FTIR-spektrometrische, röntgendiffraktometrische und geochemische Untersuchungen an Korngrößenfraktionen der Bodenprofile Fichte 1 (Solling) und Lange Bramke (Harz): Erkenntnisse zur Illitverwitterung in stark versauerten Waldböden

Göttingen

1999

101 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

82093

Der chemische und mineralogische Stoffbestand zwei sehr versauerter Bodenprofile wurde mit einer Kombination aus bodenkundlichen, geochemischen und mineralogischen sowie eigens entwickelten FTIR-spektroskopischen Methoden untersucht. Die so erhaltenen Daten ermöglichen die Überprüfung und Weiterentwicklung vorhandener Modelle zur Verwitterung, insbesondere der illitischen Tonminerale in extrem versauerten Böden sowie zum Stoffhaushalt von Waldökosystemen. Mit Hilfe der neu entwickelten FTIR-spektroskopischen Methoden konnten die wichtigsten bodenbildenden Minerale der beiden Standorte mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden. Durch die geeignete Kombination mit weiteren bodenkundlichen (Profilansprache, Wasser- und CNS-Gehalt, effektive Austauschkapazität und pH-Wert, Chemie der Gleichgewichtsbodenlösung, Korngrößenfraktionierung), geochemischen (Röntgenfluoreszens- und Mikrosondenanalyse, normative mineralbestimmung), und mineralogischen Methoden (Mikroskopie, Röntgendiffraktometrie an Pulver- und Texturpräparaten) und die Separierung der Proben in bis zu 10 Kornfraktionen konnte der geochemische und mineralogische Zustand der beiden Profile mit hoher Zuverlässigkeit und Auflösung bestimmt werden. Das bis 2,80 m Tiefe beprobte Solling-Profil läßt sich sedimentologisch in drei Bereiche gliedern. Den unterhalb 1,35 m anstehenden, tonig-siltigen Buntsandstein, die den mittleren Profilbereich bildende Mischfließerde aus Buntsandstein und Lößlehm und die den 60 cm Tiefen oberen Profilbereich bildende Lößlehm-Fließerde, aus der sich eine podsolige, schwach pseudovergleyte Braunerde entwickelt hat. Das 1 m Tiefe Harzprofil besteht aus Hangschutt der Nesigi- und Schalker-Schichten des Kahlebergsandsteins und ist als Podsol-Braunerde entwickelt. Für die seit längerer Zeit diskutierte Lößbeteiligung lieferten die Albitgehalte und Kornverteilung Hinweise. Obwohl sich die Böden aus unterschiedlichen geologischen Formationen entwickelt haben, weisen sowohl die Mineralparagenesen des Ausgangssubstrates, als auch die pedogenetischen Bildungen eine beachtliche Übereinstimmung auf. Neben den mineralischen Hauptkomponenten Quarz und Illit treten Albit, Kalifeldspat und Kaolinit als Nebenbestandteil, sowie lokale pedogenetische Anreicherungen bodenchloritischer Phasen, amorpher SiAl-Verbindungen und Eisenoxide auf. Die in früheren Arbeiten anhand der deutlich zurückgegangenen Austauschkapazitäten, der starken Anreicherung sekundärer SiAl-Verbindungen in den obersten Profilbereichen und durch den Vergleich mit Archivproben wahrscheinlich gemachten hohen und hauptsächlich auf die unnatürlich starke Bodenversauerung der unmittelbaren Vergangenheit zurückzuführende Tonmineralverluste konnten anhand der mineralogischen Ergebnisse bestätigt werden. Da mit diesen Tonmineralverlusten eine irreversible Degradation der Böden verbunden ist, besteht ein erhebliches Interesse an den Prozessen, die ursächlich zu der beschleunigten Tonmineralverwitterung führen. Entsprechend den in der Bodenkunde vorherrschenden Vorstellungen auf Methoden konzentrierten sich die bisherigen Erklärungsversuche ausschließlich auf das Quellverhalten der Zwischenschichten der Dreischittonminerale. Die für normal entwickelte Böden typischen Smektit- oder Vermikulitminerale konnte jedoch nicht oder nur in Spuren nachgewiesen werden. Die statt dessen gefundenen unregelmäßigen Wechsellagerungen aus Illit und Bodenchlorit in Verbindung mit starken Anreicherungen amorpher SiAl-Verbindungen deuten darauf hin, daß die Verwitterung der illitischen Tonminerale in extrem versauerten Böden weniger durch die diffusionskontrollierte Verwitterung der Zwischenschicht und die daraus resultierende Bildung quellfähiger Phasen, als durch die chemisch kontrollierte Lösung der Silikatschicht bestimmt wird. Neben den Befunden der Tonmineralanalysen sprechen hierfür auch die an den hier untersuchten Proben durchgeführten Verwitterungsexperimente, die mit zunehmend saurer Reaktion der Bodenlösung einen überproportional zunehmende Lösung des in der Silikatschicht gebundenen Aluminiums und Magnesiums zeigen.