Bodenbildung an Gletschervorfeldern

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Die Prozesse der Bodenbildung an Gletschervorfeldern und die so entwickelten Böden, sind ein wichtiger Aspekt der alpinen Hydrologie und Biodiversität. Die dominierenden Faktoren der Bodenentwicklung sind hier Zeit, Relief und Ausgangsmaterial. Die dominierenden Prozesse der Pedogenese nach der Enteisung sind, in chronologischer Reihenfolge, die Frost- und Temperatursprengung, die Humusanreicherung und die Verbraunung; ein permanenter Störprozess ist der Massenversatz am Hang. Die gegenwärtig und zukünftig maßgebenden Prozesse in den Böden von Gletschervorfeldern sind vor allem Verbraunung und Podsolierung.

Durch das Abschmelzen der Gletscher im alpinen Raum sind seit dem letzten Gletschervorstoß der Kleinen Eiszeit (ca. 1850 in den europäischen Alpen) großräumige Flächen zwischen dem aktuellen Gletscherrand und dem Gletscherhöchststand frei geworden. Der Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf wird durch diese neuen Aufnahmeflächen, vor allem durch neue Vegetation und den Aufbau von Humus immer größer.

Böden der alpinen Gletschervorfelder

Das Abschmelzen der Gebirgsgletscher ist ein globales Phänomen. In den europäischen Alpen verloren die Gletscher im Zuge der globalen Erwärmung seit Mitte des 19. Jahrhunderts rund 30 bis 40 % ihrer Fläche und etwa die Hälfte ihres Volumens. Von 1890 bis 1990 hat sich die Schmelzgeschwindigkeit gegenüber dem Jahrhundertmittel verdoppelt.[1] Im Laufe des 21. Jahrhunderts wird die Mehrheit der alpinen Gletscher verschwinden.[2] Durch das massive Abschmelzen wurden zwischen dem aktuellen Gletscherrand und dem Gletscherhöchststand der Kleinen Eiszeit („Little Ice Age“, LIA, ca. 1850 in den europäischen Alpen) große Flächen freigelegt, sogenannte Gletschervorfelder. Die Böden dieser Gletschervorfelder sind zum einen wichtig für die alpine Hydrologie: Gut entwickelte Böden können während der Schneeschmelze und nach Starkregen Wasser besser zurückhalten und dämpfen somit die Abflussmaxima, in Trockenzeiten erhalten sie hingegen den Abfluss. Zum anderen beeinflussen diese Böden auch maßgeblich die alpine Biodiversität. Gletschervorfelder bieten neuen Lebensraum und die Diversität der Böden fördert den Erhalt von Flora und Fauna.[3]

Faktoren und Prozesse der Bodengenese in alpinen Gletschervorfeldern

Das Ausgangsmaterial, d.h. das Gestein im Untergrund des Gletschervorfelds beeinflusst Gefüge, Mineralbestand und Körnung des Bodens und somit Richtung und Geschwindigkeit der Entwicklung. Der Gletscher transportiert durch seine Fließbewegung unterschiedliches Schuttmaterial, welches an der Gletscherstirn, am Gletscherrand und im Zehrgebiet vorwiegend unsortiert abgelagert wird. Das Material ist meist skelettreich (Korngröße > 2 mm bzw. Grobboden) und wird vom Schmelzwasser oft wieder verlagert. Dementsprechend kann die Korngrößenverteilung je nach Standort am Beginn der Bodengenese stark variieren.[4] Die Geschwindigkeit bodenbildender Prozesse im Gletschervorfeld wird vom Ausgangssubstrat wesentlich beeinflusst.[5]

Das Relief modifiziert alle weiteren bodenbildenden Faktoren durch die Höhenlage, die Exposition und die Geländeform.[4] Die Höhenlage bestimmt das vorherrschende Klima und somit die Art und Intensität der Verwitterung. Die Exposition beeinflusst Temperatur und Wassergehalt des Bodens und somit Verwitterung und pH-Gehalt. Die Geländeform entscheidet über Bodentemperatur und –feuchte, über Erosion und Akkumulation.[6] Dementsprechend ist das Relief bzw. die Topographie ein wichtiger Faktor, um den Entwicklungsstatus verschiedener Bodeneigenschaften (pH-Wert, Humusgehalt, etc.) zu erklären.[5][7][8]

Die Zeit ist der wichtigste Faktor in der Erforschung alpiner Gletschervorfelder und deren Bodenbildung. Die Hauptannahme in sämtlichen Studien besteht darin, dass Unterschiede zwischen den Bodenstandorten hauptsächlich zeitabhängig sind. Die bedingende Annahme ist dabei, dass alle anderen Faktoren sich in diesem Zeitraum im Wesentlichen konstant verhalten haben.[5][7][8][9] Grundlage dieser Annahmen ist die Methode der Chronosequenz. Bei dieser werden im Gletschervorfeld Bodenproben unterschiedlichen Alters genommen, wobei das Alter nach der Zeit seit der Enteisung der Bodenoberfläche definiert ist. Durch diese Methodik und den zugehörigen Vorraussetzungen können Prozessraten der Bodenentwicklung abgeschätzt werden. In der Realität erklärt die Zeit aber teilweise nur rund die Hälfte der Varianz in der Bodenentwicklung.[4][7]

Dominierende Prozesse der Bodenentwicklung im alpinen Gletschertal

Die Frostsprengung wird über den Wechsel von Gefrieren und Auftauen im Boden bzw. Gestein ausgelöst und tritt allem im Herbst und im Frühjahr auf, wenn keine mächtige Schneedecke vorhanden ist. Die Temperatursprengung ist ein Effekt rascher Temperaturwechsel ohne Gefrieren und Tauen und ist der dominierende Verwitterungsprozess im Sommer, in dem Temperaturschwankungen von 30 bis 40 K keine Seltenheit darstellen.[4][6] Durch die Frostsprengung verringert sich im Laufe der Zeit der Anteil des Bodenskeletts und der Tonanteil des Bodens im Gletschervorfeld nimmt zu.[9] Auch besteht eine signifikant negative Korrelation zwischen dem Bodenalter und der Steinigkeit des Bodens, was ebenfalls auf Frost- und Temperatursprengung zurückgeführt werden kann.[7]

Der Massenversatz am Hang ist vor allem relevant bei Böden vor oder im Bereich der Seitenmoräne des Gletschers. Scherwiderstände halten Boden- oder Gesteinsmassen am Hang, nehmen diese ab, kommt es zu einer spontanen oder langsamen Bewegung. Hauptauslöser für die Abnahme des Scherwiderstands sind eine erhöhte Wasserzufuhr, Temperaturwechsel oder eine hohe Schneelast.[6] Der Massenversatz verlangsamt die Pedogenese in betroffenen Gebieten stark.[5] Durch die geringere Vegetationsbedeckung sind in diesen Bereichen weniger verwittertes Material, höhere pH-Werte und weniger organisches Material anzutreffen, was auf eine geringere Bodenentwicklung hinweist.[8]

Im Allgemeinen besteht der Humuskörper des Bodens aus Streuresten und organischer Substanz, die in Huminstoffe umgewandelt wird. Die Zusammensetzung des Humuskörpers ist abhängig von der Vegetation und der Leistung der Bodenorganismen und demnach stark standortabhängig.[6] Im Gletschervorfeld bestehen akkumulierte organische Stoffe im A-Horizont meistens aus lebenden oder toten Wurzeln, schwache Ansätze von Humifizierung sind in älteren Böden (ca. 100 Jahre nach Enteisung) zu erkennen.[5] Je nach Standort kann sich die Anhäufung von organischem Bodenmaterial lange in der Initialphase befinden oder in vergleichsweise hohen Raten ablaufen.[7][9]

Bei der Verbraunung kommt es zur Eisenfreisetzung aus Fe(II)-haltigen Silicaten, was zur Bildung braun gefärbter Eisenoxide führt. Durch die Verbraunung entsteht aus einem Cv- ein Bv-Horizont. Der Prozess findet erst nach der Entkalkung und dem Absinken der pH-Werte unter 7 in einem größerem Ausmaß statt.[6] Zur ersten Entwicklung von Braunerden und dem einhergehenden Prozess der Verbraunung kommt es im Gletschervorfeld ca. 150 Jahren nach der Enteisung der Bodenoberfläche.[7][8]

Entwicklung der proglazialen Böden im alpinen Raum

Böden in alpinen Gletschervorfeldern gewinnen aktuell enorm an Fläche und spielen eine große Rolle im Bereich der alpinen Hydrologie und Artenvielfalt. Die wichtigsten Faktoren der Bodenentwicklung sind Zeit, Relief und Ausgangsmaterial. Dominierende Prozesse in den ersten 150 Jahren des Gletschervorfelds stellen die Frost- und Temperatursprengung, die Humusanreicherung und die Verbraunung dar. Ein maßgeblich störender Prozess der Pedogenese ist der Massenversatz am Hang. Zukünftig kann mit einer fortschreitenden Verbraunung der Böden gerechnet werden. Außerhalb der LIA-Moräne wurden bei älteren Böden zudem schon erste Prozesse der Podsolierung festgestellt.[5][8] Somit werden sich in Zukunft auch Podsole in Gletschervorfeldern entwickeln. Durch das Entstehen von neuen Aufnahmeflächen ist zudem der zunehmende Einfluss der Böden im Gletschervorfeld auf den globalen Kohlenstoffkreislauf beachtenswert.[9]

Referenzen

  1. Ellenberg, H., Leuschner, C. (2010): Vegetation Mitteleuropas mit den Alpen in ökologischer, dynamischer und historischer Sicht. Stuttgart.
  2. Jürg, A. (2010): Gletscher der Alpen. Bern.
  3. Temme, A. (2019): The Uncalm Development of Proglacial Soils in the European Alps Since 1850. In: Heckmann, T., Morche, D. (Hrsg.): Geomorphology of Proglacial Systems: Landform and Sediment Dynamics in Recently Deglaciated Alpine Landscapes. Cham, 315-326.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Schwienbacher, E., Koch, E.-M. (2010): Die Böden eines alpinen Gletschertales. In: Erschbamer, B., Koch, E.-M. (Hrsg.): Glaziale und periglaziale Lebensräume im Raum Obergurgl. Innsbruck, 93-119.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 D’Amico, M. E., Freppaz, M., Leonelli, G., Bonifacio, E., Zanini, E. (2015): Early stages of soil development on serpentinite: the proglacial area of the Verra Grande Glacier, Western Italian Alps. In: Journal of Soils and Sediments, 15, 6, 1292-1310.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 Blume H.-P., Fleige, H. (2018): Bodenentwicklung und Bodensystematik. In: Amelung et al. (Hrsg.): Lehrbuch der Bodenkunde. Berlin, 341-468.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 Temme, A., Lange, K. (2014): Pro‐glacial soil variability and geomorphic activity – the case of three Swiss valleys. In: Earth Surface Processes and Landforms, 39, 11, 1492-1499.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Temme, A., Heckmann, T., Harlaar, P. (2016): Silent play in a loud theatre — Dominantly time-dependent soil development in the geomorphically active proglacial area of the Gepatsch glacier, Austria. In: Catena, 147, 40-50.
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 Mavris, C., Egli, M., Plötze, M., Blum, J. D., Mirabella, A., Giaccai, D., Haeberli, W. (2010): Initial stages of weathering and soil formation in the Morteratsch proglacial area (Upper Engadine, Switzerland). In: Geoderma, 155, 3, 359-371.

Weiterführende Informationen und Literatur

Autor:innen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
Simon Kloos, Philipp Maly