Zeit

Ergänzungen zu Kapitel 3 (0.7 MB)

Schematisch kann man sich die Bodenbildung nach Fig. 27 so vorstellen, dass aufgrund einer Faktorenkonstellation (also den herrschenden Umweltbedingungen) eine Reihe von pedogenetischen Prozessen ausgelöst werden, die nach einer gewissen Zeit einen charakteristischen Bodentyp hervorbringen. Diese Vielzahl von Faktoren- und Prozesskombinationen zeigt bereits, dass eine eindeutige bodengenetische Interpretation äusserst schwierig aus dem Endergebnis, dem Bodentyp, abzuleiten ist. Im Prinzip ist jeder Boden ein Individuum und jedes Klassifikationssystem demzufolge eine grobe Vereinfachung der tatsächlichen Verhältnisse.

Eine Bodenentstehung lässt sich am ehesten verstehen, wenn von allen Faktoren nur einer verändert und die übrigen konstant gehalten werden. Wir beobachten beispielsweise die Böden entlang eines Hanges, vom Oberhang bis zum Tal. Die Verändungen müssen dann in erster Linie reliefbedingt sein, die beobachteten Böden bilden eine sog. Toposequenz. Unterschiedlich alte Böden bei sonst gleichen Bedingungen lassen sich in einer Chronosequenz zusammenfassen. Ähnliche Sequenzen lassen sich auch für die andern Faktoren ableiten.

Wir bezeichnen einen Boden als rezent, wenn er sich durch die momentan herrschende Faktorenkombination erklären lässt. Reliktische Böden sind auch den heutigen Umweltbedingungen ausgesetzt, sie weisen aber eindeutige Merkmale auf, die auf eine frühere, veränderte Faktorenkonstellation schliessen lassen. Fossile oder begrabene Böden sind durch Überschüttungen im Untergrund konserviert worden.

Die nachstend etwas genauer beschriebenen Faktoren können nicht vollständig wiedergegeben werden, da immer die individuelle Situation entscheidend ist. Detailliertere Ausführungen sind im Buch von Birkeland ("Soils and Geomorphology") nachzulesen.

Ergänzung: Rezente, relikte, fossile / begrabene Böden

Entsprechend den Klimazonen lassen sich weltweit grundsätzlich auch analoge Bodenzonen ableiten. Der Faktor Klima ist ein entscheidender Faktor, der sich auch auf den Faktor Organismen auswirkt. Sehr viele Böden lassen sich somit als zonale Böden primär aus der Klimofunktion erklären, dies gilt aber nicht in jedem Fall. Untenstehendes Schema (Fig. 28) soll den Zusammenhang zwischen den Verwitterungsprodukten und -tiefen und dem Klima erklären.

Die beiden nachstenden Graphiken von Jenny aus dem Jahre 1935 (Fig. 29) belegen ebenfalls eine deutliche Klimaabhängigkeit des Ton- und Humusgehaltes. Sie zeigen aber gleichzeitig auch, dass für den Boden meist nicht das Makroklima sondern das Mikroklima entscheidend ist. Die unterschiedlichen Gehalte an Ton oder Humus lassen sich beispielsweise leicht durch unterschiedliche Hangexposition innerhalb desselben Grossklimas erklären.

In Fig. 30 soll der Begriff des zonalen Bodentyps verdeutlicht werden, indem nur der Teilfaktor Niederschlag bei sonst mehr oder weniger gleichbleibenden Verhältnissen variiert wird. Grundsätzlich ist auch beim Niederschlag anzumerken, dass bodengenetisch nicht nur der Jahresmittelwert sondern die N-verteilung für die Bodenwirksamkeit verantwortlich ist (dauernd durchfeuchteter Boden oder Trockenzeit mit Senkung der Bodenaktivität).

Die Beeinflussung der Bodenbildung geschieht einmal durch die Textur des Materials und zweitens durch den Chemismus.

Die Textur oder die Körnung ist für die Reaktion des Bodens mit dem Wasser verantwortlich. Je feiner ein Boden, desto grösser die innere Oberfläche, die mit der Bodenlösung in Kontakt treten kann und die mineralischen Umwamdlungsprozesse beschleunigt. Grobkörniges Material fördert die Endoperkolation und damit die Verlagerungsvorgäne (Fig. 31), während in tonigem Material die Gefahr der Stauwasserbildung erhöht ist. Ein häufig auftretendes Phänomen ist die Nachzeichnung von ursprünglichen Texturunterschieden durch die Bodenbildung, indem etwa lithogene Inhomogenitäten (z.B. Grundmoräne über Schotter) von der Bodenbildung nicht übersprungen werden.

Ergänzung: Das Zweischichtprofil

Die chemische bzw. die mineralogische Materialzusammensetzung wirkt sich auf die Art der Umwandlungsprodukte und die Geschwindigkeit der pedogenetischen Prozesse aus. Karbonathaltiges Feinmaterial verhindert z.B. die Hydrolyse der silikatischen Mineralien (und damit auch eine Tonneubildung) wegen der Karbonatpufferung, so dass sich ein erkennbarer Boden erst nach viel längerer Zeit einstellt als auf reinem silikatischen Material. Granite vergrusen wegen der hohen Oxidationsempfindlichkeit des Biotits sehr rasch und können schon in wenigen hundert Jahren eine deutliche Verbraunung zeigen, wogegen quarzsandreiche Feinerde wegen der Stabiltät des Quarzes in unseren Klimaten auch nach sehr langer Zeit kaum eine Horizontierung erkennen lässt. Der Anteil ursprünglich vorhander Fe- oder Al-Verbindungen entscheidet auch, ob überhaupt sekundäre Oxide in grösserem Ausmass das Bild des Bodens prägen. Die Zusammensetzung des Gesteins wirkt sich schliesslich auch in Form der Nährstoffe auf die Vegetation aus, indem etwa reine Kalke oder Serpentin eine sehr einseitige und somit ungünstige Nahrungsgrundlage bilden.

Einen Spezialfall stellt die Bodenbildung auf reinen Karbonatgesteinen dar, indem die Karbonatlösung als einziger ablaufender Prozess grundsätzlich in allen feuchten Klimaten anzutreffen ist. Den so entstehenden Boden, der primär nicht klimabedingt ist, bezeichnen wir als intrazonalen Boden.

Der Topographie- oder Relieffaktor wirkt sich vielfältig auf die Bodengenese aus, hauptsächlich über die generelle Lage im Gelände, speziell die Exposition, die Hangdynamik und den Grund- bzw. Hangwassereinfluss.

Unterschiede in der Exposition wirken sich über das Mikroklima und die Vegetation auf den Boden aus.

Ein klassisches Beispiel aus der Schweiz ist die Untersuchung von Braun-Blanquet, Pallmann und Bach aus dem Jahr 1954 vom Posa-Hügel (1900 m) im Schweiz. Nationalpark:

Diese Unterschiede sind darauf zurückzuführen, dass von der Süd- zur Nordexposition

• die Verdunstung abnimmt

• die 'bodenwirksame' Mitteltemperatur abnimmt

• Dauer und Höhe der Schneedecke zunimmt

• der Anteil der Säurezeiger und der Deckungsgrad zunimmt.

Dieses Beispiel darf nicht verallgemeinert werden, es belegt aber generell, dass innerhalb eines grossklimatischen Raumes für die Bodenentwicklung Durchfeuchtung und Bodentemperaturen einen entscheidenden Einfluss ausüben.

Ergänzung: Bodensequenz Dischmatal

Die Beeinflussung der Bodenbildung durch die Hangdynamik beruht darauf, dass Böden aufgrund ihrer Lage im Gelände unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt sein können:

Teilweise oberflächlich abfliessendes Niederschlagswasser bewirkt am Mittelhang Bodenabschwemmung und die Akkumulation dieses Materials am Hangfuss (Kolluvium). Unterschiedliche Profilmächtigkeiten und Bodeneigenschaften sind die Folge (Fig. 33, aus Birkeland).

• Bei oberflächlich abfliessendem Hangwasser muss zwangsläufig in der Mulde mehr Wasser versickern, eine stärkere Auswaschung und Versauerung ist die Folge.

• Von der Kuppe her kann durch den Bodenbereich durchfliessendes Hangwasser in die Mulde gelangen und hier dem Boden wieder Stoffe zuführen, die hier der Versauerung entgegenwirken.

• In der Mulde kann das verstärkt anfallende Sickerwasser nicht schnell genug durch den Boden perkolieren, Stauwassereffekte können die Folge sein.

Wie aus der Aufzählung hervorgeht, können auch die am Hang ablaufenden Prozesse nicht generalisiert werden, da je nach der herrschenden Situation bei der Perkolation unterschiedliche Effekte auftreten können. Der Einbezug der Hangdynamik in die bodengenetische Interpretation gehört zu den schwierigsten Kapiteln der Feldbodenkunde.

Die Wasserbeeinflussung wurde bereits bei der Hangdynamik angetönt. Ausgeprägte reliefbedingte Unterschiede ergeben sich vor allem dann, wenn Böden am Hangfuss oder in Mulden durch das Grundwasser mitgeprägt werden, wie das aus Fig. 34 hervorgeht. Im periodischen Überschwemmungsbereich von Flusstälern können sich zudem ganz spezielle Böden (Aueböden oder Fluvisole) bilden, die ebenfalls auf die Topographie i.w.S. zurückzuzführen sind.

In einer Landschaft weisen Böden in unterschiedlichen Hangpositionen nach dem bisher Gesagten offensichtlich reliefbedingte Zusammenhänge zueinander auf, weshalb eine solche Bodenabfolge auch als Toposequenz bezeichnet wird. Um die Verwandtschaft dieser Böden untereinander auszudrücken, wird dafür häufig der Begriff Catena verwendet, der 1936 erstmals von Milne in den wechselfeuchten Tropen verwendet wurde (Rotlehme an den Hängen, dunkle Tonböden in der Ebene).

Die Beeinflussung der Bodenbildung erfolgt primär über die Vegetation, Bodenfauna und Flora; meist wird auch die anthropogene Beeinflussung dazu gerechnet. Der Faktor Organismen darf aber nur beschränkt als eigenständiger Faktor angesehen werden, da er einerseits stark vom Klima (Makro- und Mikroklima) abhängig ist und andererseits auch vom Boden selbst über Rückkoppelungen wieder beeinflusst wird.

Die Vegetation beeinflusst die Bodenbildung, indem

• durch die Art und die Dichte der Vegeationsbedeckung das Mikroklima weitgehend bestimmt wird,

• die Wurzeln einerseits den Boden zusammenhalten und so vor Abspülung schützen,

• Wurzelgänge und Röhren abgestorbener Wurzeln die Infiltrationskapazität für Sickerwasser fördern,

• sie die Streu für den Aufbau der Huminstoffe liefert, welche ja wichtige Tauscher darstellen,

• sie als Ionenpumpe aus dem Unterboden mineralische Nährstoffe über Biomasse, Streuproduktion und Mineralisation wieder dem Oberboden zuführt, weshalb sich im Oberboden oft inverse pH-Profile einstellen,

• in Stammnähe durch Stammabflusswasser die Bodenversaueruung verstärkt und oft die Bodenbelastung durch Schadstoffe stark erhöht ist ('Todesringe').

Bodenfauna und Bodenflora bestimmen die biologische Aktivität in einem Boden. Dabei wird bei genügender Aktivität

• Streu (durch Fauna, Pilze und Bakterien) zerkleinert, zersetzt und zu neuen Huminstoffen aufgebaut und auch wieder mineralisiert (Nährstofffreisetzung),

• der gesamte Stickstoffkreislauf (spez. Nitrifikation und Denitrifizierung) durch verschiedene Bakterien (aerob und anaerob) aufrechterhalten,

• durch bestimmte Bakterien der Luftstickstoff in die pflanzenvertwertbare Form des Ammoniums oder des Nitrats umgewandelt (Stickstofffixierung),

• die Symbiose zwischen Wurzelspitzen und Mykorrhizapilzen gefördert

• durch die sog. Bodenatmung ein hoher CO₂-Gehalt in der Bodenluft erreicht, was für die Karbonatauflösung wichtig ist,

• durch die Schleimabsonderung von Bodentieren und bei Darmpassage durch den Regenwurm die Aggregatbildung gefördert (Lebendverbauung),

• durch die Wühltätigkeit der Bodentiere (Mäuse, Hamster etc.), die sog Bioturbation, die organische Substanz in den Boden eingearbeitet (Bildung von Mull).

Die menschliche Tätigkeit reicht von der kaum merklichen Beeinflussung bis zu eigentlich anthropogenen Böden. Bei der landwirtschaftlichen Nutzung ist an primärer Stelle die (schon aus dem Mittelalter stammende) Rodung zu sehen, die vielfach zu extremen Erosionsproblemen führt:

Durch die Düngung können die chemischen Eigenschaften eines Bodens verändert werden, so dass meistens die landwirtschaftlich genutzten Böden nährstoffreicher und weniger sauer sind als die benachbarten Waldstandorte.

Durch die Pflugarbeit entsteht häufig ein künstlicher Pflughorizont mit einer markanten Grenze zum nicht gepflügten Unterboden. Gleichzeitig wird dadurch die Durchlüftung und damit auch die Humusmineralisation gefördert. Daneben können aber auch Verdichtungsphänomene durch das Gewicht der Maschinen hervorgerufen werden, die ihrerseits wiederum Anlass zu verstärkter Erosion oder Stauwassereffekten sind.

Drainage kann in positivem Sinn die Durchlüftung eines Bodens verbessern oder bei stark torfigen Böden in negativer Weise die Humusmineralisation so beschleunigen, dass Bodensackungen und Trinkwasserbeeinflussungen die Folgen sind (Nitrat-Problem). beschleunigen, dass Bodensackungen und Trinkwasserbeeinflussungen die Folgen sind (Nitrat-Problem).

Auch die Grundwasseranhebung, etwa im Zusammenhang mit dem Aufstau eines Flussabschnittes, kann in arideren Regionen zu verstärkter Evapotranspiration und damit zu Versalzungsphänomenen führen, wie es bei uns schon aus dem Wallis bekannt ist.

Bei der forstlichen Nutzung kann beispielsweise die Aufforstung ehemaliger Mischwaldgebiete durch Fichte zu einer zersetzungsresistenteren Streuauflage und damit zur Rohumusbildung mit verminderter biologischer Aktivität führen.

Schliesslich stellen heute auch die Immissionen durch anthropogene Schadstoffe ein grosses Problem dar: Schwermetalle über die Düngung und die Luftdepositionen, anthropogene Säuren über den Niederschlag, Salzbeeinflussung von den Strassen etc.

Diese unvollständige Aufzählung soll belegen, dass heute kaum noch anthropogen unbeeinflusste Böden existieren. Es ist schwierig, im Einzelfall den menschlichen Einfluss zu konkretisieren undgegenüber dem natürlichen abzugrenzen, wenn die Landschaftsgeschichte zu wenig bekannt ist. Es sollte gerade die Aufgabe der Bodengeographie sein, solche Zusammenhänge zwischen der theoretischen Bodenentwicklung einerseits und der durch den Menschen beeinflussten Landschaft andererseits zu ergründen.

Grundsätzlich ist der Zeitfaktor kein bodenbildender Faktor im engeren Sinn, durch ihn lässt sich nur der Entwicklungszustand eines Boden beschreiben. Von einem Gesteinsboden entwickelt sich unter den jeweils herrschenden Bedingen (Faktorenkombination) ein Reifestadium eines Bodens, das oft als Klimaxboden bezeichnet wird. Im Verlauf seiner Entwicklung wird ein Boden in Feuchtklimaten generell humusreicher, seine Azidität nimmt zu, die Horizontdifferenzierung wird deutlicher, das Profil mächtiger und die Farben intensiver. Nach dem Erreichen des Reifestadiums verändert sich der Bodentyp nicht mehr grundsätzlich, sofern die Umweltbedingungen gleichbleibend sind, sondern nur noch graduell und vor allem in seiner Profilmächtigkeit.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass in unterschiedlichen Klimaregionen und Ausgangsgesteinen die Geschwindigkeit der Bodenbildung ganz unterschiedlich sein kann, so entsteht etwa auf kristallinem Material im alpinen Raum schon in einigen hundert Jahren ein typischer Podsol, während auf karbonathaltigem Material im Mittelland einige tausend Jahre für die Bildung einer geringmächtigen Braunerde erforderlich sind. Es muss dabei aber immer auch in Betracht gezogen werden, dass bei langdauernder Entwicklung (z.B. während des Postglazials) die übrigen Faktoren nicht unbedingt als konstant angesehen werden können.

Zeitabfolgen von Böden bei sonst gleichbleibenden Bedingungen bezeichnet man als Chronosequenzen. Das folgende Beispiel (Fig. 37) aus der Diplomarbeit von Meili (1982) zeigt die Entkarbonatisierung auf Molassemergel im Verlauf der Zeit am Rossberg.

Ergänzung: Versauerungstiefe unterschiedlich alter Böden

Die verschiedenen Bodenveränderungen laufen aber nicht gleichsinnig und gleich schnell ab. Die Humusbildung beispielsweise erreicht im allgemeinen schon nach wenigen hundert Jahren einen Gleichgewichtszustand zwischen der Anlieferung und der Mineralisierung, während auf Mischgestein die Versauerung erst nach Tausenden von Jahren eine starke Verlangsamung erfährt. Dann allerdings sind in den oberen Profilabschnitten kaum noch Unterschiede zwischen verschieden alten Böden festzustellen.