Experimente:
Versuch: Auch Schwerlösliches löst sich in Wasser

Gesteine und Böden verwittern und geben ihre Mineralien frei. Es gibt eine Reihe von wichtigen Verwitterungsfaktoren, die alle miteinander wechselwirken und einander verstärken. Bei ihnen wird die Bedeutung des Wassers für das Leben auf der Erde wieder einmal deutlich.

Zur Erinnerung: Wasser löst alles, was irgendwie löslich ist. Es löst auch schwerstlösliche Mineralien wie die Granite und sogar Glas (-> Versuch). Dadurch gibt es nicht nur Landschaftsveränderungen, sondern auch teilweise dramatische Veränderungen der Bodenchemie. Das fassen wir unter dem Begriff Verwitterung zusammen.
Die Verwitterung setzt Mineralien frei und macht sie löslich. Dadurch werden die Böden fruchtbar. Pflanzen benötigen nämlich zum Wachstum bestimmte Mineralstoffe, die sie vor allem dem Boden entnehmen. Wichtige Substanzen sind Kieselsäure, die Ionen von Kalium, Calcium und Magnesium sowie von Eisen. Dazu kommen nur Spurenelemente wie Bor, Kupfer, Molybdän und so weiter.

Die Verwitterungsfaktoren
Das sind die Faktoren, mit denen die Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre auf die Bodenzone, die Pedosphäre, einwirken.

1 Wasser
Das Wasser in der flüssigen Form wirkt mechanisch und außerdem als Lösemittel auf Gestein ein. Eis sprengt bei seiner Kristallisation Gestein und lockert Böden auf.

2 Luft
Die Luft wirkt einerseits mechanisch durch den Wind (Erosion), andererseits aber auch chemisch auf Gesteine. Der Sauerstoff z. B. oxidiert Eisen(II)-Ionen zu Eisen(III)-Ionen. Dadurch können die Kristallgitter von Eisen-Mineralien instabil werden.

3 Temperatur
Eine hohe Temperatur beschleunigt die Verwitterung. Bedeutend sind auch rasche Temperaturwechsel.
Einmal kann das Gestein aufgrund extremer Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht springen. Das spielt bei der Bildung von Felswüsten eine wichtige Rolle.
Aber auch die Bildung verschiedener, gesteinszerstörender Aggregatzustände des Wassers hat extreme Temperaturänderungen zur Voraussetzung.
Die Wirkung von Säuren und Basen auf Gesteine sowie der amphotere Charakter einiger Substanzen wie das Wasser selbst oder die Aluminium-aquo-komplexe sind temperaturabhängig. Das gleiche gilt für die Wirkung von Komplexbildnern wie den Huminsäuren.

4 Vegetation und Tierwelt
Die gesamte Flora und Fauna sind wichtige Verwitterungsfaktoren. Pflanzen sprengen durch ihr Wurzelwachstum Felsen auf. Tiere graben Löcher in den Boden (usw.). Nicht zu vergessen ist hierbei auch der Mensch mit seiner Bautätigkeit. Hierzu gehört auch die bodenzerstörende, extensive Landwirtschaft.

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Bild 1: Buchenwurzeln zerstören den Kreidefelsen, auf dem sie wachsen
Foto: Blume)

Wie die Verwitterung der Gesteine von den Klimazonen abhängt
Wenn wir die Klimazonen von polar über gemäßigt nach subtropisch und tropisch durchlaufen, stellen wir eine abnehmende Bodenfruchtbarkeit fest. Das liegt ausschließlich am Zusammenwirken der Verwitterungsfaktoren und der Temperatur.

Als Modell für ein Gestein wählen wir einen Granit mit seinen typischen Mineralien Quarz, Feldspat, Glimmer ("die drei vergeß ich nimmer").

Quarz	SiO2
Kalifeldspat	K[AlSi3O8]
Glimmer	KMg3(OH)2[AlSi3O10]

Diese Mineralien sind nur in kalten Klimazonen stabil. Deshalb findet man sie ganz besonders im hohen Norden von Europa und Nordamerikas.

Nun kommen wir in die gemäßigten Zonen. Es regnet viel und das Wasser wird wärmer. Aus den Mineralien bilden sich die Bodenfaktoren Tone, Lehme und Mergel, die alle für die Pflanzenernährung von höchster Wertigkeit sind.
Je weiter wir in subtropische Zonen kommen, desto wärmer ist der Regen und desto mehr bilden sich minderwertige Tonmineralien wie der als Bleicherde bekannte Montmorillonit: Deren Wasser- und Kationenanteil wird immer geringer, während ihr Al-Anteil relativ zu dem des Siliciums zunimmt.

Montmorillonit

Na(Al1,67Mg0,33)(OH)2[Si4O10]

Die weitere Verwitterung führt immer mehr zu Mineralien, die die für die Pflanzenernährung wichtigen Kationen wie K⁺, Mg²⁺ und Ca²⁺ verlieren. Zum Beispiel entstehen reine Alumosilikate wie der Kaolinit.

Kaolinit

Al2(OH)4)[Si2O5]

Aus denen bildet sich bei weiterer Auslaugung unter Verlust der letzten für die Pflanzen wichtigen Ionen und Kieselsäure durch warmen Regen sowie durch anschließende Austrocknung Bauxit. Dieser enthält nur noch Aluminiumoxid ("Tonerde") und als rotfärbende Verunreinigung Eisen(III)-oxid.

Aluminiumoxid

Al2O3

Bauxit ist das Ausgangsmaterial zur Herstellung von Aluminium. Das Mineral sieht aus wie ein roter Ziegelstein und gehört zu den völlig unfruchtbaren Lateriten, also zu den Böden, die die rote und braune Erde von Afrikas Steppen bilden.

Bild 2: Lateritische Böden in Madagascar (Foto: Daggi)

Regenwälder
Man glaubt es nicht: Die Regenwälder stehen auf dünnen, nur etwa 20 cm dicken Erdschichten, die lateritische Böden abdecken. Die Mineralien befinden sich alle in den Pflanzen und unterliegen einem ständigen Kreislauf.
Das Wasser in den Pfützen der Regenwälder ist Reinstwasser, da es ständig durch die um jedes Ion konkurrierenden Pflanzen demineralisiert wird. Dennoch wird der Regenwald gedüngt: Das geschieht durch Winde, die oftmals von weitweg Mineralien auf die Wälder ausbringen. So wird der Regenwald um den Amazonas von den Sandstürmen aus Nordafrika über den Atlantik hinweg mit Mineralien versorgt.

Bild 3: Regenwald in Trinidad (Fotos: Daggi)

Verluste durch Entnahme von Bäumen oder Brandrodung können nicht ausgeglichen werden, da der Laterit nichts mehr hergibt. Brandgerodete Flächen veröden nach 1 - 2 Ernten.

Bild 4: Verödete, ehemalige Waldfläche (Mauritius) (Foto: Daggi)

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