Grundriß der Bodenkunde

BÜCHEREI FÜR LANDWIRTE

Herausgegeben von Professor Dr. Hanns v. Lengerken

Landwirtschaftliche H o c h s c h u l e Berlin

Grundriß

der Bodenkunde

von

Georg Frebold

D r . p h i l . , D r . r e r . nnt., P r i v a t d o z e n t e n d e r G e o l o g i e u n d M i n e r a l o g i e an der T e c h n i s c h e n H o c h s c h u l e zu H a n n o v e r

Mit 39 Abbildungen im Text u n d 2 Tafeln

Berlin und Leipzig 1926

Walter de Gruyter & C o .

v o r m a l s G. J. G ö s c h e n ' s c h e V e r l a g s h a n d l u n g / J . G u t t e n t a g , V e r l a g s b u c h h a n d l u n g G e o r g R e i m e r / Karl J . T r ü b n e r / Veit & C o m p .

Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung, vorbehalten-

Copyright by Walter de Gruyter & Co., Berlin und Leipzig 1926.

Druck von Waller de G r u y t e r & Co., Berlin W . 10.

Vorwort.

Der vorliegende Grundriß setzt es sich zur Aufgabe, den Land- wirt in das so wichtige Gebiet der Bodenkunde einzuführen. Es wurde dabei der Versuch gemacht, neben physikalisch-chemischen Gesichts- punkten auch solche geologisch-petrographischer Art eingehend bei der Bearbeitung walten zu lassen.

Den Herren Prof. Dr. 0 . H. E r d m a n n s d ö r f f e r und Dipl.- Berging. J. H o s e m a n n danke ich ergebenst für die Überlassung von Photographien; letzterem sowie meiner Frau danke ich auch herzlichst für die wertvolle Hilfe beim Lesen der Korrekturen und bei der Anfertigung des Sachregisters.

H a n n o v e r , im Dezember 1925.

Georg Frebold.

Inhaltsverzeichnis.

S e i t e

A . E i n l e i t u n g : Begriff u n d A u f g a b e der B o d e n k u n d e . B i l d u n g u n d U m b i l d u n g der E r d r i n d e . G e o l o g i s c h e P e r i o d e n u n d ihre

B i l d u n g s p r o d u k t e l B . D e r Stoff der E r d r i n d e .

I. D i e g c s t e i n s b i l d c n d e n M i n e r a l i e n ü

a) Allgemeines G b) Kieselsäure und Silikate 7

a) Allgemeines 7 ß) Die wichtigsten Gruppen der Silikate 9

c) Karbonate IC d) Phosphate 18 e) Sulfate 19

i) Sulfide 21 g) Oxyde und Hydroxyde 22

h) Chloride 23 i) Nitrate 25 k) Ammonium Verbindungen 25

II. D i e b o d e n b i l d c n d c n G e s t e i n e 26

a) Allgemeines 26 b) Eruptivgesteine 27

c) Kristalline Schiefer 33 d) Tone und Tonschiefer 34 e) Kalk- und Dolomitgesteine 35 i) Konglomerate, Sandsteine und Sande 37

g) Dluviale und Alluviale Bildungen 40 C. D e r V e r w i t t e r u n g s p r o z e ß .

I. V o r b e m e r k u n g e n 47 II. P h y s i k a l i s c h e V e r w i t t e r u n g : G e s t e i n s z e r f a l l 48

VI Inhaltsverzeichnis.

Seite

a) Temperaturwirkungen 48 b) Frostwirkungen 48

c) Druckwirkungen 49 III. C h e m i s c h e V e r w i t t e r u n g : G e s t e i n s z e r s e t z u n g 51

a) Das Wasser als Lösungsmittel 51

b) Temperatureinflüsse 52 c) Verwitterung durch Wasser und säurehaltige Wässer 52

d) Verwitterung durch HumusstofTe 53 n) Auswaschung des Bodens 53 f) Produkte der verwitternden Gesteine 54

IV. V e r w i t t e r u n g d u r c h O r g a n i s m e n 57 V. T r a n s p o r t d e r V e r w i t t e r u n g s p r o d u k t e 59

a) Vorbemerkungen 59 b) Trockene Abtragung 59

c) Abtragung durch Wasser: Erosion Gl d) Tätigkeit des Gletschereises G2 e) Transport durch Wind, Äolische Abtrugung 05

I). Bodenumwandlung durch vegetative Kräfte.

I. O r g a n i s m e n d e s B o d e n s G5

a) Pflanzen 05 b) Bodenbakterien und ihre Tätigkeit G7

c) Tiere 70 II. Z e r s e t z u n g o r g a n i s c h e r S t o f f e im B o d e n 71

a) Vorbemerkungen 71 b) Verwesung 71

c) Fäulnis 72 d) Humus 73 e) Ortsteinbildung 75 III. T o r f b i l d u n g u n d M o o r b i l d u n g 70

a) Torf 76 b) Moore und Moorbildung 79

c) Bau der Hochmoore 83

E. Chemie und Physik des Bodens.

I. M i n e r a l o g i s c h e u n d c h e m i s c h e A n a l y s e 8G

a) Allgemeines 86 b) Mineralogische Bodenanalyse 86

c) Chemische Analyse 87 d) Bodenprofile 88

Inhaltsverzeichnis. VII

Seite

c) Kurzer Abriß der Bodenchemie 90

a) Einzelne Stoffe 90 ß) Die Bodensäuren 93 f) Bodentätigkeit und Fruchtbarkeit 95

II. S t r u k t u r d e s B o d e n s 96 a) Krümelstruktur und Krümelbildung 96

b) Die Bodengare 98 III. Der B o d e n u n d d a s W a s s e r 99

a) Vorbemerkung 99 b) Wasserkapazität des Bodens 100

c) Kapillare Wasserleitung 101 d) Wasserdurchlässigkeit und Bodenwasser 101

e) Grundwasser 103 f) Wasserverdunstung und Taubildung 105

g) Bedeutung des Bodenwassers für die Vegetation 107

IV. D e r B o d e n u n d die L u f t 10«

a) Chemie der Atmosphäre. Luftbeimengungen 108 b) Adsorption von Gasen durch den Boden 110 c) Bodenluft und Durclilüftbarkeit des Bodens 110

V. Der B o d e n u n d die W ä r m e 112

VI. Die B o d e n k o l l o i d e 113 a) Allgemeines 113 b) Der Boden und die Kolloide 114

F. Einteilung und Verbreitung der B o d e n a r t e n .

Vorbemerkungen 110 I. D i e T h a e r s c h e n B o d e n k l a s s e n 117

II. P h y s i k a l i s c h - c h e m i s c h e G l i e d e r u n g d e r B o d e n a r t e n . . . 119

a) Steinböden 119 b) Sandböden 121 c) Tonböden 123 d) Lehmböden und Lößböden 125

e) Marschböden 128 f) Kalk- und Mergelböden 131

g) Humusböden 133 h) Moorböden 134 III. K l i m a u n d B o d e n b i l d u n g 136

a) Allgemeines 136 b) Böden des Gesteinszerfalles 138

VIII Inhaltsverzeichnis.

Scito

c) Böden der Gesteinszersetzung 139

a) Salzböden 142 ß) Steppenböden 142 -f) Schwarzerden 143 IV. D i e E r k e n n u n g der B o d e n a r t e n m i t H i l f e der a u f

i h n e n w a c h s e n d e n P f l a n z e n 144

a) Vorbemerkungen 144 b) Verzeichnis der bodenkundlich wichtigen Pflanzen 146

G. Die geologisch-agronomischen Bodenkarten.

a) Vorbemerkungen 151 b) Die Darstellungen auf den geologisch-agronomischen Karten 153

Register 1G0

A. Einleitung.

Begriff und Aufgabe der Bodenkunde. Bildung und Umbildung der Erdrinde. Geologische Perioden und ihre Bildungsprodukte.

Was wir als B o d e n oder E r d b o d e n gemeinhin bezeichnen, ist nichts anderes als die oberste Verwitterungsschicht der festen Erdrinde. Diese Verwitterungsschicht ist in ständiger Umbildung begriffen, ihre Zusammensetzung wechselt, von Ort zu Ort und ihre Entstehung, bedingt durch mannigfache Faktoren, ist abhängig von der Zusammensetzung des tieferen Untergrundes. Dabei wirken Wasser, Luft, Wärme und Kälte ständig in großem Maßstabe bei der Bodenumbildung mit. Daraus ergibt sich die A u f g a b e der- jenigen Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung aller boden- bildenden und bodenumbildenden Vorgänge sowie der Zusammen- setzung des Bodens befaßt, der B o d e n k u n d e oder P e d o l o g i e . Die Bodenkunde ist also die Lehre von der Entstehung, den Eigen- schaften und den Umbildungen des Bodens. Danach ist die Boden- kunde ein Zweig der geologischen Wissenschaft, deren ureigenste Aufgabe ja die Erforschung des W'erdens und Vergehens der gesamten uns zugänglichen Erdrinde ist. Im besonderen kann man daher die Bodenkunde als Geologie der obersten Erdschicht bezeichnen.

Wie die Geologie sich verschiedener Methoden zur Untersuchung ihres jeweiligen besonderen Gegenstandes bedient, so wird naturgemäß auch die Bodenkunde von diesen Methoden Gebrauch machen. Die Mineralogie belehrt uns über die Mineralien der im tieferen Unter- grunde steckenden Gesteine und über ihre chemische Zusammen- setzung, die Petrographie gibt Auskunft über die Beschaffenheit der bodenbildenden Gesteine und über ihre Verwitterung. Die Chemie gibt in Analysen die Zusammensetzung des Bodens und die Physik unterrichtet uns über das Verhalten des Bodens zu Wasser, L u f t und Wärme. Aber auch Pflanzen und Tiere sind an der Umbildung

Bücherei für Landwirte: Bodenkunde. 1

2 Einleitung.

des Bodens beteiligt, es müssen also Botanik und Zoologie uns über die Lebensgewohnheiten dieser Organismen Auskunft geben.

Alle diese einzelnen Wissenschaften müssen in der Bodenkunde berücksichtigt werden, um das zu erreichen, was bis jetzt erst in den Anfängen steckt, nämlich eine eingehende Darstellung der auf der Erde verbreiteten Bodenarten sowie ihrer Abhängigkeit vom Klima und ihrer Eignung zum Hervorbringen bestimmter Vegetations- formen.

Damit ist etwa das Gebiet umgrenzt, dessen nähere Erörterung den Gegenstand dieses Buches bildet.

Die Umbildung der Erdrinde, im besonderen der Erdoberfläche geht stetig vor sich. Berge werden abgetragen und schließlich ein- geebnet, ebene Landflächen werden durch die Kraft des strömenden Wassers zernagt, gewaltige tektonische Vorgänge türmen hohe Gebirge auf und was heute Festland ist, war einst vom Meere bedeckt und umgekehrt. Dieses Werden und Vergehen im Erdantlitz zu ergründen, ist die Aufgabe der geologischen Forschung. Sie zeigt uns, daß die ältesten Bildungen der Erdkruste hervorgegangen sind aus einem feurig-flüssigen Schmelzfluß, dessen heutiges Vorhanden- sein in Gestalt des Magmas noch die zahlreichen vulkanischen Bil- dungen unserer Erde zeigen. Woher dieser feurig-flüssige Schmelz- fluß stammt, darüber vermag freilich nur die Astronomie uns einige Auskunft zu geben. Der Vergleich der Erde mit anderen uns leidlich zugänglichen Weltkörpern legt nämlich die Anschauung nahe, daß die Erde ursprünglich nicht nur feurig-flüssig gewesen ist, sondern daß sie einstens als ein großer Feuerball aus der Sonne hervorgegangen ist. Zuerst als ein glühender Nebelball, der sich durch Kontraktion immer mehr verfestigte und zum feurig-flüssigen Weltkörper wurde.

Die Kälte des Weltraumes kühlte diesen Glutball allmählich ab,

so daß die in der flüssigen Schmelze enthaltenen Stoffe in den festen,

kristallisierten Zustand übergehen konnten. Auf dem glühenden

Erdkörper erschien die erste „Schlacke", die wir noch heute vieler-

orts als älteste E r u p t i v g e s t e i n e sowie z. T. als k r i s t a l l i n e

S c h i e f e r beobachten können. Mit der allmählichen Erkaltung

verdichtete sich das in der Atmosphäre enthaltene Wasser und fiel

als Regen usw. nieder, indem es dabei sowohl mechanisch durch den

Aufprall des fallenden Tropfens („Steter Tropfen höhlt den Stein")

wie auch chemisch durch seine lösende Wirkung die dünne Erdkruste

zu zerstören begann. Dadurch wurde der Boden zum ersten Male

E i n l e i t u n g .

3

umgewandelt. Die mechanisch zerkleinerten Gesteinsreste sowie die im Wasser gelösten Stoffe wurden forttransportiert und an anderen Orten abgesetzt, entweder mechanisch unter dem Einfluß der Schwer- kraft oder chemisch durch Kristallisation aus wäßriger Lösung.

So entstand das erste S e d i m e n t g e s t e i n , dessen Hauptkennzeichen die ausgesprochene Schichtung ist. Diese Sedimentgesteine liegen also auf den kristallinen Gesteinen der Silikatschlacke.

Abkühlung des Erdkörpers einerseits und Verlagerung der magmatischen Massen im Erdkörper andererseits und damit Hebung und Senkung von Erdrindenschollen sind nun die Hauptursachen der Gebirgsbildung, die z. T. in tangentialer Richtung als Zerrung und Pressung, z. T. in radialer Richtung als Hebung und Senkung zum Ausdruck kommt. Derartige Gebirgsbildungsprozesse schaffen die Niveauunterschiede, die für ein erfolgreiches Einsetzen der Zer- störung der Gesteine unerläßlich sind. Durch sie wird Wasser vom Land getrennt.

Vor dem Auftreten der ersten Organismen war die Erde mit den kristallinen Gesteinen oder Urgesteinen der Silikatschlacke bedeckt. Erst die Zerstörung dieser M a s s e n g e s t e i n e schuf die Sedimentgesteine, die man auch als T r ü m m e r - oder k l a s t i s c h e G e s t e i n e bezeichnet. Diese Gesteine bedecken heute bei weitem den größten Teil der Erdoberfläche; nur an wenigen Stellen sind diese Gesteine in späterer Zeit von dem im Erdinnern steckenden Magma durchbrochen.

Die Zusammensetzung der Sedimentgesteine wechselt sehr, je nachdem ob sie im Wasser oder auf dem Lande und hier wieder unter Mithilfe von Wasser und Wind gebildet sind. Was man als g e o l o g i s c h e P e r i o d e n bezeichnet, sind Zeiträume der Sedimen- tation, der Bildung von Schichtgesteinen, die ganz verschieden zusammengesetzt sein können. Ihre petrographische Beschaffenheit ist nur in den seltensten Fällen für die A l t e r s f e s t s t e l l u n g , ihre s t r a t i g r a p h i s c h e S t e l l u n g von Bedeutung. Die Altersfest- stellung der Schichtgesteine richtet sich vielmehr nach dem Ent- wicklungscharakter der in ihnen vorkommenden v e r s t e i n e r t e n pflanzlichen oder tierischen R e s t e . Mit ihrer Hilfe gelingt es, die großen geologischen Perioden in feinere Unterabteilungen, die geo- l o g i s c h e n F o r m a t i o n e n , zu gliedern und diese weiter in S t u f e n ,

H o r i z o n t e und Z o n e n . Petrographisch gleichartige Gesteine von verschiedenen Orten sind nicht auch unmittelbar gleichaltrig.

l*

4

Ein und dieselbe Gesteinsart, z. B. Kalkstein, Sandstein, Ton usw.

kann in verschiedenen Formationen vorkommen. Das Alter wird jeweilig bestimmt durch die in ihnen enthaltenen Fossilien, die damit zu L e i t f o s s i l i e n werden.

Im folgenden ist ein kurzer Überblick über die Entwicklung der wichtigsten Gesteinsarten in den einzelnen geologischen Perioden und Formationen gegeben

):

I. Sternzeitalter der Erde. Verdichtung des Gasballes zur glut- flüssigen Kugel.

II. Azoisches oder archäisches Zeitalter. Bildung der ersten Er- starrungskruste, der Silikatschlacke, und der ältesten Schichtgesteine (kristalline Schiefer).

III. Algonkisches Zeitalter. Erste Lebensspuren (Algen, Urtiere).

Bildung von Konglomeraten, Grauwacken, Quarziten, Schiefern, Kalken, Hornsteinen.

IV. Paläozoisches Zeitalter. Auftreten der ersten höheren Lebe- wesen.

a) K a m b r i s c h e F o r m a t i o n : Algen, Brachiopoden, Trilobiten. Konglomerate, Sandsteine, Schiefer, Tone, Sande; Phyllite.

b) S i l u r - F o r m a t i o n : Algen; Graptolithen, Brachio- poden, Trilobiten und Nautiloideen, Riesenkrebse, Panzerfische, Skorpione. Grauwacken, Tonschiefer, Quarzite, Kalke.

c) D e v o n - F o r m a t i o n : Landpflanzen; Korallen und Goniatiten. Grauwacken, Kalke, Sandsteine;

Diabase und Tuffe.

d) K a r b o n - ( o d e r S t e i n k o h l e n - ) F o r m a t i o n : Farne und Schachtelhalme; Insekten, Spinnen, Wirbeltiere. Kalke, Sandsteine, Schiefertone,

Kohlenflöze; Granite. Mildes, feuchtes Klima.

e) P e r m - F o r m a t i o n : Erste Nadelhölzer ;Ammoniten, Wirbeltiere. Trocknes, wüstenartiges Klima.

1. Rotliegendes: Konglomerate, Sandsteine, Let- ten; Porphyre.

2. Zechstein: Kalksteine, Gips, Stein- und Kali- salze, Kupferschiefer.

Die Ubersicht gilt vom paläozoischen Zeitalter ab nur für Deutschland.

Einleitung. 5 V. Mesozoisches Zeitalter: Saurier, erste Säugetiere, Coniferen,

Cycadeen.

a) T r i a s - F o r m a t i o n : Froschsaurier, Ammoniten, Vögel und Säugetiere.

1. Buntsandstein: Sandsteine, Tone, Mergel, Gips, Steinsalz, Wüstenklima.

2. Muschelkalk: Kalksteine, Dolomite, Gips, Stein- salz. Binnenmeerbildung.

.3. Keuper: Bunte Mergel, Gips, Sandsteine, Letten, schwache unreine Kohlenflöze. Bildungen in Lagunen, Sümpfen und Mooren.

b) J u r a - F o r m a t i o n : Ammoniten, Belemniten, Ko- rallen, Fisch- und Flugsaurier, Vögel; Krypto- gamen, Coniferen, Cycadeen, erste Laubhölzer.

1. Lias oder Schwarzer J u r a : Tone, bituminöse Schiefer, Kalke, Sandsteine, oolithische Eisen- erze. Meeresbildung.

2. Dogger oder Brauner J u r a : Sandsteine, dunkle Tone, Kalke, oolithische Eisenerze. Meeres- bildung.

3. Malm oder Weißer J u r a : Helle Kalke und Korallenkalke, Mergel, Dolomite. Meeres- bildung.

c) K r e i d e - F o r m a t i o n : Pflanzenwelt sehr ähnlich deJ heutigen; Vögel, Riesenflugsaurier, Säugetiere.

1. Untere Kreide:

Wealden: Sandsteine, Tone, Kohlenflöze.

Süßwasserbildung.

Neocom) Tone, Sandsteine, Eisenerze. Marine Gault J Bildungen.

2. Obere Kreide: Kreidekalke (Plänerkalke), Sande, Mergel, Schreibkreide. Meeresbildungen.

VI. Neozoisches Zeitalter: Tannen, Fichten; Huftiere, Landsäuge- tiere, Menschenaffen. Gegen Ende des Tertiärs Aussterben der Tertiärflora. Im Diluvium nordische Vegetation: Kiefer, Weißbirke, Eiche. Älteste Menschenreste im Diluvium, Mammut, Riesenhirsch, Höhlenbär.

6 Der Stoff der Erdrinde.

a) T e r t i ä r - (oder B r a u n k o h l e n ) F o r m a t i o n : Tannen, Fichten, Palmen, Huftiere, Halb- und Menschenaffen.

1. Eocän: Kalke, Tone.

2. Oligocän: Sande, Tone, Braunkohlen, Sand- steine, Molasse, Bernsteinschichten.

3. Miocän: Sande, Tone, Kalke, Braunkohlen, Basalte.

4. Pliocän: Schotter, Gerolle, Sand. Flußab- lagerungen.

b) D i l u v i u m : Nordische Vegetationsformen mit Kiefer, Weißbirke, Eiche. Älteste Menschenreste, Mammut,

Riesenhirsch, Höhlenbär. Inlandeis. Geschiebe- mergel, Gletscher-Geschiebe, erratische Blöcke, Sande, Lehme, Tone, Grand, Kieselgur.

c) A l l u v i u m : Jetztzeit. Noch jetzt entstehende Bil- dungen des Süß- und Meereswassers, des Windes und des pflanzlichen und tierischen Lebens: Fluß- sande, Gerölle, Tone, Lehme, Meerbildungen, Wiesenkalk, Flugsand, Schlick.

B. Der Stoff der Erdrinde.

I. Die gesteinsbildenden Mineralien,

a) Allgemeines.

Der Teil der Erdkruste, der für Land- und Forstwirtschaft

sowie für die Kulturtechnik die größte Bedeutung hat, ist die oberste

Erdschicht, der Boden in dem hier verstandenen Sinne. Dieser Bo-

den ist ein Zersetzungsprodukt der in der Tiefe vorhandenen, an-

stehenden Schichten, seien es nun Eruptivgesteine oder Sediment-

gesteine. G e s t e i n e sind G e m e n g e v o n M i n e r a l i e n . Da die

Umwandlung der Gesteine und die Art der dabei entstehenden Pro-

dukte, also letzten Endes die Beschaffenheit des Bodens ganz er-

heblich von der Art der gesteinsbildenden Mineralien abhängig ist,

so hat uns zunächst die Mineralogie über den Charakter der gesteins-

bildenden Mineralien zu unterrichten.

Die gesteinsbildenden Mineralien. 7 Wir können dabei die für uns wichtigsten Mineralien in folgende Gruppen ordnen:

1. Kieselsaure Salze oder S i l i k a t e , 2. kohlensaure Salze oder K a r b o n a t e , 3. phosphorsaure Salze oder P h o s p h a t e , 4. schwe- felsaure Salze oder S u l f a t e , 5. Schwefelmetalle oder S u l f i d e , 6. O x y d e und H y d r o x y d e .

Von diesen Mineralien sind diejenigen der Silikatgruppe die am meisten verbreiteten.

b) Kieselsäure und Silikate.

a) A l l g e m e i n e s .

Die K i e s e l s ä u r e oder streng genommen das K i e s e l s ä u r e - a n h y d r i t (oder Siliziumdioxyd) ist eine Verbindung des Siliziums mit Sauerstoff von der Zusammensetzung Si0². Die normale Kiesel- säure ist die O r t h o k i c s c l s ä u r e II⁴Si0⁴, aus der unter Abspaltung von 1 HoO die M e t a k i e s e l s ä u r c II2Si03 entsteht; durch weitere Abspaltung von 1 I I20 entsteht aus der Metakieselsäurc das K i e s e l -

s ä u r e a n h y d r i t SiO,. Der Ortho- und Metakieselsäure gehören die meisten Silikate an und zwar als neutrale, saure und basische Silikate1). Daneben sind aber andere Silikate vorhanden, deren Säuren hervorgegangen gedacht werden müssen durch den Aus- tritt von H²0-Molekülen aus mehreren II⁴Si0⁴- bzw. H²Si0³-Mole- külen. Unter diesen Polykieselsäuren sind am wichtigsten die O r - t h o d i k i e s e l s ä u r e H6Si207 und die M e t a d i k i e s e l s ä u r e H2Si205. Auch eine T r i k i e s e l s ä u r e H⁴Si³O^g kommt in Betracht. Die Entstehung dieser Säuren ist folgendermaßen:

2 H²Si0³ _{- H}2O = H²Si²0⁵ Metakieselsäure Metadikieselsäure

2 II4Si04 - H20 = H6Si207

Orthokieselsäure Orthodikieselsäure 3 H4Si04 - 4 H20 H⁴Si³0⁸ Orthokieselsäure Polykieselsäure

Die S i l i k a t e sind die Salze der verschiedenen Kieselsäuren;

*) N e u t r a l e S a l z e sind solche, bei denen aller durch Metall ersetz- barer Wasserstoff durch Metall ersetzt ist (z. B. KCl, Na2S04). S a u r e S a l z e sind solche, in denen nicht aller ersetzbare Wasserstoff durch Metall ersetzt ist ( z . B . NaHSO«). B a s i s c h e S a l z e sind solche, bei denen nur ein Teil der vorhandenen Hydroxyle durch Säurereste ersetzt ist ( z . B . Ca(OH) ergibt CaCl(OH)).

8 Der Stoff der Erdrinde.

sie sind die wichtigste Gruppe der bodenbildenden Mineralien. Nach älterer aber übersichtlicher Anschauungsweise können wir sie fol- gendermaßen gruppieren. E s sei R (Radikal) ein einwertiges Me- tall, dann kann z. B ein Silikat von der Formel R²S i 0⁴ bestehen, das man zerlegen kann in

R²0² + S i 0² = R²S i 0⁴.

Die Menge des Sauerstoffs in beiden Komponenten verhält sich wie 1 : 1 , daher heißt ein solches Silikat S i n g u l o s i l i k a t (Beispiel:

Olivin M g²S i 0⁴ = Mg²0² + S i 0²) .

Ein Silikat von der Formel R , S i 0³ läßt sich zerlegen in:

R²0 + S i 0² = R„Si0³.

Hierin ist das SauerstoiYverhältnis der Komponenten 1 : 2 , daher heißen derartige Silikate B i s i l i k a t e (Beispiel: Enstatit M g S i 0³ = MgO + S i 02) .

Und ferner läßt sich ein Silikat von der Formel R⁴Si^cO^{1 0} zer- legen in:

R²0 - f R²0³ + Si⁶0^{1 2} = R⁴S i⁶0^{1 6}.

Darin ist das Sauerstofiverhältnis der ersten beiden Komponenten und der dritten Si⁶0^{1 2}-Ivomponente wie 4 : 12 oder 1 : 3, weshalb derartige Silikate T r i s i l i k a t e heißen (Beispiel: Orthoklas K2A l2S i601 6

= K²0 + A1²0³ + 6 S i 0²) .

Es gibt auch T e t r a s i l i k a t e , in denen das Sauerstoflverhält- nis 4 : 16 oder 1 : 4 ist.

Die Silikate können w a s s e r h a l t i g oder w a s s e r f r e i sein.

Erstere geben entweder bei bereits mäßigem Erhitzen ihr Wasser ab in Gestalt des K r i s t a l l w a s s e r s . Das gilt für die meisten Zeo- lithe (vgl. S. 15). Oder sie verlieren ihr Wasser erst bei sehr starkem Glühen, dann spricht man von b a s i s c h e m oder K o n s t i t u t i o n s - w a s s e r und deutet damit an, daß bei derartigen Silikaten im Ge- gensatz zur ersten Gruppe (Zeolithe) das Wasser am Aufbau des Silikatmoleküls selbst beteiligt ist.

Die Mineralien der Silikate sind nur in ihren reinsten Formen einheitlich zusammengesetzt; die meisten enthalten kleinere und größere Mengen anderer Stoffe. Wichtig ist, daß sich verschiedene Elemente untereinander in den Silikaten vertreten können (z. B . K an Stelle von Na oder H, Ca an Stelle von Mg oder FeO, F e²0³ an Stelle von A1203 usw.), ohne daß die den betreffenden Mineralien

Die gesteinsbildenden Mineralien. 9

zugehörige Kristallform und ihre sonstigen Eigenschaften wesentlich geändert werden.

ß) Die w i c h t i g s t e n G r u p p e n d e r S i l i k a t e .

1. Kieselsäure Si0

. Diese kommt in der Natur vor als Q u a r z (hexagonal), T r i d y m i t (rhombisch) und O p a l (amorph). Von diesen dreien kommt der Tridymit für die Bodenbildung nicht in Frage.

Q u a r z kristallisiert in sechsseitigen Säulen mit aufgesetzten

Abb. 1. Q u a r z k r i s t a l l e . Original im Mim'ralog.-Gonlo«;. Institut der Techn. Hoch- schule Hannover. (1. FrcboU phot.

Rhomboedern, bricht muschlig und zeigt auf Bruchflächen fett- artigen Glanz, während die Kristallflächen Glasglanz aufweisen.

H = 7, D = 2,5—2,8

). Farbloser Quarz heißt B e r g k r i s t a l l (Abb. 1), weißer milchiger Quarz M i l c h q u a r z , bläulicher Quarz A m e t h y s t . Der Quarz kommt auch in dichten, mikrokristallinen Formen vor: 1. C h a l c e d o n (ebener bis flachmuschliger Bruch), 2. F e u e r s t e i n oder F l i n t (leicht in scharfkantige Stücke zu zer- sprengen. Waffen der Steinzeit) (Abb. 2), 3. J a s p i s (undurch- sichtig und durch Fe

0

rot oder braun gefärbt), 4. K i e s e l s c h i e f e r (meist durch Kohlenstoff schwarz gefärbt).

!) H = H ä r t e , D = D i c h t e .

10 Der Stoff der Erdrinde.

O p a l ist die wasserhaltige amorphe Form der Kieselsäure und findet sich vorwiegend in den Hohlräumen vulkanischer Gesteine, z. B. Basalt.

Quarz wird durch C0

-haltiges Wasser kaum, durch Salzlösungen nur schwer an- gegriffen. Etwas leichter zersetzbar sind die dichten Abarten, Chalcedon, Feuerstein, Jaspis und Kieselschiefer. Der Verwitte- rungsprozeß läßt den Quarz meist chemisch unverändert; er zerspringt aber leicht in scharfeckige Bruchstücke.

2. Feldspäte. Die beiden Hauptarten sind: a) O r t h o k l a s oder K a l i f e l d s p a t KAlSi

0

(Abb. 3) und b) P l a g i o k l a s oder K a l k n a t r o n f e l d s p a t (Abb. 4), der als isomorphe Mischung der beiden End- glieder A l b i t oder N a t r o n f e l d s p a t NaAlSi

0

und A n o r t h i t oder K a l k - f e l d s p a t CaAl

Si

O

anzusehen ist. Der- artige Mischungen von verschiedenen Men- gen der beiden Endglieder sind in folgender Tabelle zusammen- gestellt :

T a b e l l e .

Abb. 2. F e u c r s t e i n w e r k - zeug (Faustkeil) der Älteren

Steinzeit. Charakteristisch sind die muschelförmigen Aus-

brüche. Nach II. Hahne.

Plagioklas Mischungsverhältnis SiO.-Gehalt

Albit Oligoklas . Andes in . Labrador.

B y t o w n i t Anorthit .

NaAlSi3Os = A b 68

/O

A b4A n ! 6 i

/o

o/ 1

o_{lO '} ° j oder

A b , A n ! 55

o/ 1

o_{lO '} ° j intermediärer A b , A n4

CaAl2Si208 = An rf- 00

0' O' /0 (

/O ) basischer

O r t h o k l a s kristallisiert monoklin und ist in zwei aufeinander senk- rechten Richtungen leicht spaltbar, hat Glasglanz und ist meist rötlichweiß bis fleischrot gefärbt. H = 6, D = 2,53—2,58. P l a g i o - k l a s kristallisiert in allen Unterarten triklin und neigt sehr zur Bildung von Zwillingen.

Über die V e r w i t t e r u n g d e r F e l d s p ä t e ist folgendes an- zumerken:

a) O r t h o k l a s . Durch die Verwitterung verlieren die in den

Die gesteinsbildenden Mineralien. 11 Gesteinen vorhandenen Orthoklase ihren Glanz, sie werden matt und färben sich durch ausgeschiedenes F e²0³ rötlich oder bräun- lich. Schließlich gehen sie in toniges Material, die reinsten in K a o l i n durch Wasseraufnahme, über.

b) P l a g i o k l a s . Plagioklase verwittern zu Mineralien der Kaolingruppe. Ca-reiche Arten verwittern rascher als Na-reiche.

Na und Ca werden fortgeführt, letzteres auch als Karbonat im Ge-

Alili. ö. O r t h o k l a s k r i s t a l l o . Original im Mineralog.-Gpolog. Institut der Teclm. Hoch- schule Hannover. G. Frcbold phot.

stein abgeschieden. Bemerkenswert ist bei den Plagioklasen die große Neigung zur B i l d u n g von Z e o l i t h e n durch Zersetzung (Wasseraufnahme, vgl. S. 15).

3. Leuzit und Nephelin. Beide sind als Alkalitonerdesilikate den Feldspäten chemisch verwandt. Der L e u z i t , von der Zusam- mensetzung KAISi206, ist bis zur Temperatur von 560° pseudo- regulär, in Wirklichkeit rhombisch, darüber hinaus tatsächlich re- gulär. Er bricht muschlig, zeigt Glasglanz und ist weißlich, seltener gelblich oder rötlich gefärbt. H = 5,5—6, D = 2,45—2,50. Der N e p h e l i n oder E l ü o l i t h hat die Zusammensetzung NaAlSi04 und kristallisiert hexagonal. Er bricht muschlig, hat auf Kristallflächen Glasglanz, auf Bruchflächen Fettglanz und ist meist farblos, kann jedoch auch weiß, lichtgrau, gelblich oder rötlich sein. H = 5—6,

D = 2 , 6 3 - 2 , 6 4 .