Das globale Ökosystem
Die Haut der Erde
Die Böden der Erde sind die Grundlage für die
Erzeugung der allermeisten Nahrungsmittel; als Voraussetzung für die
Entstehung der Landwirtschaft sind sie auch die Basis unserer
Zivilisation. Sie sind auch ein Beispiel dafür, dass wir oft die
Leistungen von Ökosystemen, von denen wir abhängen, kaum erkennen
– und sie nicht immer gut behandeln.
Boden, eine Mischung aus anorganischen
Mineralien
und totem organischem Material.
Foto: U.S. Department of Agriculture.
Die Böden – oder die Pedosphäre, wie die
"Bodenhülle", die unsere Erde wie eine Haut umgibt, nach dem
>> Sphärenmodell
genannt wird – sind eine Mischung aus zerbröseltem Gestein,
organischem Material, Luft und Wasser. Wissenschaftlicher hört sich
natürlich an, wenn man sie als Kontakt- und Übergangszone zwischen
der >> Lithosphäre (der
Gesteinshülle der Erde, der >> Atmosphäre,
der >> Hydrosphäre und der >> Biosphäre bezeichnet. Wie auch
immer: Der Boden ist wohl das verkannteste Ökosystem auf der Erde
– es ist ein unglaublich artenreicher, faszinierender
Lebensraum, von dem unser aller Überleben abhängt. Böden wandeln
tote organische Materie wieder in Mineralien um, die den Pflanzen
als Nährstoff dienen und so in den Kreislauf der Natur zurückkehren.
Böden sind die Grundlage für das Wachstum von Pflanzen, die uns
Nahrung, aber auch Holz, Papier und Arzneimittel liefern und die
Grundlage für alles tierische Leben auf der Erde sind. Mit
wachsender Weltbevölkerung wird der Erhalt fruchtbarer Böden immer
wichtiger, um unsere Ernährung zu sichern und zunehmend auch
biologische Rohstoffe für unsere Wirtschaft zu erzeugen – aber in
der Öffentlichkeit interessiert sich kaum jemand für die Böden, sie
können weitgehend ungestraft immer weiter zerstört werden.
Böden wandeln tote organische Materie in
Nährstoffe um
– sie schließen des Kreislauf des Lebens
Der Boden, von dem wir leben
Die Entstehung der ersten Böden
Schon vor Milliarden Jahren, sobald >> die
Gesteine fest wurden, begann unter dem Einfluss von
Temperaturunterschieden, Wind und bald auch der ersten Niederschläge
die >> Verwitterung
der Gesteine: Temperaturunterschiede führen dazu,
dass das Gestein sich ausdehnt und wieder zusammenzieht; dabei
entstehen Risse, in die Wasser eindringen kann, welches dann beim
Gefrieren das Gestein auseinandersprengen kann oder durch gelöste
Stoffe chemisch angreift – dabei löst es im Gestein enthaltene
Stoffe und Mineralsalze heraus, wodurch das Gestein ebenfalls
zerfällt. Nachdem sich >> das
Leben auf der Erde entwickelt hatte, verstärkten die
Ausscheidungen der Organismen den Prozess der chemischen
Verwitterung. Da bei der Verwitterung von Silikatgestein das
>>
Treibhausgas >> Kohlendioxid
gebunden wird, kühlte diese zunehmende Verwitterung die junge
Erde ab. Als das Leben an >>
Land ging, nahm die Verwitterung noch einmal stark zu: die
Atmungsaktivität der Pflanzenwurzeln setzt Kohlendioxid frei, das
mit dem Bodenwasser Kohlensäure bildet, die die chemische
Verwitterung fördert. Auch vermischte sich jetzt organisches
Material (Humus) mit den anorganischen
Gesteinsstückchen, mit Wasser und Luft: die ersten Böden entstanden.
Eine enorme Vielfalt an Lebewesen
Organisches Material führte zu fruchtbarem Boden, auf dem wiederum
mehr Pflanzen wachsen konnten, die wiederum mehr organisches
Material produzierten. Dieses gab auch Tieren Nahrung; und so
entstand im Boden eine enorme Vielfalt an Lebewesen, die von
Biologen “Edaphon” genannt wird – eine Vielfalt,
die mindestens so groß ist wie die im Regenwald oder in
Korallenriffen. Bakterien, Pilze und Algen dürfen schon zu den
ersten Bewohnern gezählt haben; sie haben das organische Material in
Kohlendioxid, Wasser, Stickstoffverbindungen und Nährsalze zerlegt
und so den >>
Stoffkreislauf des Lebens geschlossen. Sie boten aber auch
anderen Arten Nahrung, die von ihnen leben, und die Laufe der
>> Entwicklung
des Lebens – wie auch im Meer und auf der Oberfläche immer
größer wurden: im Boden leben heute größere Kleintiere wie
Regenwürmer, Borstenwürmer Tausendfüßler, Hundertfüßler, Spinnen,
Insekten(larven) und selbst Säugetiere wie Maulwurf und
Erdhörnchen.
Die unsichtbare Welt der Mikroorganismen spielt jedoch weiterhin
die wichtigste Rolle, und Bakterien, Pilze und Algen kommen in
riesiger Zahl im Boden vor. Die größeren Tiere und die
Mikroorganismen recyceln nicht nur die Nährstoffe, sondern bauen
auch Schadstoffe ab; ihre Stoffwechselprodukte verkleben
Gesteinspartikel und Humusteilchen zu "Bodenkrümeln"; sie lockern
den Boden und sorgen für seine Durchlüftung und damit für die Zufuhr
von Sauerstoff, der für viele Abbauvorgänge gebraucht wird. Im
Idealfall besteht ein Boden zur Hälfte aus Mineralstoffen und Humus,
zu 30 Prozent aus Wasser und zu 20 Prozent auf Luft.
Charles Darwin
und die Regenwürmer
Zu den ersten, die die segensreiche Rolle der Bodentiere,
insbesondere der Regenwürmer, erforscht haben, gehörte >> Charles
Darwin. Er hat rund zehn Jahre seines Lebens den Regenwürmern
gewidmet und 1881 sein Buch "Die Bildung der Ackererde durch die
Tätigkeit der Würmer" veröffentlicht. Regenwürmer galten damals eher
als Schädlinge. Darwin hatte bereits im Jahr nach seiner Rückkehr
von der Fahrt mit der H.M.S. Beagle bei einem Besuch auf dem Anwesen
seines Onkels Josiah Wedgwood II von diesem gehört, dass
ausgebrachter Kalk auf dessen Wiesen im Laufe der Zeit von einer
Schicht Erde überdeckt wurde, die offenbar aus den Ausscheidungen
von Regenwürmern stammte. Er schrieb eine kleine Abhandlung über
diese Entdeckung, aber erst 30 Jahre später begann er, sich intensiv
mit dem Thema zu beschäftigen.
Darwin begann um 1870 herum, die Ausscheidungen der Regenwürmer
genau zu untersuchen. Er ließ sich Regenwürmer aus der ganzen Welt
schicken, wenn diese nicht verfügbar waren, erbat er genaue
Beschreibungen ihres Kots. Es sammelt Wurmkot und wog ihn, um die
Menge abschätzen zu können. Er hielt sogar Regenwürmer in seinem
Arbeitszimmer und untersuchte ihr Hörvermögen, ihre
Lichtempfindlichkeit und ihr Kälte- und Wärmeempfinden – fast 70
Seiten in dem Buch waren der Lebensweise der Regenwürmer gewidmet.
Vor allem aber schlussfolgerte er, dass "die gesamte Ackererde ...
schon viele Male durch die Verdauungskanäle der Würmer gegangen
ist", dass Absonderungen aus Kalkdrüsen die Säuen im Humus
neutralisieren, ihre Kaumägen größere Partikel zerkleinern und ihre
Gänge Wasser und Luft in den Boden gelangen lassen. Sein Fazit: "Man
kann wohl bezweifeln, ob es noch viele andere Tiere gibt, welche
eine so bedeutende Rolle in der Geschichte der Erde gespielt haben,
wie diese niedrig organisierten Geschöpfe."
Mancher Zeitgenosse hielt Darwins Buch "für das seltsame Werk
eines alternden Mannes" (David Montgomery), aber in Deutschland
hatte der Kieler Biologe Victor Hensen (dessen Arbeiten Darwin
kannte und zitierte) bereits ähnliche Entdeckungen gemacht. Der
führende deutsche Bodenkundler Ewald Wollny hielt Regenwürmer aber
weiter für Schädlinge, die Thesen von Hensen und Darwin für Unsinn,
und wollte sie experimentell wiederlegen. Er erhielt "ein
überraschendes Resultat zugunsten der Würmer" (aus der Einleitung
seiner Veröffentlichung von 1890) – Wollny fand zum Teil erhebliche
Ertragssteigerungen durch Regenwürmer. Darwin gilt heute als einer
der Gründerväter der Bodenbiologie.
Mehr im Internet:
>>
Digitalisierte Fassung der deutschen Ausgabe (1882) von "Die
Bildung der Ackererde ..." (darwin-online.org.uk).
Anderes Ausgangsgestein, anderer Boden
Es gibt – schon die leicht erkennbare unterschiedliche Farbe zeigt
dies – viele verschiedene Böden. Welche Böden sich bilden, hängt von
vielen verschiedenen Faktoren ab. Der wichtigste Faktor ist dabei
das Ausgangsgestein, welches die Geschwindigkeit
der Verwitterung und die chemische Charakteristik des Boden
bestimmt. Aus Granit entstehen beispielsweise sandige Böden, aus
Basalt tonreiche Böden. Daneben spielen aber auch Klima
(heißes Klima und hohe Niederschläge fördern die chemische
Verwitterung; kalte Klima mit Wechsel von Gefrieren und Tauen die
physikalische Verwitterung), Relief (Höhenlage,
Neigung und Ausrichtung: flache Hänge, die zur Sonne geneigt sind,
fördern beispielsweise die Bodenbildung, während an steilen Hängen
keine tiefgründigen Böden entstehen werden), die Zeit,
die für die Bodenbildung zur Verfügung stand, sowie die Vegetation
– die wiederum vom Klima und der Bodencharakteristik beeinflusst
wird – eine Rolle.
Wenn der Boden dicker wird, ist irgendwann der Zeitpunkt erreicht,
an dem der Boden selbst das Gestein vor weiterer Verwitterung
schützt. Da aber auch der Boden der Erosion ausgesetzt ist, entsteht
ein Gleichgewicht zwischen der Abtragung, die den Boden dünner
macht, wodurch wieder Ausgangsgestein verwittert, und der dadurch
bedingten Zunahme der Bodendecke: es stellt sich ein
Fließgleichgewicht zwischen Erosion und Neubildung ein. Die
Bodenmächtigkeit und – wie schon erwähnt – der Bodentyp ist von den
oben dargestellten Faktoren abhängig. So entsteht auf kalkarmem
Silikatgestein bei ausreichender Feuchtigkeit zum Beispiel die Braunerde,
deren braune Farbe durch aus dem Gestein gelöste Eisensalze
entsteht. Auf Kalkgestein entstehen dagegen oft ein Rendzina-Boden,
der meist reich an Steinen ist (Rendzina stammt von polnisch rzedzic
= rascheln, weil der Pflug an den Steinen kratzt und daher
raschelt). Ein besonders fruchtbarer Boden entstand auf vom Wind
verfrachteten Mineralien, dem Löss: die Schwarzerde.
Da die Bildung von Böden an der Oberfläche von Gesteinen beginnt,
ihre Entwicklung im Laufe der Zeit aber in der Tiefe anders als an
der Oberfläche verläuft, bilden sich Schichten (Bodenhorizonte
genannt) heraus, die zur Beschreibung von Böden gut geeignet sind.
Das ABC der Böden
Der oberste Horizont (O-Horizont, auch
Auflagehorizont) liegt auf der Bodenoberfläche, er besteht aus zum
Teil zersetzter organischer Substanz wie Blättern. (In
Trockengebieten fehlt dieser Horizont oft, in tropischen
Regenwäldern finden sich in ihm die meisten Nährstoffe.) Der
darunter liegende A-Horizont ist normalerweise die
dunkelste Schicht, da sich hier organisches Material mit
Mineralboden mischt. Böden mit einem gut entwickelten A-Horizont
sind besonders fruchtbar. Darunter liegt der B-Horizont,
in dem nur wenig organisches Material vorkommt, in den jedoch
Stoffe, die aus dem A-Horizont ausgewaschen worden sind, und ihre
Umwandlungsprodukte angereichert sein können. Starke
Tonanreicherungen oder harte Schichten, in denen Eisen, Aluminium
oder Calcium konzentriert sind, können die Durchwurzelung solcher
Böden erschweren. Ganz unten findet sich schließlich der C-Horizont,
er besteht aus dem verwitterten Ausgangsgestein. Anhand der
Horizontkombinationen, ihrer Ausprägung und Zusammensetzung sind die
Grundlage für die Bodenklassifikation. International werden Böden
nach einem Bodenklassifikationssystem der Internationalen
Bodenkundlichen Union (>>
IUSS) benannt.
Die Basis der Ökosysteme und der Landwirtschaft
Die Bildung von Böden ist ein langwieriger Prozess – das
US-Landwirtschaftsministerium schätzt, dass heute in günstigen
Regionen die Bildung von zweieinhalb Zentimetern Boden 500 Jahre
dauert. Nach menschlichen Maßstäben gelten Böden daher als nicht
erneuerbare Ressource. Außerhalb der Gewässer hängt fast alles
pflanzliche – und damit indirekt auch das tierische – Leben von den
Nährstoffen in den Böden ab. Die >> Lebensräume
des Festlands – ohne Böden gäbe es sie nicht. Auch, wenn der
größte Teil der Pflanzenmasse gar nicht aus den Böden, sondern aus
der Luft stammt (nämlich in der Form von Kohlenstoff aus
Kohlendioxid), Nährelemente wie Stickstoff, Kalium, Phosphor und
andere sind für Pflanzen unverzichtbar – und sie kommen in den Böden
vor.
Böden waren auch die Grundlage für
die >> Entstehung
der Landwirtschaft, und damit der menschlichen Zivilisationen.
Sie sind, und bleiben wohl noch auf lange Zeit, die Grundlage für
unsere Ernährung: über 90% aller Nahrungsmittel werden – direkt oder
über den Umweg als Tierfutter – auf Böden erzeugt. Böden sind
unterschiedlich gut für die Landwirtschaft geeignet. Unter
trockeneren Grasländern hat intensive Aktivität von Mikroorganismen
mächtige A-Horizonte entstehen lassen – hier liegen heute die großen
Getreideanbauregionen der Erde. Die scheinbar so üppigen tropischen
Regenwälder stehen dagegen auf armen Böden, da die hohen
Niederschläge Nährstoffe schnell herauswaschen – die
Nährstoffvorräte sind hier in den Pflanzen selbst gespeichert. Wenn
die Vegetation beseitigt wird, um Ackerflächen zu schaffen,
verlieren diese oft schnell ihre Fruchtbarkeit. Auch sind tropische
Böden, wenn die schützende Pflanzendecke entfernt wird, in den
starken tropischen Regen schneller Erosion ausgesetzt – anders als
die meisten natürlichen Pflanzengesellschaften schützen Feldfrüchte
die Böden oft nur eine Teil des Jahres; Ackerboden ist daher
stärkerer Erosion ausgesetzt als Boden unter natürlichem Bewuchs,
was sich insbesondere an Hängen auswirkt.
Etwa 12 Prozent der Erdoberfläche werden heute für den Ackerbau
genutzt, weitere 24 Prozent als Weideland. Diese Fläche ist nur in
den Tropen (auf Kosten der tropischen Regenwälder und schnellem
Verlust der Fruchtbarkeit) noch wesentlich auszudehnen. Die Methoden
der >>
industriellen Landwirtschaft gehen oft auf >>
Kosten der Böden, insbesondere übertrifft die Erosion die Rate
der Bodenneubildung. Jedes Jahr gehen rund 23 Milliarden Tonnen
Boden verloren. Dazu kommt die Bodenzerstörung durch Schadstoffe,
durch Bebauung und anderes (>> mehr).
Die Böden müssen jedoch in Zukunft eine >>
wachsende Weltbevölkerung ernähren; auch die Rohstoffe für
unsere wirtschaftlichen Aktivitäten sollen zunehmend aus >> Biomasse
erzeugt werden. Es wird kein Weg darum herumführen, die Böden
produktiv zu erhalten.
Die Pedosphäre in
uns
Ohne
ausreichend Energie, Amino- und Fettsäuren, Mineralien und andere
Spurenelemente sowie Vitamine können wir nicht überleben. Die
Energie und viele Stoffe – die sogenannten “essentiellen” Nährstoffe
– nehmen wir mit der Nahrung auf; Energie gewinnen wir aus
Kohlehydraten, Fetten und Proteinen. Auch wenn unsere Nahrung heute
meist aus dem Supermarkt stammt: Alle Nahrungsmittel gehen
letztendlich auf Pflanzen zurück, und sei es indirekt auf
Futterpflanzen. Selbst die Nährstoffe in den Meeren sind zum größten
Teil vom Land dorthin gelangt.
Zur Nahrungsaufnahme dient unser Verdauungssystem: Im Mund wird die
Nahrung mechanisch zerkleinert, gleichzeitig beginnt durch die
Enzyme im Speichel die chemische Verdauung. Über die Speiseröhre
gelangt sie in den Magen, wo die chemische Verdauung hauptsächlich
stattfindet. Die mit Verdauungssäften versetzte Nahrung gelangt dann
in den Dünndarm. Hier gelangen die gelösten Nährstoffe –
Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren – durch eine mit Zotten und
"Mikrovilli" (fadenförmigen Ausbuchtungen) auf über 100 Quadratmeter
vergrößerte Oberfläche in das Blut. Im Dickdarm wird den
unverdaulichen Resten das Wasser entzogen, bevor diese als Kot
ausgeschieden werden.
Abbildung: Magendarmkanal des Menschen. Abbildung
verändert nach Mariana Ruiz Villarreal, >> Wikipedia
Commons: Digestive System, abgerufen 19.4.2013, public domain.
Die Pedosphäre im "Konzert der Sphären"
Wie oben bereits gesagt, sind die Böden das Ergebnis einer
ständigen Wechselwirkung mit den anderen “Sphären” des Ökosystems
Erde. Entstanden sind sie aus der Verwitterung der Gesteine aus der
>> Lithosphäre und deren Vermischung mit organischen Stoffen
aus der >> Biosphäre sowie >> Wasser und >> Luft;
wirken aber auch auf die anderen Bestandteile des Ökosystems Erde
zurück:
- Hydrosphäre:
Böden speichern Niederschlagswasser in ihren Poren, womit sie den
Abfluss an der Oberfläche (und damit die Überschwemmungsgefahr)
verringern. In den Poren steht das Wasser Pflanzen zur Verfügung
oder kann ins Grundwasser versickern (wobei auf dem Weg dorthin
Schad- und Nährstoffe umgewandelt und abgebaut werden, aber auch
gespeichert werden). Sandstürme in den Wüsten, bei denen feiner
Mineralstaub in die Atmosphäre gelangt, liefern
Kristallisationskeime und beeinflussen damit die Wolkenbildung,
die Eigenschaften von Wolken und vermutlich auch die
Niederschlagsverteilung – die Zusammenhänge zwischen Staub und
Wolken sind jedoch noch unzureichend verstanden.
- Atmosphäre:
Der Mineralstaub aus den Böden ist die wichtigste natürliche
Quelle von Aerosolen in der Atmosphäre. Durch ihren
Anteil an organischem Material sind die Böden zudem ein
Kohlenstoffspeicher und beeinflussen mit ihrer Fähigkeit,
Kohlenstoff aufzunehmen oder abzugeben, auch das >> Erdklima.
Das Auftauen von Permafrostböden durch den >> Klimawandel
ist eine der gefürchteten positiven Rückkoppelungen, die den
Klimawandel weiter verstärken: dadurch werden nämlich die im
Permafrostboden gespeicherten Kohlenstoffmengen freigesetzt.
Umgekehrt können >> landwirtschaftliche
Praktiken, die Kohlenstoff im Boden speichern helfen, den
Klimawandel bekämpfen helfen.
- Biosphäre:
Der Boden stellt – wie oben beschrieben – einen Lebensraum für
zahlreiche Bodenorganismen dar und stellt den Lebewesen
Mineralstoffe zur Verfügung – über Staubstürme und die
Erosion selbst den Lebewesen im Süßwasser und im Meer.
Webseiten zum Thema:
>> bodenwelten.de:
Ein Internet-Portal rund um den Boden und den Bodenschutz.
Das globale Ökosystem – weiter mit:
>> Quell
des Lebens – die Hydrosphäre (Wasser)
Zur Gefährdung der Böden durch den Menschen:
Mit der >>
Erfindung der Landwirtschaft und ihrem >>
Siegeszug wurde Boden für die Felder benötigt: Als die Wälder
abgeholzt wurden, war der Boden Wind und Wetter schutzlos
ausgesetzt, wurden ihm mit der Ernte Nährstoffe entzogen und wurden
durch Bewässerung in trockenen Regionen Böden versalzen: Mehr
hierüber lesen Sie auf der Seite >>
Umweltveränderungen im Zeitalter der Landwirtschaft.
Mit der >>
Industrialisierung der Landwirtschaft nahmen sowohl Umfang als
auch Intensität der Bodenveränderungen zu; dazu kam die Vergiftung
von Böden durch >>
Chemikalien, die durch Industrieproduktion und -produkte
freigesetzt wurden, sowie die zunehmende Versiegelung von Böden
durch Asphalt, Beton, Häuser und Industrieanlagen. Mehr hierüber
lesen Sie auf der Seite >> Die
Zerstörung der Böden im Industriezeitalter.