Entwicklung des Bodens

Gestein und Bodenzum Vergrößern anklicken
Aus Gestein wird Boden – das braucht viel Zeit!
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Damit sich neuer Boden entwickelt, braucht es vor allem eins: Zeit. Ausgangspunkt ist dabei immer das Gestein. Hinzu kommen organische Substanzen. Und auch Wasser, Luft und Kleinstlebewesen tragen zur Entstehung von Boden bei.

Lange Entwicklung

Böden bilden und entwickeln sich über lange Zeiträume, viele Faktoren spielen dabei zusammen. Die wichtigsten natürlichen Einflussfaktoren sind das Gestein, das Klima, Pflanzen und Tiere, die Form und Neigung des Geländes und das Wasserangebot. Von großer Bedeutung sind die Entwicklungszeit und die Intensität der Bodennutzung durch den Menschen, welche in den letzten Jahrhunderten zu erheblichen Bodenveränderungen geführt hat.

Die eigentliche Entstehung von Boden passiert durch Verwitterung von Gestein und der weiteren Zerkleinerung mineralischer Bodenpartikel. Die Prozesse können je nach Stärke der Einflussfaktoren unterschiedlich schnell ablaufen. Boden ist aber mehr als ein Gemenge ausschließlich mineralischer Partikel mit unterschiedlicher Größe. Boden ist vor allem ein Gemisch aus zersetzter organischer Substanz, dem Humus und den mineralischen Bestandteilen durchsetzt mit Wasser und Luft sowie einer Vielzahl pflanzlicher und tierischer Lebewesen. Bis dieses Gemisch in der gewohnten Qualität und notwendigen Mächtigkeit entsteht, braucht es viel Zeit. Die Entwicklung einer ein Zentimeter mächtigen, humosen Bodenschicht kann zwischen 100 und 300 Jahren dauern – jedoch bei einem einzigen starken Gewitterregen durch Erosion verloren gehen.

Zerkleinerung des Gesteins

Ausgangspunkt für die Entstehung eines Bodens ist das Gestein, das an der Erdoberfläche durch unterschiedlichste Formen der Verwitterung zerkleinert wird. Dringt beispielsweise Wasser in die Klüfte und Risse des Gesteins ein und dehnt sich beim Gefrieren um circa neun Prozent aus, bewirkt dieser Druck eine mechanische Sprengung und Zerkleinerung. Der Wechsel von Erhitzen und Abkühlen sorgt besonders bei dunklen Gesteinen ebenfalls für eine mechanische Belastung und den langsamen Zerfall.

Chemische Reaktionen sorgen für eine Veränderung der Zusammensetzung des Gesteins. Besonders silikathaltige Gesteine verlieren durch die Hydrolyse, einer Art Lösung, Ionen aus dem Kristallgitter, so dass deren Struktur instabil wird. Eine ganz ähnliche Form ist die Hydratation, bei der Wassermoleküle in das Kristallgitter eines Minerals aufgenommen werden. Durch die Quellung verliert das Gestein seine Festigkeit.
Der Druck von wachsenden Wurzeln vermag ebenfalls Gestein zu zerkleinern. Es kommt zur regelrechten Wurzelsprengung, die auch mal Fuß- und Radwege aufbrechen lässt.

Humifizierung, Verbraunung und Verlehmung

Parallel zur Zerkleinerung des Gesteins und der mineralischen Partikel passieren eine ganze Reihe weiterer Prozesse wie die Humifizierung, Verbraunung und Verlehmung und steuern den Fortgang der Bodenbildung.
Durch Humifizierung bilden sich sehr stabile humose Substanzen, die sogenannten Huminstoffe aus der Zersetzung von Pflanzenresten. Die Hauptverantwortung für den Abbau tragen die Bodenorganismen. Bei Wasser- und Sauerstoffmangel, niedrigen Temperaturen oder anderen nicht optimalen Bedingungen für die Organismen wird ihre Abbauleistung verzögert oder nahezu vollständig unterbunden.

Die Verbraunung beschreibt einen Vorgang, bei dem eisenhaltige Minerale wie Olivin oder Biotit im Boden mit Sauerstoff reagieren. Die daraus entstehenden Oxide und Hydroxide geben dem Boden eine sehr charakteristische rötlich-braune Färbung.

Verlehmung tritt fast immer in Verbindung mit dem Prozess der Verbraunung auf. Ergebnis der Verlehmung sind Tonminerale, die aus der Zerkleinerung der silikatischen Minerale Feldspat und Glimmer entstehen. Die Tonminerale haben die Korngröße von Ton, so dass ein ursprünglich sandiger Boden durch die Zerkleinerung lehmiger und fruchtbarer wird.

Lessivierung, Podsolierung und Vergleyung

Alle bei der Zerkleinerung im Boden freigesetzten Ionen sowie die entstandenen Tonminerale und Huminstoffe werden früher oder später mit dem versickernden Bodenwasser vertikal transportiert. Das Ergebnis hängt von der Intensität des Transports, von der Durchlässigkeit des Bodens und von der Dauer der wirkenden Prozesse ab. Es werden auch, je nach Klima, leicht lösliche Salze gelöst und wieder fixiert oder schwerer lösliche Carbonate durch weiterhin versauernd wirkende Niederschläge. Durch den Vorgang der Lessivierung kommt es zu einer Verlagerung der Tonpartikel. Der Vorgang setzt ein, wenn der pH-Wert des Bodens unter 6,5 sinkt. In einer tieferen Schicht werden die Tonpartikel wieder fixiert, so dass es in diesem Horizont zu einer Anreicherung von Ton kommt.

Die Podsolierung ist ein Prozess, der ebenfalls erfolgt, wenn die pH-Werte in der obere Bodenschicht stark sinken. Gründe für diese Versauerung sind ökologisch ungünstige und saure Streuauflagen, wie beispielsweise die Nadeln von Fichten und Kiefern in Verbindung mit der von Menschen erzeugten atmosphärischen Säurezufuhr. Ist die Pufferkapazität der oberen Bodenschichten aufgebraucht, was besonders auf mineralarmen Böden aus Sand schnell der Fall ist, entsteht ein hellgebleichter Horizont. Die Aufhellung kommt von der Auswaschung der dunkel bis schwarz gefärbten Huminstoffe und der rötlichen Eisenoxide, die in tieferen Horizonten wieder fixiert werden.

Beim Prozess der Vergleyung entsteht permanenter Sauerstoffmangel in einem ständig mit Wasser gesättigten Bereich, der meist in tieferen Bodenschichten liegt. In Folge der chemischen Reduktion des rostfarbenen Eisens und des Mangans bildet sich eine grünlich-blau-graue Schicht mit stellenweiser Bleichung.

Alle genannten Vorgänge beeinflussen die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Bodens und geben ihm ein charakteristisches Aussehen in Form des vertikalen Profilaufbaus mit seinen Schichten und Horizonten.

Schema Entwicklung von Böden
Viele Faktoren steuern die langsame Entwicklung des Bodens.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Gute Zusammensetzung

Die beschriebenen Prozesse der Bodenbildung entscheiden über die Korngrößenzusammensetzung der mineralischen Bodenpartikel. Diese Eigenschaft wird als Bodenart bezeichnet und wird manchmal mit dem Bodentyp verwechselt. Die Bodenart ist ein Maß für die Anteile der unterschiedlichen Korngrößenfraktionen und reicht von sehr fein und nicht mehr sichtbar bis zu zwei Millimeter großen Sandkörnern. Die unterschiedlichen Anteile der drei Fraktionen Ton, Schluff und Sand kennzeichnen somit eine bestimmte Bodenart. Ein lehmiger Sand ist demnach ein Gemisch aus allen drei Fraktionen jedoch mit einem Hauptanteil von Sand.

Die Korngrößenzusammensetzung ist eine der zentralen Bodeneigenschaften und beeinflusst die wichtigsten Funktionen und Prozesse im Boden. Besonders die Wasserführung und der Ertrag, aber auch der Beitrag zur Vermeidung von Hochwasser werden von der Bodenart gesteuert. Die Verteilung der Korngrößen entscheidet erheblich über die Gefährdung durch Bodenerosion und die Gefährdung gegenüber einer Verdichtung durch schwere Land-, Forst- oder Baumaschinen.

Die kleinsten Vertreter unter den mineralischen Bodenpartikeln sind die Tonminerale. Ton ist deswegen so wertvoll, weil die silikatische Struktur es ermöglicht, in dem existierenden Kristallgitter Ionen zu binden und darin enthaltene Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar zu machen.

Von noch größerem Wert sind die Huminstoffe oder der Humus im Boden. Neben der Bindung von Kohlenstoff kann Humus wegen seiner großen Oberfläche ebenfalls Nährstoffe speichern und freisetzen sowie sehr viel Wasser aufnehmen. Sowohl Tonminerale als auch der Humus sind die wichtigsten Filter für Schadstoffe. Der Humus ist eine wichtige Energiequelle für alle Bodenlebewesen, die wiederum ihren Teil zur Bodenqualität nur dann beisteuern können, wenn optimale Verhältnisse herrschen. Aus diesem Grund sind Wirtschaftsweisen anzuwenden, die nicht zu sinkenden Humusgehalten führen.

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