Stoffliche Veränderungen im Mikro- und Submikrobereich von Mineralkörnern und Bildung neuer Phasen bei Verwitterung und Bodenbildung in Löß

Abstract

Die Untersuchung der Verwitterungsprozesse primären Gesteinsmaterials, welche eine zentrale Rolle bei der Bodenbildung spielen, an möglichst einfachen natürlichen Systemen aus Löß dient der Verknüpfung von Laborsimulationen mit Beobachtungen an natürlichen Böden. Neben den typischen Bodenbildungspro;zessen bei gemäßigt humidem Klima wie Entkalkung, Verbraunung und Tonverlagerung sind an den beiden untersuchten, lößdominierten Bodenprofilen (Reinhausen bei Göttingen und Solling) trotz der Vorverwitterung des Lößmaterials mehrere Prozesse der chemischen Verwitterung unterschiedlicher Intensität nachzuweisen. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der Bodenmatrix aus fein- bis feinstkörnigen Phasen zu, die größere Mineralkörner überzieht bzw. zu Aggregaten verkittet und die reaktive Oberfläche darstellt, mit der das Sickerwasser in Kontakt tritt. Während Feldspäte keine Verwitterungsprozesse erkennen lassen und Quarzkörner durch SiO2-Abscheidung aus dem Sickerwasser wachsen bzw. verheilen, sind Glimmer und Tonminerale stark von der chemischen Verwitterung betroffen. Mikromorphologische sowie mikro- und phasenanalytische Untersuchungen zeigen an, daß Tonminerale, die vor allem illitisch und smektitisch sind, zu einem erheblichen Teil durch Kationenwegfuhr und Abschelfern aufgeweiteter Randbereiche aus Glimmern gebildet werden. Smektitische Tonminerale liegen größtenteils schon in dem primären Löß bevorzugt in der Feintonfraktion vor und sind mit kalzitischem Ca gesättigt. Sie verwittern deutlich schneller als illitische Tonminerale, welche v .a. in der Grobtonfraktion vorliegen. Verwitterungsprodukt beider Phasen ist nach einem Übergangsstadium begrenzt aufweitbarer (bis 1,4 nm) Tonmineral- phasen letztlich AI-Chlorit (Bodenchlorit). Fe liegt in der Tonfraktion im wesentlichen in Form oxidischer bis oxidhydroxidischer Phasen vor, Fe-reiche Tonminerale (z.B. Vermikulit) spielen vermutlich eine untergeordnete Rolle. Die chemische Verwitterung, vermutlich unter Beteiligung organischer Komplexbildner, ist fiir die Bildung der zur Profiloberfläche hin stark zunehmenden Anteile "amorpher, freier" (oxalatextrahierbarer) Fe- und auch Al- Oxidhydroxide im Lößprofil verantwortlich. Mit zunehmender Versauerung (Solling-Profil) findet bei der Ausfallung von Fe-Oxidhydroxiden ein Einbau von Al statt, dessen Verfügbarkeit aufeine fortgeschrittene Silikatverwitterung hinweist. Ca. 20-25 Mol-% des Fe werden hier durch Al ersetzt.