Scharpenseel et al. 2002

Scharpenseel, H.-W., Pfeiffer, E.-M., Becker-Heidmann, P. (2002): Alter der Humusstoffe. – In: Blume, H.-P., Felix-Henningsen, P., Fischer, W. R., Frede, H.-G., Guggenberger, G., Horn, R., Stahr, K. (Hg.): Handbuch der Bodenkunde, S. 2.2.3.5,1–17. Wiley-VCH, Weinheim

Abstract:

Terrestrischer Bodenhumus hat sich gebildet seit im Phanerozoikum die Evolution der kontinentalen Vegetation erfolgte. Eine kontinuierliche Bodendecke/humose Pedosphäre besteht etwa seit dem Ende der permischen Vereisung. Das globale Bodenhumus- Kohlenstoffkompartiment hat mit etwa 1550 Pg C etwa die Größenordnung der wirtschaftlich zugänglichen, verfügbaren fossilen C-Vorräte (Öl + Gas + Kohle). Die etwa 1200 Pg C der sekundären Bodencarbonate (Calcrete, Calichen) sind in der Gesamtmenge abhängig von der durch Gesteinsverwitterung freigesetzten Ca- und Mg-Ionen und bestehen anteilig aus biotischem, meist respiratorischem CO2, wie 13C-Messungen erkennen lassen. 13C-NMR-Spektrometrie unterscheidet als vier Hauptgruppen des Bodenhumus organische Säuren, Aromaten, Aliphaten und Kohlenhydratbestandteile.
Ältester datierbarer Humus ist wohl der in den Wurzelböden im Übergang zum Oberkarbon. Fraktionierung der Humusstoffe geschieht in Bezug auf chemische Struktur und Verhalten im Boden traditionell in Fulvo-, Hymatomelan-, Huminsäuren (Braun- und Grau-), Humine und Humuskohle oder mit zunehmendem Interesse zur Erfassung funktioneller Kompartimente aufgrund unterschiedlicher C-Residenzzeiten in ,,Structural“, ,,Metabolit“, „Active“ und „Slow“-Fraktionen.
Für Altersbestimmungen an Böden bestehen neben stratigraphischen, palynologischen und dendrochronologischen Methoden vor allem die isotopentechnischen Verfahren der 14C-Datierung, sowie der 13C- und, bei Sekundärcarbonaten, der 18O-Messung. Als Meßmethode für die 14C-Datierung kommen die Radioaktivitätsmessung entweder als Gasmessung im Proportionalzählrohr oder als Benzolmessung im Flüssigkeits-Szintillations-Spektrometer sowie die Beschleuniger-Massen-Spektrometrie (AMS) zur Anwendung, welche besonders für kleine Proben große Vorzüge besitzt.
Die 14C-Alter vor Verjüngung geschützter Böden lassen sich als absolute mittlere Verweilzeit (AMVZ) des Bodenkohlenstoffs, alle anderen Daten dagegen nur als scheinbare mittlere Verweilzeit (SMVZ) deuten. Letztere sind eine bedeutende Hilfe bei der quantitativen C-Pool-, C-Quellen- und C-Senken-Ermittlung des globalen Kohlenstoffkreislaufs.
Die Verjüngungs-Problematik von Boden-14C-Daten wird diskutiert. Zusätzliche 13C-Messung ergibt meist eine Verbesserung der Interpretation der 14C-Daten. Beispiele für verschiedene Bodentypen in unterschiedlichen Klimaten werden dargestellt.
Von besonderer Bedeutung für den anaeroben Teil des C-Kreislaufs ist die 14C-Datierung atmosphärischen und pedogenen Methans für die Quellen- und Senken-Ermittlung in Feuchtgebieten und im Reisland, da Methan mit 500 Tg jährlicher Produktion, etwa 40 Tg a-1 Zunahme in der Atmosphäre und einer gegenüber CO2 30-fachen photochemischen Wirkung nach dem Kohlendioxid zweitwichtigstes Treibhauseffekt-Spurengas ist.
Aus dem Vorhandensein des durch atmosphärische Atombombenversuche in den 1950-er Jahren produzierten ,,Bomben-“ 14C in Bodenprofilen lassen sich bei schichtweiser Messung Eindringtiefe und C-Austausch erkennen. Sie sind stark von der Niederschlagshöhe und -verteilung und insbesondere von Textur und Struktur des Bodens abhängig.
Werden die bisher an Bodenprofilen ermittelten, generell mit der Tiefe zunehmenden 14C-Alter nach den Gruppen Spodo-, Molli-, Incepti-, Alfi-, Verti- und Oxisole zusammengefasst, ergeben sich recht unterschiedliche Anstiegsraten. Die Tiefenverläufe der 14CAlter liefern wesentliche Grunderkenntnisse zur Boden-, Standort und Klimageschichte, insbesondere bei (dünn)schichtweiser Beprobung sowie bei Kombination mit 13C-Messung, welche zusätzlich in der Vergangenheit erfolgte Änderungen der Vegetation erfasst (z.B. Wald mit C3-Pflanzen zu Grünland/Savanne mit C4-Pflanzen).

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