Bodenbildung

Pflanzen wachsen selten auf dem nackten Fels. Sie benötigen einen Boden, aus dem sie Nährstoffe ziehen und in dem sie Wurzeln bilden können. Damit sich ein solcher Boden entwickelt, ist Verwitterung nötig: Regen und Sauerstoff, Hitze und Kälte, Wasser und Wind zerreiben das Gestein und schleifen so selbst harten Granit zu immer kleineren Körnchen. Was dabei herauskommt, ist der sogenannte Verwitterungsschutt.

Boden entsteht durch Verwitterung
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Doch bis daraus ein lebendiger Boden wird, vergehen Jahrtausende. Als Erste siedeln sich Bakterien, Pilze und Flechten auf dem Gestein an; davon werden die ersten Bodentiere angezogen. Abgestorbene Pflanzenreste, Tierkadaver und Kot vermischen sich allmählich mit dem zerkleinerten Gestein. Aus diesem Mix entwickelt sich mit Hilfe von Pilzen und Bakterien die obere Bodenschicht aus fruchtbarem Erdreich, auf der Pflanzen gedeihen können. Darunter liegen weitere Schichten, zum Beispiel aus Sand oder Ton. Ganz zuunterst liegt das Gestein, aus dem sich der Boden entwickelt.

Granitgestein ist besonders hart
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Je nachdem welches Gestein verwittert, wie feucht es ist, welche Pflanzen wachsen und welche Temperaturen herrschen, entstehen verschiedene Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften und Farben. Auch ob verwittertes Gestein weggeschwemmt oder abgelagert wird, spielt dabei eine Rolle.

Bei uns weit verbreitet: die Braunerde
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In unseren gemäßigten Breiten gibt es häufig die Braunerden. Sie entwickeln sich auf Gestein mit wenig oder keinem Kalk in einem feuchtem Klima. Dunkel gefärbt ist die Rendzina, ein Boden der sich auf Kalkstein bildet. Weil er so steinig ist, kann man auf ihm nur schwer Ackerbau betreiben. Und auf der italienischen Insel Stromboli gibt es ganz besondere Sandböden: Weil das Lavagestein, das aus dem Vulkan Stromboli stammt, dunkel ist, sind auch die Sandstrände auf der Vulkaninsel pechschwarz.

Auf der Insel Stromboli sind die Strände schwarz
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Vom Fels zum Sandkorn – Verwitterung

Der Norden von Kanada ist heute eine sanft gewellte Landschaft. Vor vielen Millionen Jahren stand hier jedoch ein Gebirge. Tatsächlich können sich im Lauf sehr langer Zeit selbst hohe Berge in kleine Hügel verwandeln.

Selbst aus schroffen Gebirgen können irgendwann sanfte Hügellandschaften werden
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Der Grund für diese Verwandlung: Das Gestein an der Erdoberfläche ist ständig Wind und Wetter ausgesetzt. Dringt zum Beispiel Wasser in Gesteinsritzen ein und gefriert, sprengt es den Stein auseinander. Diesen Vorgang nennt man Frostsprengung. Auch durch Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht und durch die Kraft von Wasser und Wind wird das Gestein mürbe. Mit anderen Worten: Es verwittert. Dieser Vorgang lässt sich auch an Gebäuden oder an Steinfiguren beobachten. Bei der Verwitterung zerfällt das Gestein in immer kleinere Bestandteile bis hin zu feinen Sand- und Staubkörnern. Verschiedene Gesteine verwittern unterschiedlich schnell: Granit ist zum Beispiel viel beständiger als der vergleichsweise lose Sandstein.

Wenn Wasser in die Ritzen eindringt, verwittert das Gestein
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Manche Gesteinsarten lösen sich sogar vollständig auf, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, zum Beispiel Steinsalz und Kalk. Steinsalz ist chemisch das Gleiche wie Kochsalz – und das löst sich ja bereits in gewöhnlichem Wasser auf. Kalk ist etwas beständiger, aber in säurehaltigem Wasser löst sich auch Kalkgestein auf. Säure entsteht zum Beispiel, wenn Regenwasser in der Luft mit dem Gas Kohlendioxid reagiert. Dieser „saure Regen“ greift das Kalkgestein an und löst es im Laufe der Zeit auf. An der Erdoberfläche hinterlässt die Verwitterung zerklüftete Kalkstein-Landschaften, unter der Erde entstehen Höhlen.

Steinsalz ist wasserlöslich
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Doch nicht nur Lösungsverwitterung, auch Hitze und Druck zermürben und zerbröseln Gestein unter der Erdoberfläche. Wo Pflanzen wachsen, da graben sich Wurzeln ein, sprengen das Gestein stückchenweise auseinander und sorgen ebenfalls dafür, dass es Millimeter für Millimeter abgetragen wird.

Am Kölner Dom nagt saurer Regen
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Die Verwitterung bearbeitet auf diese Weise nicht nur einzelne Felsen, sie nagt an ganzen Gebirgsketten. Bis der Schwarzwald so flach ist wie der Norden Kanadas dauert es aber noch ein paar Millionen Jahre.

Auch Wurzeln zerkleinern Gestein
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Was bewirkt Erosion?

Wenn Gestein verwittert, bleibt es selten an seinem ursprünglichen Ort liegen. Oft rollt Gesteinsschutt den Hang herunter, wird vom Wasser weggespült oder von Eismassen fortgeschoben. Feinen Gesteinsstaub oder Sand kann auch der Wind mit sich tragen. Egal ob das Gestein von Wasser, Eis, Wind oder der Schwerkraft abtransportiert wird, all diese Vorgänge heißen Abtragung oder „Erosion“.

Der Gebirgsbach gräbt sich ein Bett
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Besonders einschneidend ist die Abtragung durch Fließgewässer. Bäche und Flüsse graben ein Bett in den Boden, Gestein rutscht nach, es bildet sich ein Tal. Wälzt sich ein Gletscher talabwärts, hobelt er dieses Tal durch mitgeschlepptes Geröll breiter aus. An solchen Trogtälern erkennt man, noch lange nach Abschmelzen des Eises, dass sich hier ein Gletscher befand. Die Brandung des Meeres greift dagegen die Küste an. Steile Klippen werden unterhöhlt und brechen ein, Sandstrände spült der Wellengang fort. In Wüsten fegt der Wind großflächig Sand davon. Je heftiger er bläst, desto mehr Sand kann er mitnehmen. Hindernisse aus festem Gestein schleift ein Sandsturm wie ein Sandstrahlgebläse allmählich immer weiter ab.

Verwittertes Gestein folgt der Schwerkraft
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Wind bläst trockenen Sand einfach davon
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Wenn Regen und Wind auf größeren Flächen die Bodendecke wegspülen oder -wehen, ist von Bodenerosion die Rede. Auch bei Erdrutschen an Hängen spricht man von Bodenerosion. Das Problem: Dabei verschwindet die fruchtbare obere Schicht des Bodens. Im schlimmsten Fall ist er für die Landwirtschaft nicht mehr zu gebrauchen.

Steinschlag ist nichts anderes als Erosion
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Ist der Boden von Pflanzen bewachsen, bremst das die Erosion. Die Wurzeln der Pflanzen halten das Erdreich fest und verhindern, dass Wind und Wasser es wegtragen. Wenn die Pflanzendecke, zum Beispiel durch Abholzung, zerstört wird, fehlt dem Boden jedoch dieser Halt und er wird abgetragen.

Nach starkem Regen wird das Erdreich großflächig weggeschwemmt
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Erosion durch Wind – Von Wanderdünen und Pilzfelsen

Überall dort, wo Wind über sandigen trockenen Untergrund fegt, schleppt er feine Körnchen mit und lässt sie später wieder fallen. Auf diese Weise türmen sich Sandhügel auf – die Dünen. Solche Sanddünen gibt es vor allem in Trockenwüsten wie der Sahara, der Wüste Gobi oder der Namib-Wüste. Ihre Dünen können über 200 Meter hoch werden und viele Kilometer lang.

Landschaft aus Sand: die Sahara
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Um eine Düne zu sehen, muss man aber gar nicht in die Wüste fahren: Dünen gibt es auch an den Küsten, in Deutschland zum Beispiel an der Nord- oder Ostseeküste. Der Sand, der durch den Wind vom Strand weggeblasen wird, häuft sich landeinwärts zu Dünen. Wer an den Strand will, muss sich daher oft einen Weg durch oder über die Dünen suchen.

Strandhafer wächst auf den Sanddünen der Ostsee
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Von der Wanderdüne umzingelt: Ein Leuchtturm an Dänemarks Küste
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Manche Dünen bewegen sich kaum vom Fleck, zum Beispiel wenn sie von Strandhafer bewachsen sind. Andere dagegen rollen ähnlich den Wellen des Meeres in Windrichtung vorwärts, die Wanderdünen. Eine besonders wanderlustige Düne ist die „Rubjerg Knude“ an der Küste Dänemarks. Diese knapp 100 Meter hohe Düne bewegt sich in Richtung Nordost und hat auf ihrer Reise sogar schon einen Leuchtturm überrollt.

Größte Düne Europas: Die „Dune du Pyla“ an der französischen Atlantikküste
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Dünen haben unterschiedliche Formen. Manche sind geschwungen wie Halbmonde oder Sicheln – die Sicheldünen. Andere bilden quer zur Windrichtung einen Wall, die Querdünen. Beide steigen auf der Windseite leicht an. Auf der vom Wind abgewandten Seite fallen sie steil nach unten. Und manche Dünen stimmen sogar ihr eigenes Lied an: Wenn sich Sandlawinen aus der Düne lösen und die Sandkörner dabei aufeinander prallen, geben sie brummende oder summende Geräusche von sich: Die Düne „singt“!

Dünen sind oft geschwungen wie Halbmonde
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Wind und Sand formen aber nicht nur Dünen. Fliegende Sandkörner können Felsen in der Landschaft wie Schmirgelpapier abschleifen. Selbst hartes Gestein kann durch diesen Windschliff eine neue Form bekommen: Aufragende Felsen werden an ihrem Fuß mit der Zeit abgeschabt und ausgehöhlt. Schließlich ragen sie wie Pilze in die Höhe – ein Pilzfelsen ist entstanden.

Windschliff formt Pilzfelsen
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Erde in Fahrt – Erdrutsche, Muren und Bergstürze

Urplötzlich gerät die Erde in Fahrt: Tonnen von Fels, Schlamm und Geröll rutschen oder stürzen den Berg hinab ins Tal. Zerstörerisch und unaufhaltsam reißen die Erdmassen alles mit sich, was sich ihnen in den Weg stellt.

Ein Erdrutsch hat ein Stück der Küstenstraße mitgenommen
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Erosion kann ganz langsam voranschreiten, manchmal passiert sie aber auch schlagartig. Wenn nach einem heftigen Regenguss das Erdreich stark aufweicht und schwer genug ist, kann ein ganzer Hang ins Rutschen geraten. Ein solcher Erdrutsch transportiert große Mengen von Erde und Geröll ins Tal hinab. Am Fuß des Hanges sammelt sich das gelöste Gestein in Schuttkegeln und Halden.

An kahlen Steilhängen ist die Gefahr von Erdrutschen und Bergstürzen besonders groß
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Ob es zu einem Erdrutsch kommt, hängt vom Gefälle ab: Je steiler der Hang ist, desto eher gerät die Erde ins Rutschen. Eine Rolle spielt auch, wie fest die Erdschichten zusammenhalten. Ist der Hang von Pflanzen bewachsen, sorgen die Wurzeln für mehr Halt. Wächst auf dem Hang nichts oder wurden Bäume gerodet, fehlen die Wurzeln, die den Boden festhalten. Dann kommt leichter zu einem Erdrutsch.

Wurzeln von Bäumen und Gras halten das Erdreich fest
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Ein Erdrutsch kann unterschiedlich aussehen: Der ganze Hang kann auf einer großen Fläche abwärts rutschen. Oder Erde und Schlamm fließen wie ein Fluss durch ein Tal oder graben sich eines, dann spricht man von einer Mure.

Starke Regenfälle weichen die Erde auf
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In kürztester Zeit gehen gewaltige Massen von Gestein bei einem Bergsturz ab. Innerhalb weniger Sekunden stürzen Schutt und Felsen hinunter. Meistens geschehen Bergstürze an Stellen, an denen verschiedene Gesteinsschichten aufeinander treffen. Durch heftigen Niederschlag, den Wechsel von Hitze und Kälte oder durch Erdbeben können diese Schichten auseinanderklaffen. Bei einem Bergsturz brechen große Gesteinsblöcke ab. Durch die Klimaerwärmung tauen heute Gesteinsschichten auf, die früher von Eis zusammen gehalten wurden. Dadurch kommen solche Bergstürze immer häufiger vor.

Große Gesteinsblöcke haben sich gelöst
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Erdrutsche und Bergstürze sind sehr gefährlich. Sie haben schon viele Menschenleben gekostet und ganze Ortschaften zerstört. Beim Goldauer Bergsturz in der Schweiz zum Beispiel stürzten vierzig Millionen Kubikmeter Gestein herab, verschütteten mehrere Dörfer und begruben Hunderte von Menschen unter sich.

Kreislauf der Gesteine

Kein Gestein der Erde ist für die Ewigkeit gemacht. Es verwittert an der Oberfläche, wird abtransportiert und erneut abgelagert. Beim Zusammenstoß zweier Platten werden Sedimentschichten zusammengestaucht und zu Hochgebirgen aufgefaltet. Das Gestein abtauchender Platten schmilzt im Erdinneren und bildet die Quelle von Vulkanen. Lava, die ein Vulkankrater ausspuckt, kühlt wiederum ab und erstarrt wieder zu Gestein.

Gestein wird immer wieder umgewandelt
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Es ist ein ewiger Kreislauf, der dafür sorgt, dass selbst das härteste Gestein sich immer wieder verwandelt und neues daraus entsteht. Die Verwandlung geschieht natürlich nicht von heute auf morgen, sondern über Jahrmillionen. „Mitspieler“ dieses Kreislaufs sind drei Gruppen von Gestein, die jeweils unter anderen Bedingungen entstehen:

Heißes Magma kühlt ab zu magmatischem Gestein
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Wenn Magma abkühlt, erstarrt die heiße Masse zu magmatischem Gestein. Das kann sowohl an der Erdoberfläche als auch im Inneren der Erde geschehen. Wo sich dagegen Schichten von abgetragenem Gesteinsschutt anhäufen, werden die Sedimente unter der Last des eigenen Gewichts zusammengepresst. Durch diesen Druck verfestigen sie sich zu Sedimentgestein. Hoher Druck und große Hitze im Erdinneren wiederum sorgen dafür, dass sich Gestein verwandelt und ein anderes entsteht. Dann sprechen Geologen von Umwandlungs- oder von metamorphem Gestein.

Sedimentschichten werden erneut abgetragen
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Diese drei Gesteinstypen sind eng miteinander verbunden: Jeder Typ kann sich in jeden anderen verwandeln. Dieser Gesteinskreislauf wird immer weitergehen, so lange es die Erde gibt.

Marmor entsteht durch Erhitzen von Kalkstein im Erdinneren
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Was ist Gestein?

An manchen Stellen lugt es unter einer dünnen Pflanzendecke hervor, anderswo ragt es als steile Felswand in die Höhe: das nackte Gestein. Es ist das Baumaterial, aus dem Erdkruste und Erdmantel bestehen. Gestein ist jedoch keine einheitliche Masse. Ähnlich einem Kuchenteig – nur viel härter – ist es eine Mischung aus verschiedenen Zutaten: den Mineralen.

Wo keine Pflanzendecke ist, wird das Gestein sichtbar
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Gestein besteht also aus unterschiedlichen Mineralen. Je nach Zusammensetzung fügen sich die Minerale zu bestimmten Gesteinsarten zusammen. Granit zum Beispiel ist ein Gestein, das aus den Mineralen Feldspat, Quarz und Glimmer besteht. Dass Granit aus verschiedenen Mineralen aufgebaut ist, zeigt sich schon daran, dass er gesprenkelt ist: Er enthält hellere und dunklere Teile, die ihre unterschiedliche Farbe drei verschiedenen Mineralen verdanken. Die dunkleren Stellen stammen vom Mineral Glimmer. Weißlich bis grau erscheint häufig das Quarzmineral. Das dritte Mineral, der Feldspat, kann alle möglichen Farben annehmen, sogar rosa. Anders als das harte Granitgestein besteht der weichere Sandstein fast vollständig aus Quarz. Aus diesem Grund sieht Sandstein einheitlicher aus als der gesprenkelte Granit.

Pflaster aus Granitblöcken
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Fast alle Minerale ordnen sich nach einem bestimmten Gittermuster zu gleichmäßigen Formen, den Kristallen. So wächst das Mineral Steinsalz zum Beispiel zu einem Würfel. Durch die regelmäßige Anordnung ergeben sich aber auch andere Formen mit glatten Flächen, wie sie bei einem Bergkristall gut zu erkennen sind. Dieser besteht aus besonders reinem und daher durchsichtigem Quarz. Ist in den Quarz dagegen Flüssigkeit eingeschlossen, färbt er sich milchig trüb. Dann sprechen Geologen von einem Milchquarz.

Felsen aus Sandstein
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Das Mineralsalz wächst zu würfelförmigen Salzkristallen
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