Forschungsschwerpunkte • Vom Gestein zum Boden - Strukturbildung von der Nano– bis zur Pedonskala. • Die Aerationszone — der vernachlässigte Bereich der oberflächennahen Erdkruste • Lehr– und Forschungsfeld Klimawandelanpassung Hydrogeologie Prof. Dr. Kai Uwe Totsche Pedogenese, i.e. die Bildung von Böden aus dem Gestein, umfasst ein komplexes Prozessfeld von der Verwitterung bis hin zur Differenzierung diagnostischer Horizontabfolgen. Im Rahmen unserer Arbeiten in der DFG Forschungsgruppe MAD Soil analysieren wir Tiefenprofile ausgehend vom Grundgestein über das verwitterte Ausgangsgestein bis hin zum Unterboden. Wir zeigen, dass die Struktur als auch die Zusammensetzung der Strukturkomponenten wie die (Mikro-)Aggregate [1] maßgeblich von der Lithologie beeinflusst sind und in vergangenen geologischen Zeiten im Zuge der Petrogenese als Produkte der Verschränkung von Verwitterungs- und Neubildungsprozessen und des Einbaus von verlagertem Material angelegt wurden. Um das Zusammenwirken auch quantitativ besser zu verstehen, komplementierten wir unser methodisches Portfolio um den Ansatz der „Experimentellen Pedogenese“ [2]. In DFG-Forschungsgruppe RU 2179 MAD Soil: Vom Gestein zum Boden– Experimentelle Pedogenese einem Zeitrafferexperiment, in welchem unverwitterte Kalksteinklasten einem dynamischen Wechsel von Beregnung, Aufsättigung und Aeration ausgesetzt waren, konnten wir mittels chemischer und mikroskopischer Analytik die Oberflächenalteration mit den Auflösungsraten der Minerale in Beziehung setzen [3]. Organische Substanzen in der Bodenlösung erhöhten die Karbonatlösungskapazität, setzten gleichzeitig aber die Lösungsrate durch „Abschirmung“ der Oberflächen herab. Die provozierte Verwitterung der Karbonate führte zur Freisetzung von Tonmineralen, zur Pyritoxidation und zur Bildung pedogener Eisenoxide. Durch Experimentelle Pedogenese schaffen wir das quantitative Verständnis zur Verzahnung und zeitlichen Abfolge der Prozesse Verwitterung, Transport (mobiles organisches und mineralischen Inventar), Mineralneubildung und Aggregation im Hinblick auf die Entwicklung der Bodenstruktur. Dieses Wissen ist essenzielle Grundlage zur verbesserten Abschätzung der Bodenbildungsrate nach rezent zu erwartenden verstärkten Gesteinsexhumierungen aufgrund katastrophaler Erosionsereignisse oder klimawandelbedingten Gletscherschmelzens in den zirkumpolaren Regionen. [1] Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R., Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I. (2018) Microaggregates in soils. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 181(1), 104136. https://doi.org/10.1002/jpln.201600451. [2] Totsche, K.U., Ray, N., Kögel-Knabner, I. (2024). Structure–function coevolution during pedogenesis—Microaggregate development and turnover in soils. J. Plant Nutr. Soil Sci., 187, 5-16. https://doi.org/10.1002/jpln.202400012. [3] Ritschel, T., Aehnelt, M., Totsche, K.U., (2023). Organic matter governs weathering rates and microstructure evolution during early pedogenesis. Geoderma 429, 116269, https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116269. 172 — FORSCHUNG Abb. 1. Wiesenklee (Trifolium pratense L.) auf angewittertem Karbonatklast. Zu erkennen an der Basis der Pflanze das „Keimsubstrat“, humusreiches aggregiertes Material typisch für Oberbodenhorizonte. Foto: Thomas Ritschel
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