Pedosphäre

Am Schnittpunkt aller Geosphären

Die Pedosphäre ist definiert als Trennschicht zwischen Lithosphäre und Atmosphäre. Sie bezeichnet gleichzeitig jenen Teil der Erdoberfläche, in der sich Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und Lithosphäre überschneiden und miteinander interagieren – den Boden.

Sobald Gestein an die Erdoberfläche gelangt, ist es den Kräften der Atmosphäre und der Biosphäre ausgesetzt. Die physikalische Verwitterung, beispielsweise durch Frostverwitterung, führt durch die mechanische Zerkleinerung zum ersten Stadium der Bodenbildung. Die chemische Verwitterung löst Minerale aus dem Gestein, wobei die leichtlöslichen durch Niederschläge ausgewaschen werden und aus den verbleibenden Tonminerale entstehen. In diesem feinkörnigen Substrat siedeln sich Mikroorganismen an, welche mit der Zeit in Arten- und Individuenzahl zunehmen und die Grundlage für komplexere tierische und pflanzliche Lebensformen bilden. Diese beeinflussen verstärkt die Art der Bodenbildung und es kann an der Oberfläche eine Schicht entstehen, die reich an organischer Substanz ist. All diese physikalischen, chemischen und in späterer Folge biologischen Prozesse laufen in verschiedenen Kombination mehr oder weniger gleichzeitig ab, was allmählich zur Ausbildung von deutlichen Schichten im Boden, den Horizonten, führt.

Wie das Klima die Bodenart bestimmt

Da die Pedosphäre mit der Atmosphäre interagiert, zeigt die Bodenbildung auch eine Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen. Die unterschiedlichen Bodenordnungen der Erde sind in Abbildung 1 dargestellt. Dabei lassen sich die hauptsächlich von klimatischen Bedingungen abhängigen Bodenordnungen in vier Gruppen einteilen:

• Böden, die sich in Gebieten mit geringem Niederschlag aber hoher Verdunstung entwickeln, weisen ein Wasserdefizit auf und unterliegen dem Prozess der Versalzung. Regen kann in die obersten Bodenschichten eindringen und dabei Salze lösen, die mit dem Sickerwasser verlagert werden. Die Regenmengen reichen jedoch nicht aus, um eine effektive Auswaschung der Salze herbeizuführen. Das vorhandene Wasser verdunstet schnell und es kommt zu einer Salzanreicherung. Folgende Bodenordnungen sind dieser Gruppe zuzuordnen: Aridisole, Mollisole und Alfisole.
• In kühlen, feuchten Klimaten bestimmt die Podsolierung die Bodenentwicklung. Unter diesen Bedingungen ist die Wasserversorgung mehr als ausreichend, sodass der Niederschlag die löslichen Bestandteile der oberen Bodenschichten auswaschen kann. Die Auswaschung wird durch die Rohhumusauflage in Gang gesetzt und beschleunigt. Die abwärts verlagerten Stoffe sammeln sich in tieferen Schichten und können dort eine durch Eisen verfestigte Schicht bilden, den sogenannten Ortstein. Folgende Bodenordnungen sind dieser Gruppe zuzuordnen: Spodosole, aber auch Alfisole.
• Die Böden der feucht-heißen tropischen Gebiete unterliegen der Lateritisierung. Die Kombination von hohen Niederschlägen und hohen Temperaturen fördert die chemische Verwitterung. Heiße Bedingungen unterstützen die bakterielle Zersetzung, sodass organische Substanz schnell zerstört wird und sich nur eine geringmächtige Humusschicht bilden kann. Diese Böden bestehen zum Großteil aus Aluminium- und Eisenoxiden und sind deshalb oft rot gefärbt. Folgende Bodenordnungen sind dieser Gruppe zuzuordnen: Ultisole und Oxisole.
• Böden in den polaren Gebieten sind durch das Auftreten von Permafrost gekennzeichnet. Ist dieser innerhalb von zwei Metern gemessen von der Bodenoberfläche anzutreffen, spricht man von Gelisolen.

Abb. 1: Globale Verteilung der Bodenordnungen (USDA-NRCS 2011, bearb.).

Andere Ordnungen sind weniger mit dem klimatischen Regime verknüpft. Etisole sind Böden, die noch nicht genügend Zeit zur Ausbildung von Bodenhorizonten hatten. Inceptisole weisen nur schwach entwickelte Horizonte auf. Vertisole sind tonige Böden, die in der Trockenzeit durch tiefe, breite Risse charakterisiert sind. Histosole bestehen vorwiegend aus organischem Material und treten in Sümpfen und Mooren oder dort, wo Stauwasser die Bodenbildung kontrolliert, auf.

Der direkte Einfluss der Pedosphäre auf das Klima wird in erster Linie durch das Reflexionsvermögen der einfallenden Sonnenstrahlung (Albedo) des Bodens, sofern keine Vegetationsdecke vorhanden ist, bestimmt. Die Albedo kann dabei sehr stark variieren, von hellen, sandigen Wüstenböden (Aridisole) mit 20–40 % bis sehr dunklen Braunerden (Mollisole) mit 5–10 %. Dabei erwärmt sich die Erdoberfläche umso stärker, je niedriger die Albedo ist, da mehr Sonnenstrahlung aufgenommen und in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Wie die Bodenart das Klima bestimmt

Indirekt hat die Pedosphäre beträchtlichen Einfluss auf das Klima, da der Boden entweder als Kohlenstoffspeicher, etwa durch Humusanreicherung, als auch als Kohlenstoffquelle durch Bodendegradation agieren. Im Moment richtet sich viel Aufmerksamkeit auf die Gelisole in den arktischen Gebieten, da durch den Temperaturanstieg der letzten Jahrzehnte der Permafrost in diesen Böden schmilzt und dadurch Methan freigesetzt wird. Setzt sich die Erwärmung fort, so könnten große Mengen dieses Treibhausgases in die Atmosphäre gelangen und den Temperaturanstieg beschleunigen.

Abgesehen von direkten und indirekten Einflüssen auf das Klima fungiert die Pedosphäre als Medium vieler für das Klima relevanter Prozesse in anderen Geosphären, wie z.B. der Verdunstung (Hydrosphäre) oder der Vegetationsbedeckung (Biosphäre).

Literatur:

Goudie A. (2002): Physische Geographie: eine Einführung. 4. Aufl. Heidelberg, Berlin: Spektrum, 487 Seiten, ISBN 3-8274-1202-1

Schönwiese C.D. (2008): Klimatologie. 3. Aufl. Stuttgart: Ulmer, 472 Seiten, ISBN 978-3825217938

US Department of Agriculture, National Resources Conservation Service: Global soil regions map. http://soils.usda.gov/use/worldsoils/mapindex/order.html, abgerufen am 12.10.2011