Ausmaß äolischer Einträge in circumsaharischen Böden und ihre Auswirkungen auf Bodenentwicklung und Standortseigenschaften
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Inst. für Bodenkunde und Standortslehre
1995
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| Schriftenreihe: | Hohenheimer bodenkundliche Hefte
23 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Problemstellung
1.1 Einführung .............................................. 1
1.1.1 Äolische Substanzen .................................... 1
1.1.2 Kenntnisstand über äolische Beimengungen in Böden ............ 5
1.1.2.1 Wissenschaftsgeschichtlicher Rückblick .................... 5
1.1.2.2 Jüngere Literatur ...................................... 6
1.2 Problemstellung und Zielsetzung ............................... 10
1.3 Mögliche und angewandte Vorgehensweisen ..................... 12
1.3.1 Depositionsmessungen .................................... 12
1.3.2 Identifizierung von Stäuben in Böden ......................... 13
1.3.3 Angewandte Vorgehensweise................................ 14
2 Kenntnisstand über Staubaustrag aus der Sahara
2.1 Staubausbreitung ......................................... 16
2.2 Mineralische Zusammensetzung des Sahara-Staubes ............... 18
2.3 Staubdepositionen der Vergangenheit in den Untersuchungs-Regionen .. 21
3 Untersuchungsstandorte
3.1 Geographische Lage ....................................... 24
3.2 Geologie und Lithologie .................................... 25
3.3 Klima ................................................. 28
3.4 Vegetation und Nutzung .................................... 31
3.5 Böden ................................................. 34
4 Staubaus- und -eintrag in den untersuchten Boden
- Analysenergebnisse und Diskussion -
4.1 Gneis-Böden Süd-Ägyptens ................................. 42
4.1.1 Bodenentwicklung ...................................... 42
4.1.2 Äolische Material-Zumischung ............................ 47
4.1.2.1 Rezente Material-Zumischung ........................... 47
4.1.2.2 Subrezente Material-Zumischung ......................... 48
4.1.3 Material-Abfuhr ........................................ 50
4.1.4 Zusammenfassende Darstellung der Bodenentwicklung ........... 53
4.2 Basaltische Böden Lanzarotes ................................ 56
4.2.1 Bodenentwicklung ..................................... 56
4.2.2 Quarzgehalte .......................................... 60
4.2.3 Quarzgehalte und Textur .................................. 65
4.2.4 Verlagerung von Quarz im Boden .......................... 67
4.2.5 Quarz und Element-Gesamtgehalte .......................... 69
4.2.6 Begleitminerale äolischer Quarze ........................... 73
4.2.6.1 Feldspäte ........................................... 73
4.2.6.2 Tonminerale ......................................... 75
4.2.6.3 Karbonate .......................................... 78
4.2.7 Zusammenfassung und Quantifizierung der Staubeinträge .......... 82
4.3 Karbonatgesteins-Böden Süd-Portugals ......................... 85
4.3.1 Bodenentwicklung ................................. 85
4.3.2 Quarzgehalte .......................................... 88
4.3.3 Quarz und Element-Gesamtgehalte ........................... 91
4.3.4 Quarz und begleitende Minerale ............................. 93
4.3.4.1 Feldspäte und Magnetit ................................ 93
4.3.4.2 Tonminerale ........................................ 98
4.3.5 Zusammenfassung und Quantifizierung der Staubeinträge ......... 101
IX
4.4 Karbonatgesteins-Böden Nordwest-Ägyptens .................... 105
4.4.1 Bodenentwicklung ..................................... 105
4.4.2 Äolische Material Zumischung ............................. 106
4.5 Ein Serpentinit-Boden der Süd-Türkei ......................... 111
4.5.1 Bodenentwicklung ..................................... 111
4.5.2 Quarzgehalte .......................................... 113
4.5.3 Verlagerung von Quarz im Boden .......................... 114
4.5.4 Quarz und Element-Gesamtgehalte .......................... 114
4.5.5 Quarz und begleitende Minerale ............................ 116
4.5.5.1 Feldspäte .......................................... 116
4.5.5.2 Tonminerale ......................................... 117
4.5.6 Zusammenfassung und Quantifizierung der Staubeinträge ......... 119
4.6 Basaltische Böden Nordost-Israels ............................. 121
4.6.1 Bodenentwicklung ...................................... 121
4.6.2 Quarzgehalte ......................................... 123
4.6.3 Quarz und begleitende Minerale ........................... 125
4.6.3.1 Karbonat ......................................... 125
4.6.3.2 Feldspäte .......................................... 126
4.6.3.3 Tonminerale ......................................... 126
4.6.4 Zusammenfassung und Quantifizierung der Staubeinträge ......... 126
4.7 Quantitäten, zeitliche und räumliche Variabilität äolischer Umlagerungen . 128
4.7.1 Quantitäten der Einträge nach Transportarten .................. 128
4.7.2 Zeitliche und räumliche Variabilität der äolischen Einträge ......... 131
4.7.3 Zonalität äolischer Einträge ............................... 137
5 Auswirkungen äolischer Umlagerungen auf die Bodenentwicklung
5.1 Profilmorphologie ........................................ 139
5.2 Mineralbestand .......................................... 140
5.3 Verwitterung ............................................ 142
5.4 Texturentwicklung (Verlehmung) ............................. 145
5.5 Fe-Oxidbestand (Verbraunung und Rubefizierung) ................ 147
5.6 Karbonatisierung ......................................... 149
5.7 Versalzung .............................................. 151
5.8 Zusammenfassung der Auswirkungen auf die Bodenentwicklung ...... 152
6 Auswirkungen äolischer Umlagerungen auf ökologische
Standortseigenschaften
6.1 Allgemeines zur Standortsbewertung ........................... 154
6.2 Griindigkeit und Durchwurzelbarkeit ............................ 154
6.3 Wasser- und Lufthaushalt .................................... 155
6.4 Wärmehaushalt .......................................... 158
6.5 Nährstoffhaushalt ......................................... 159
6.6 Zusammenfassung der Auswirkungen auf Standortseigenschaften ..... 161
7 Literatur ................................................. 163
Anhang 1 Anmerkungen zu den Datenblättern .............................. 177
Anhang 2 Profübeschreibungen ........................................ 178
Anhang 3 Analysendaten Böden S-Ägypten ................................ 188
Anhang 4 Analysendaten Boden Lanzarote ................................. 190
Anhang 5 Analysendaten Böden S-Portugal ................................ 198
Anhang 6 Analysendaten Böden NW-Ägypten .............................. 202
Anhang 7 Analysendaten Boden S-Türkei .................................. 204
Anhang 8 Analysendaten Böden NE-Israel ................................. 206
Anhang9 Methoden ................................................ 208
Anhang 10 Abkürzungen ............................................... 213
Verzeichnis der Figuren
1 Einführung und Problemstellung
Fig. 1 : Vergleich der Korngrößenverteilung in äolischen Akkumulationsformen von
Flugsand, Löß und Sahara-Staub auf den Kapverd. Inseln sowie von atmosphäri-
schem Staub auf Barbados .................................... 3
2 Kenntnisstand über Staubaustrag aus der Sahara
Fig. 2: Haupttransportwege von Stäuben aus der Sahara und Lage der untersuchten
Standorte ................................................... lfi
Fig. 3: Saisonale Anzahl der Dunststage über dem Meer ..................... 17
Fig. 4: Tonmineralzusammensetzung in Stäuben (Fraktion 2p.m) über dem östlichen
Atlantik, im Thyrrenischen Meer und in Israel ...................... 19
Fig. 5: Verteilung von Quarz und Kaolinit in atlantischen Sedimenten ........... 19
3 Untersuchungsstandorte
Fig. 6: Lage der untersuchten Standorte in den Klimazonen .................. 24
Fig. 7: Böden des Bir Safsaf Gneis-Komplexes ........................... 34
Fig. 8: Geologischer Bau Lanzarotes, Lage der untersuchten Standorte und
schematische Abfolge der Böden ............................... 36
Fig. 9: Geologischer Schnitt von der Hügelzone in die Küstenebene nördlich
von Faro und Lage der untersuchten Böden ........................ 37
Fig. 10: Schnitt durch das libysche Plateau und typische Bodencatenen der
nördlichen Hochebenen und der südlichen Tafelberge ................ 38
Fig. 11 : Bodenabfolge im Serpentinitgebiet des Amanos-Gebirges .............. 39
Fig. 12: Geologie des Golan und Lage der untersuchten Standorte .............. 41
4 Staubaus- und -eintrag in den untersuchten Böden
4.1 Gneis-Böden Süd-Ägyptens
Fig. 13: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Lagerungsdichte, Fe-Oxide und
Tonmineralbestand der Gneis-Böden Süd-Ägyptens ................. 43
Fig. 14: Tiefenfunktionen von Gesamtgehalten der Gneis-Böden Süd-Ägyptens .... 44
Fig. 15: Verhältnis zwischen den Gehalten an Ton und Fe-Oxiden (Fed) und dem
Anteil der Fe-Oxide am Gesamt-Fe (Fe j/t) ........................... 45
Fig. 16: Verhältnis zwischen den Gehalten an Kaolinit zu Schluff (U), Feinsand (fS)
und Mittelsand (mS) .......................................... 45
Fig. 17: Tiefenfunktionen des Mineralbestandes in Grobsand, Mittelsand, Feinsand,
Schluff, Feinerde und Gesamtboden ............................. 46
Fig. 18: Mischung der Sandstein- und Gneis-Komponenten, sowie Material-Austräge
während der äolischen Umlagerung. Schematisch in Verhältniszahlen ..... 54
Fig. 19: Zusammensetzung der einzelnen Bodenkomponenten, Mineralumsätze und
-verluste in kg/m2 ............................................ 55
4.2 Basaltische Böden Lanzarotes
Fig. 20a: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz, Oxiden
und Tonmineralen der basaltischen Böden Lanzarotes (Böden IVb und IVa) . • 57
Fig. 20b: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz, Oxiden
und Tonmineralen der basaltischen Böden Lanzarotes (Böden HI) ........ 58
Fig. 20c: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz, Oxiden
und Tonmineralen der basaltischen Böden Lanzarotes (Böden I) .......... 59
Fig. 21a: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinente
(Böden IVB und IV a) ........................................ 61
Fig. 21b: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde (Böden III) .. 62
Fig. 21c: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde (Boden I) ... 64
XI
Fig. 22: Tiefenfunktionen des Gehaltes an Quarz und org. Substanz im Boden La-III-502 63
Fig. 23: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem Schiuffgehalt der Böden m und I___ 66
Fig. 24: Tiefenfunktionen der relativen Quarzmengen in den Fraktionen Sand, Schluff
undTon .................................................. 68
Fig. 25: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem SiO2-Gehalt .................. 69
Fig. 26: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem Fet-Gehalt ................... 70
Fig. 27: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem TiO2-Gehalt .................. 70
Fig. 28: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem K2O-Gehalt.................. 71
Fig. 29: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem Na2O-Gehalt .................. 72
Fig. 30: Korrelation des Quarzgehaltes mit dem CaO-Gehalt .................. 73
Fig. 31 : Röntgenbeugungsdiagramme der Schluff-Fraktionen zweier Bodenhorizonte
und einer Levante-Staubprobe .................................. 74
Fig. 32: Korrelation der Höhe einiger Feidspat-Peaks mit dem Quarzgehalt ........ 75
Fig. 33: Korrelation der Tonmineral-Gehalte mit dem Quarz-Gehalt .............. 76
Fig. 34: Röntgenbeugungsdiagramme unbehandelter und HCl-behandelter
Pulverpräparate ............................................. 80
Fig. 35: Schematische Zusammensetzung der äolischen und basaltischen Komponenten
im Boden La-HI-570 ......................................... 84
4.3 Karbonatgesteins-Böden Süd-Portugals
Fig. 36a: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz,
Fe-Oxiden und Tonmineralen des Stagnic Cambisols (Portugal) ........ 85
Fig. 36b: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz,
Fe-Oxiden und Tonmineralen der Kalksteinböden Portugals ........... 86
Fig. 37a: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde (Portugal) .. 88
Fig. 37b: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde (Portugal) .. 89
Fig. 38: Korrelation der Gesamtgehalte mit dem Quarzgehalt .................. 92
Fig. 39: Röntgenbeugungsdiagramme der Oberböden von Rodriguez, Moleiro,
Ministro und Guilhim sowie des Schluffs der Kalklösungsrückstände der
anstehenden Gesteine ........................................ 95
Fig. 40: Röntgenbeugungsdiagramme verschiedener Fraktionen des Oberbodens
von Borba, dem KLR des anstehenden Marmors und einem Ganggestein .. %
Fig. 41 : Korrelation der relativen Peakhöhe bei 3,24 Â mit dem Quarzgehalt
(Fraktion 30 bis 200 Jim) ...................................... 97
Fig. 42: Korrelation der relativen Peakhöhe bei 3,70 Â mit dem Quarzgehalt
in den Fraktionen 30-200 und 200-2000 um ....................... 97
Fig. 43: Tonmineralbestand der Kalksteinböden Portugals .................... 100
Fig. 44: Gegenüberstellung der auf Ton berechneten Kt-Gehalte und den Mit-Gehalten 101
4.4 Karbonatgesteins-Böden Nordwest-Ägyptens
Fig. 45: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonaten, Fe-Oxiden, Tonmine-
ralbestand und Gesamtgehalten der Böden NW-Ägyptens .............. 106
Fig. 46: Zusammensetzung des Yermi-Luvi Chromic Cambisol NWÄ-24 aus den
Komponenten Flugsand, Löß und Dolomitlösungsriickstand ........... 109
4.5 Ein Serpentinit-Boden der Süd-Türkei
Fig. 47: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, organischer Substanz, Fe-Oxiden
und Tonmineralen des Luvisols aus Serpentinit (S-Türkei) ............. 111
Fig. 48: Röntgenbeugungsdiagramme der Steine aus Profil Tü-161,
eines Serpentinitbegleitsteines und eines Sandsteines ................. 112
Fig. 49: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde des Luvisols
aus Serpentinit (S-Türkei) ..................................... 113
xn
Fig. 50: Gehalte an Ca, K und P von Sand-, Schluff- und Tonfraktion in Abhängigkeit
des Quarzgehaltes im Serpentinitic Chromic Luvisol .................. 115
Fig. 51: Korrelation der Peakhöhe von Feldspatlinien mit dem Quarzgehalt in den
Fraktionen von Grus (Gr), Sand (S) und Schluff (U) ................. 116
Fig. 52: Röntgenbeugungsdiagramme der Tonfraktionen aus Boden Tii-161 ....... 118
Fig. 53: Korrelation der Tonmineralgehalte mit dem Quarzgehalt ............... 119
4.6 Basaltische Böden Nordost-Israels
Fig. 54: Tiefenfunktionen von Steingehalt, Textur, Karbonat, organischer Substanz (OS),
Fe-Oxiden und Tonmineralen ................................. 121
Fig. 55: Tiefenfunktionen der Quarzgehalte in Fraktionen und Feinerde (karbonatfrei) 124
4.7 Quantitäten, zeitliche und räumliche Variabilität äolischer Umlagerungen
Fig. 56: Quantitative Zusammensetzung der einzelnen Komponenten in den
untersuchten Böden nach Transportart ........................... 129
Fig. 57: Äolische Einträge der untersuchten Böden nach Zeitraum der Bodenentwicklung
und Klimaraum ............................................ 133
Fig. 58: Schematische Abfolge der die Böden aufbauenden Materialien entlang eines
Niederschlagsgradienten ..................................... 137
5 Auswirkungen äolischer Umlagerungen auf die Bodenentwicklung
Fig. 59: Komverteilungskurven von Horizonten unterschiedlicher Materialzusammen-
setzung aus Böden Lanzarotes, S-Portugals und NW-Ägyptens .......... 146
Fig. 60: Abhängigkeit von Fed, Fe«U und Fej/t vom Quarzgehalt in den Böden
Lanzarotes ................................................ 148
Fig. 61 : Abhängigkeit der Mengen wasserlöslicher Kationen von den Mengen an Ton,
Schluff und Sand in Böden Lanzarotes ............................ 152
6 Auswirkungen äolischer Umlagerungen auf ökol. Standortseigenschaften
Fig. 62: Unterschiede von Kom- und Pörengrößenverteilung zwischen Ober- und
Unterböden in Kalksteinböden S-Portugals ........................ 157
Anhang 9
Fig. 63: Korrelation der mit Differential-Thermo-Analyse (UTA) und Röntgenbeu-
gungsanalyse (RBA) ermittelten Quarzgehalte und verwendete Eichkurve
fürdie RB-Analyse ......................................... 212
Verzeichnis der Tabellen
1 Einführung und Problemstellung
Tab. 1: Klassifizierungen äolischer Substanzen ............................ 2
2 Kenntnisstand über Staubaustrag aus der Sahara
Tab. 2: Zusammensetzung äolischer Stäube und Meeressedimente in den
Untersuchungsgebieten ...................................... 21
3 Untersuchungsstandorte
Tab. 3: Meereshöhe, mittlerer jährlicher Niederschlag, mittlere Jahrestemperatur
und Klima-typ der untersuchten Standorte ......................... 28
4 Staubaus- und -eintrug in den untersuchten Boden
4.1 Gneis-Böden Süd-Ägyptens
Tab. 4: Ausgangszusammensetzung und Veränderung der Mischungskomponenten
aus dem Gebiet der nubischen Sandstein-Serien und des Gneises zur
Mischungsrechnung der Böden AH-2, -4 und -7 ..................... 49
Tab. 5: Menge und Anteile der Sandsteinkomponenten am Gesamtboden, an Quarz-
Einzelkörnem und an Tonmineralen der Böden AH-2, -4 und -7. Berechnet
auf Basis der Kaolinitmengen ................................. 49
xni
Tab. 6: Vorhandene Profil-Mineralmengen (Gesamtboden) und Anteile an den
Soll-Mineralmengen der Böden AH-1, -2, -4 und -7................. 51
Tab. 7: Nach Tab. 6 berechnete (minimale) Mineralverluste
der Böden AH-1,-2,-4 und-7 ................................. 51
Tab. 8: Elementumsätze durch Primärmineral-Verluste und Sekundärmineral-Gewinne
der Böden AH-2, -4 und -7 ..................................... 52
4.2 Basaltische Boden Lanzarotes
Tab. 9: Bodenmengen an Feinerde und Quarz ............................ 60
Tab. 10: Prozentuale Aufteilung der Quarz-Mengen auf Fraktionen .............. 65
Tab. 11 : Gegenüberstellung von aktuellen Bodenmengen an Tonmineralen und Quarz
und der auf der Basis von Quarz berechneten Einträge an Tonmineralen .... 77
Tab. 12: Gegenüberstellung der vorhandenen CaCO3-Mengen mit möglichen Ca-Quellen 81
Tab. 13: Staubeinträge im Verhältnis zum Gesamtboden .................... 82
Tab. 14: Fe- und Ti-Gehalte von Ton und Feineide ........................ 83
4.3 Karbonatgesteins-Böden Süd-Portugals
Tab. 15: Bodenmengen an Feinerde und Quarz ............................ 90
Tab. 16: Prozentuale Aufteilung der Quarz-Mengen auf Fraktionen ............. 90
Tab. 17: Steigung und Korrelationskoeffizienten der Regressionen zwischen Quarz
und Element-Gesamtgehalten ................................. 91
Tab. 18: Relative Röntgenbeueungs-Intensitätshöhen der Hauptlinien für Albit (3,19 Â) und
für Mikroklin (3,24 A) in den mittleren Fraktionen (30-200 um, Rato 2-63 Jim)
und in Fraktionen anstehender Gesteine ........................... 94
Tab. 19: Vorkommen ferromagnetischer Minerale in der Sand-Fraktion und berechnet
auf Feineide .............................................. 98
Tab. 20: Quarzverteilung nach Fraktionen und qualitative Abschätzung
der Quarz-Herkunft .......................................... 104
4.4 Karbonatgesteins-Böden Nordwest-Ägyptens
Tab. 21 : Gehalte der Komponenten Flugsand, Löß und Dolomitruckstand und
Mischungsrechnung für den Yermi-Luvi Chromic Cambisol NWÄ-24 .... 108
4.5 Ein Serpentinit-Boden der Süd-Türkei
Tab. 22: Prozentuale Aufteilung der Quarz-Mengen auf Fraktionen ............. 114
4.6 Basaltische Böden Nordost-Israels
Tab. 23: Prozentuale Aufteilung der Quarz-Mengen auf Fraktionen ............. 124
Tab. 24: In den Böden vorhandene Mineralmengen und nach Quarz berechnete
äolische Begleitmineralmengen ................................. 125
Tab. 25: Feinerdemengen, Quarzmengen und eingetragene Staubmengen,
sowie ihre Anteile an den Feinerdemengen ......................... 127
4.7 Quantitäten, zeitliche und räumliche Variabilität äolischer Umlagerungen
Tab. 26: Bodenmengen, geschätzte Fremdbeimengungen nach Transportart, äolische
Austräge und Anteile der Fremdbeimengungen von der Feineide aller
untersuchten Boden ......................................... 128
Tab. 27: Zeiträume der Bodenbildung der untersuchten Böden ................. 132
Tab. 28: Bodenbildungsalter, Femstaubeinträge und jählriche Eintragsraten ....... 134
6 Auswirkungen äolischer Umlagerungen auf ökol. Standortseigenschaften
Tab. 29: Totwasseranteil, Feldkapazität und nutzbare Feldkapazität der Feinerde
unterschiedlich äolisch beeinflußter Horizonte der Böden Ägyptens ...... 156
Tab. 30: Veränderungen der Textur und der Wasserkapazitäten durch Staubeinträge
in jungen Böden Lanzarotes.................................... 156
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