Umwandlung der Silikate bei der Bodenbildung ans Dolomit und Kalkstein
3. Böden aus Dolomit
Die drei untersuchten Bodenprofile liegen im Schweizerischen Nationalpark nordwestlich von II Fuorn auf Kuppen etwa 2000 m ü. M. Alle drei Profile liegen in einem moosreichen Erika-Bergföhrenwald (Erico Mugetum hylocomietosum).
Tabelle 1 gibt genauere Auskunft über die Lage der drei Profile, die im folgenden nach dem Muttergestein benannt werden. Tabelle 2 bietet eine kurze Beschreibung der Bodenprofile.
Tabelle 1 Lage der Bodenprofile aus Dolomit (Landeskarte der Schweiz 1 : 25 000, Blatt 1218, Zernez) Gemeinde
Ort Koordinaten m ü. M.
Muttergestein 190
Zernez
Plan da 1a Posa 811 240 / 172 030 1920
Zernez Zernez
Muottas Champlönch Plan verd 809 850 / 172 400 809 100/ 173 680
2140 2020
Arlberger Dolomit Raibler Dolomit Hauptdolomit
Tabelle 2 Kurze Beschreibung der Bodenprofile aus Dolomit
Name des Bodens Dolomit-Mull-Rendzinen mit dünner Rohhumus
auflage
Die Körnung des silikatischen Anteils der drei Dolomite ist in Tabelle 3 wieder
gegeben. In den Böden kommen 1 bis 3 % silikatische Teilchen von 2000-63 µm vor, die aus der Umgebung eingeweht worden sind (STICHER et al., 1975); im übri
gen weicht die Körnung des silikatischen Anteils der Böden sehr wenig von jener des Muttergesteins ab.
Tabelle 3 Körnung des silikatischen Anteils der drei Dolomite (in % ) Fraktion
Charakterisierung der Tonfraktion < 2 µm
- 2 5
Die mineralogische Zusammensetzung der silikatischen Tonfraktion der drei Dolomitprofile, beurteilt nach den Röntgenanalysen, ist in Tabelle 4 wiedergege
ben. Die Muttergesteine enthalten neben wenig Quarz und wenig Kaolinit größten
teils dioktaedrischen Illit. In den Böden ist neben Quarz und Kaolinit nur noch wenig Illit vorhanden, dafür Vermikulit, chloritisierter Vermikulit und sekundärer Chlorit.
Bei der Verwitterung von Dolomit werden ständig Mg-Ionen frei, und das pH kann auf der Gesteinsoberfläche bis auf 9 oder 10 ansteigen (KRAUSKOPF, 1967).
Unter diesen Bedingungen kann sich in Dreischichttonmineralien eine Mg(OHk Zwischenschicht bilden (RICH, 1968, und CARSTEA et al., 1970). BRYDON (1961) hat Mg(OHkEinlagerungen in dioktaedrischem Vermikulit aus Sedimenten fest
gestellt; NELSON (1960) hat in kolumbianischen B öden alle Übergänge von Mont
morillonit bis zum Chlorit mit Mg(OHkZwischenschichten gefunden.
Die Mg(OHkZwischenschichten in chloritisiertem Vermikulit und in Chlorit sind gegenüber Wärme und Säure um so stabiler, je besser ausgebildet sie sind.
Nach diesen Merkmalen sind die Zwischenschichten der chloritisierten Vermikulite im karbonathaltigen Boden aus Arlberg-Dolomit am besten, im Boden aus Raibler Dolomit am schlechtesten ausgebildet. Im entkarbonateten Boden sind die Zwi
schenschichten der chloritisierten Vermikulite im Boden aus Arlberger Dolomit etwa gleich stabil wie im karbonathaltigen, im entkarbonateten Boden aus Raibler und Hauptdolomit sind sie weniger stabil als im noch stark karbonathaltigen Bo
den. Mg(OH)2-Schichten sind gegenüber der Verwitterung tatsächlich wenig stabil.
Die Ergebnisse der Differentialthermoanalyse und der thermogravimetrischen Analyse stehen im Einklang mit jenen der Röntgenanalyse.
Tabelle 4 Mineralogische Zusammensetzung der silikatischen Tonfraktion der drei Dolomitprofile nach den Röntgenanalysen
+ sehr wenig, ++ wenig, +++ mittel, ++++ viel, +++++ größtenteils Arlberger Raibler Hauptdolomit-Dolomit-Profil Dolomit-Profil Profil
C A1 C A C A
Quarz ++ ++ ++ ++ ++ ++
Kaolinit ++ ++ ++ ++ ++ ++
dioktaedrischer Illit +++++ ++ +++++ ++ +++++ ++
Vermikulit +++
chloritisierter Vermikulit +++++1 +++2 ++++3
sekundärer Chlorit ++ ++
1 mit nahezu vollständiger Metallhydroxid-Zwischenschicht
2 mit verschieden stark ausgebildeten inselartigen Metallhydroxiden und hydratisierten Metall
ionen in der Zwischenschicht 3 in vielen Ausbildungsstufen
In der chemischen Zusammensetzung der silikatischen Tonfraktion (Tabelle 5) aus den Muttergesteinen bestehen beträchtliche Unterschiede einzig im Gehalt an 192
Fe203 und an K20. Gegenüber dem Muttergestein weist die Tonfraktion aus dem Boden in allen drei Profilen dieselben Veränderungen auf: K20 ist beträchtlich zurückgegangen, MgO ist beträchtlich gestiegen. Diese Veränderungen zeigen wie die Röntgenanalysen eine Umwandlung von Illit zu chloritisiertem Vermikulit und Chlorit an.
Tabelle 5 Chemische Zusammensetzung der silikatischen Tonfraktion aus den Dolomitprofilen (Gew.-%)
Si02 Al203 Fe.203 Caü Mgü K20 Arlberger Profil
A12 46,0 38,0 7,0 0,6 6,8 0,2
C 47,1 39,5 6,8 0,5 1,0 3,4
Raibler Profil
Ai2 51,8 36,4 2,5 0,6 7,6 1,1
C 51,2 37,1 2,9 0,7 0,8 6,5
Hauptdolomit-Profil
Ai2 46,8 37,3 6,0 0,6 8,2 0,7
C 46,6 38,2 6,0 0,6 1,2 4,6
Nach den Röntgenanalysen bestehen die drei Proben des Muttergesteins aus wenig Quarz, wenig Kaolinit und größtenteils aus Illit. Aus dem K;p und Caü
Gehalt darf man darum angenähert auf die Ladungsdichte des Illites schließen: Im Illit des Arlberger Dolomits errechnet sie sich auf 72 mäq./100 g, im Illit des
Raibler Dolomits auf 128 mäq./100 g und im Illit des Hauptdolomits auf 98mäq./
100 g. (Vor den Röntgenanalysen wurde das freie Eisen aus dem Ton entfernt, nicht aber vor den chemischen Analysen. Die hellgraue Farbe des unbehandelten Tons ließ indessen darauf schließen, daß er nur wenig freies Eisen [Rost] enthält.) In den Böden ist der Illit in Vermikulit mit Mg2+(HP)n in der Zwischen
schicht, chloritisierten Vermikulit mit Mg2+(H20)n und Mg(OHkinseln in der Zwischenschicht und sekundären Chlorit (mit durchgehender Mg(OHkZwischen
schicht) umgewandelt worden. Da die Mg(OHkSchicht elektrisch neutral ist, kann die negative Ladung der tot-Schichtpakete durch Fe3+ oder Al3+ ausgeglichen wer
den, die anstelle von Mg2+ in die Mg(OH)2-Schicht eingebaut werden. Die Frage ist offen, ob umgekehrt die Ladung der tot-Schichtpakete durch Oxidation von Fe2+ in der Oktaederschicht oder durch Abspaltung von Al3+ aus der Tetraederschicht ver
mindert wird.
Der Ausbildungsgrad und damit die Stabilität der Mg(OHkZwischenschicht ist um so größer, je geringer die Ladungsdichte des Illits ist, daher die Reihenfolge:
Ladungsdichte des Illits nimmt zu
Arlberger Dolomit Hauptdolomit Raibler Dolomit
Ausbildungsgrad und Stabilität der Mg(OHkZwischenschicht nehmen ab.
Diese Ergebnisse stimmen mit den experimentellen Befunden von CARSTEA et al.
(1970) überein.
In einem Boden aus weichem Raibler Dolomit mit 19 % Silikaten auf dem Ofenpaß ist der Illit praktisch nicht umgewandelt worden (nur sehr wenig Vermi
kulit ist erkennbar); der untere Teil des Profils ist nicht durchwurzelt. Offenbar sind es die Pflanzenwurzeln, die die Illitverwitterung vorantreiben. Sie nehmen bevorzugt K-Ionen auf, senken so die K+.:.Konzentration in der Bodenlösung und beschleunigen dadurch die K+-Abgabe des Illits. Nach RAUSSEL-COLOM et al.
(1965) geben Illite kein K+ mehr ab, wenn die K+-Konzentration in der Boden
lösung 0,2 ppm übersteigt.