Soil erosion

a) Winderosion und Bodenbearbeitung

b) Führt zu hohen Bodenverlusten in kurzer Zeit (Stunden).

c) Verursacht langsame, aber kontinuierliche Verluste über längere Zeit (Tage).

d) Verlust von Fruchtbarkeit, organischer Substanz & Wasserhaltevermögen.

e) Direktsaat, Zwischenfrüchte, Windschutzstreifen, reduzierte Bodenbearbeitung.

a) Eine Reihe verheerender Staubstürme in den 1930er Jahren, die große Flächen der USA verwüsteten.

b)

• Intensive Prairiebewirtschaftung (v. a. Weizenanbau)

• Entfernung tiefwurzelnder Präriegräser → Verlust des Bodenschutzes

• Schwere Dürren in den 1930ern

c)

• Massiver Verlust von Oberboden durch Winderosion

• Landwirtschaftliche Flächen wurden unbrauchbar

• Wirtschaftliche und gesellschaftliche Krise (Staubstürme, „Okie“-Migration)

d) Ihre Tiefwurzelung stabilisierte den Boden und schützte ihn vor Erosion.

a)

• Abholzung von 98 % der Wälder (v. a. zur Brennholzgewinnung)

• Überweidung und jahrzehntelange Nutzung

• Fehlende Vegetation → kein Schutz vor Erosion

b)

• Verlust der fruchtbaren Oberböden

• Irreversible Schädigung von bis zu einem Drittel der Landfläche Haitis

• Schon normale Regenfälle führen zu Überschwemmungen, da nichts das Wasser zurückhält

• Rückgang der Ernteerträge → Mangelernährung

c) Er schützt vor Hochwasser, speichert Wasser, ermöglicht Nahrungsproduktion und ist Lebensgrundlage.

a) Veränderung des Boden-Gesundheitszustands, wodurch die Fähigkeit des Ökosystems sinkt, Güter und Dienstleistungen für seine Nutznießer bereitzustellen.

b) Sein Zustand ist so beeinträchtigt, dass er nicht mehr die üblichen Funktionen und Leistungen im jeweiligen Ökosystem erbringen kann.

c)

• Nährstoffbereitstellung

• Wasserfilterung & -speicherung

• Kohlenstoffspeicherung

• Habitatfunktion

• Grundlage für Pflanzenwachstum

a) Industrie & Verkehr, Landnutzung, Klima (z. B. Schadstoffeintrag über Regen).

b)

• Versiegelung (Sealing): Blockade wichtiger Bodenfunktionen → Bodenzerstörung

• Zerstörung von Humus: Strukturänderung → Bodenfruchtbarkeit sinkt

• Bodenerosion: Verlust von Oberboden durch Wind & Wasser

• Verdichtung (Compaction): Weniger Porenraum → gestörte Wasser- & Luftzirkulation

• Versauerung (Acidification): Schadstoffeintrag → Veränderung der Bodenchemie

• Akkumulation/ Kontamination: Eintrag von Pestiziden, Herbiziden, Schwermetallen

• Freisetzung toxischer Stoffe: Belasst Bodenorganismen → Bodenzerstörung

c) Atmosphärische Deposition (Regen), Düngemittel, Klärschlamm, Pflanzenschutzmittel, industrielle Emissionen, Abbau (z. B. Kiesgewinnung).

d)

• Zerstörung biologischer Vielfalt im Boden

• Verlust von Bodenfunktionen

• Verringerte Fruchtbarkeit

• Beeinträchtigung der Wasserqualität

a)

• Überweidung (Overgrazing) – 34 %

• Abholzung (Deforestation) – 30 %

• Ackerbau (Cropland agriculture) – 28 %

b)

• Sonstige Übernutzung (Other overexploitation): 7 %

• Industrialisierung: 1 %

c)

• Überweidung: Vegetationsverlust → Boden bleibt ungeschützt

• Deforestation: Wurzelnetzwerk verschwindet → Erosion steigt

• Ackerbau: Intensive Nutzung → Humusabbau & Strukturverlust

a)

• Bodenbiodiversitätsrückgang (Soil biodiversity decline)

• Versiegelung (Sealing)

• Erosion

• Humusabbau (Organic matter decline)

• Versalzung (Salinisation)

• Kontamination

• Verdichtung (Compaction)

• Erdrutsche (Landslides)

b) Erosion, da sie den Oberboden – die wichtigste bodenbildende Schicht – unwiederbringlich entfernt.

c)

• Verlust von Bodenfruchtbarkeit

• Verringerter Wasserspeicherung

• Rückgang biologischer Aktivität

• Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums

• Störung ökologischer Kreisläufe

a) Abtrag von Bodenmaterial von einem Ort (Detachment) und Transport dieses Materials durch Wind oder Wasser.

b) Die Ablagerung des erodierten Materials an einem neuen Ort.

c) Ja, natürliche Erosion und Deposition können fruchtbaren Boden aufbauen (z. B. Lössböden).

d) Wenn sie durch menschliche Aktivitäten beschleunigt wird → z. B. durch Abholzung, intensive Landwirtschaft, fehlende Vegetationsdeckung → schädlich für die Landwirtschaft.

a) Je nach Hanglage kommt es zu unterschiedlichem Bodenabtrag bzw. -auftrag.

b)

• Die rote Linie zeigt die ursprüngliche Bodenoberfläche

• die graue Linie die heutige durch Erosion veränderte Oberfläche.

a) Die Erosion steigt bei zunehmendem Niederschlag bis zu einem Maximum (ca. 40–50 cm/Jahr) und nimmt danach wieder ab.

b) semi-aride, semi-humide und tropische Monsungebiete ➡️ Dort ist genug Regen für Erosionsprozesse vorhanden, aber häufig keine ausreichende Vegetation zur Stabilisierung.

c)

• Natürliche Vegetation schützt den Boden.

• Wird sie z. B. durch Pflügen entfernt, steigt die Erosion deutlich (gestrichelte Linie im Bild).

d)

• Wüsten (sehr trocken): kaum Niederschlag → wenig Erosionskraft

• Wälder (sehr feucht): starke Vegetationsdeckung → Schutz vor Erosion

a)

• Potentielle Energie (PE = m · h · g

• Je höher das Wasser liegt (z. B. am Hang), desto mehr potentielle Energie besitzt es.

b) Die potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt (KE = ½ · m · v²) → das Wasser beschleunigt.

c) Je schneller das Wasser fließt, desto mehr Erosionskraft besitzt es → stärkerer Bodenabtrag.

d) An steilen Hangabschnitten (viel Höhenverlust → hohe Energieumwandlung)

a) Ablösung von Bodenpartikeln durch äußere Kräfte (z. B. Regen, Wind), bevor sie transportiert werden.

b)

• Größe der Regentropfen: Große Tropfen haben mehr Energie → stärkere Bodenablösung.

• Aggregatstabilität: Stabile Bodenaggregate (z. B. durch Humus) verhindern Ablösung.

• Schnelles Wiederbefeuchten trockener Böden: Führt zu Strukturzerfall → erhöhte Erosionsanfälligkeit.

c) Detachment ist der erste Schritt der Erosion, gefolgt von Transport und Deposition.

a)

1. Größe der Regentropfen

2. Schnelles Wiederbefeuchten trockener Böden

b) Trockener Boden nimmt Wasser schnell auf → Bodenaggregate platzen → Strukturzerfall → höhere Erosionsanfälligkeit.

a) Erosionsprozess, bei dem Regentropfen auf die Bodenoberfläche treffen und Bodenpartikel lösen und wegschleudern.

b) Nimmt ab, wenn der Boden mehr Ton und organische Substanz enthält → Boden wird stabiler.

c) Sinkt exponentiell, wenn die Schubfestigkeit des Oberbodens steigt.

a) Zusammenlagerungen von Bodenpartikeln, stabilisiert durch organische Substanzen, Wurzeln, Pilze (z. B. Mykorrhiza) und Mikroorganismen.

b)

• Organische Substanz

• Pilze und Mikroorganismen

• Mykorrhiza

• Pflanzenwurzeln

• Polysaccharide & Bindemittel im Boden

c)

• Erhöhte Erosionsresistenz

• Bessere Wasser- & Luftführung im Boden

• Höhere Bodenfruchtbarkeit

• Schutz organischer Substanz → Beitrag zum Kohlenstoffspeicher

a) Bodenaggregate können durch plötzliche Wassereinwirkung „explodieren“ (Luftsprengung), was die Aggregatstruktur zerstört und die Erosion fördert.

b) Weil die Bodenaggregate durch Druckaufbau von eingeschlossener Luft physisch aufbrechen → Partikel werden leichter abgelöst (Detachment).

a)

1. Detaching agents (Ablösende Kräfte)

• Rainsplash (Regentropfen)

• Verwitterung

• Bodenbearbeitung (Tillage)

• Trittbelastung (Menschen & Vieh)

2. Transporting agents (Transportierende Kräfte)

• Rainsplash

• Oberflächenabfluss (overland flow)

• Wind

• Rillenerosion, Graben- und Flusserosion

b)

a) Bei Starkregen, wenn die Speicherkapazität des Bodens überschritten wird (Depressionsspeicherung oder Bodenfeuchte).

b) Als turbulenter oder laminare Abfluss ohne ausgeprägte Rinnen → flächenhafter Abfluss.

c)

• Hangflächen → sandiger (feine Partikel werden abgetragen)

• Ablagerungsbereiche → tonreicher

• Deposition erfolgt selektiv: zuerst grobe Partikel (z. B. Sand), dann feinere (Ton)

d) Vegetation! Sie reduziert Abflussgeschwindigkeit und schützt den Boden.

a) Flächen- oder Schichterosion bezeichnet die gleichmäßige Abtragung einer dünnen Bodenschicht über eine größere Fläche, ohne Bildung von Rinnen.

b) Wenn Niederschlagsintensität > Infiltrationsrate des Bodens → Wasser fließt oberflächlich ab.

c)

• Vegetation teilweise weggeschwemmt

• gleichmäßig erodierte Bodenoberfläche

• braun/schlammig gefärbtes Abflusswasser

• keine ausgeprägten Rinnen (anders als bei Rillenerosion)

d)

• Verlust des fruchtbaren Oberbodens (A-Horizont)

• Nährstoffverlust

• verringerte Bodenfruchtbarkeit

• Risiko für weitere Erosionsformen steigt

a) Lineare Erosionsform, bei der sich schmale, aber deutlich erkennbare Abflussrinnen im Boden bilden. Tiefe oft 10–30 cm.

b) Wenn Sheet Erosion (Flächenerosion) weiter fortschreitet und sich das abfließende Wasser konzentriert in kleinen Kanälen bewegt.

c)

• Sichtbare Rinnen im Acker oder Hang

• Erosionsspuren, die sich nach Regen bilden

• Vegetation oft weggeschwemmt

• Auf Hügeln oder Ackerflächen besonders ausgeprägt

d)

• Entfernt fruchtbaren Oberboden

• Kann sich bei Wiederholungsereignissen zu Gully-Erosion (Tiefenerosion) weiterentwickeln

• Erschwert landwirtschaftliche Nutzung (z. B. Bearbeitung mit Maschinen)

a) Tiefenerosion, bei der sich tiefe und breite Gräben im Boden bilden – oft nicht mehr durch normale landwirtschaftliche Maschinen überfahrbar.

b) Sie entwickelt sich aus Rillenerosion, wenn wiederholte Wasserabflüsse die kleinen Rinnen weiter vertiefen und verbreitern.

c)

• Tiefe Erosionsgräben (oft >30 cm, teils mehrere Meter)

• Schnelle Ausbreitung an Hängen

• Vegetationsverlust und instabile Böschungen

• Zerstörung landwirtschaftlicher Flächen

• Kann Landschaft langfristig unbrauchbar machen

d)

• Sehr schwer rückgängig zu machen

• Hoher Bodenverlust in kurzer Zeit

• Kann Infrastruktur (z. B. Wege, Felder) zerstören

• Erosion schreitet oft weiter fort (retrogressive Erosion)

a) Sie können kontinuierlich (durchgehend) oder diskontinuierlich (abschnittsweise) auftreten.

b) Gully-Systeme können sich zu „Badlands“ weiterentwickeln, also stark erodierte, vegetationsarme Landschaftsformen.

a) Seitliche (laterale) Bewegung von Wasser hangabwärts im Boden, unterhalb der Oberfläche.

b)

• In Tunneln oder unterirdischen Röhren (subsurface pipes) → z. B. durch Tiergänge, Wurzeln, Verrohrung oder Bodenstrukturen.

• Durch die Bodenporen (pore spaces) → Wasser bewegt sich je nach Porengröße, Bodentextur und Hangneigung.

c)

• Kann Erosion von innen heraus fördern, z. B. durch Unterspülung (pipe erosion).

• Spielt wichtige Rolle bei Hangstabilität und Wasserverfügbarkeit für Pflanzen.

• Unterstützt lateralen Wassertransport → kann zu Hangrutschungen beitragen.

a) Durch den Einsturz unterirdischer Wasserfließwege (subsurface flow).

b)

• Erosion erfolgt „von innen nach außen“

• Kann plötzlich auftreten

• Stabilität des Hangs gefährdet

• Entwicklung zu großem Gully-System möglich

a) Erosionsprozess, bei dem Wasser unterirdische Tunnel bildet. Diese kollabieren später und führen zu Sinklöchern und letztlich zu Gully Erosion.

b)

a) Die Erosion entwickelt sich von oberflächlicher Ablösung hin zu tieferen und stärker konzentrierten Abtragungsformen.

b)

c)

• Verlust des Oberbodens

• Abnahme der Bodenfruchtbarkeit

• Bildung von Rillen und Gräben

• Reduzierte Infiltration

a)

b)

c)

1. Splash-Effekt → Abtrennen von Partikeln

2. Oberflächenabfluss → Aufnahme & Transport

3. Bei abnehmender Energie → Sedimentation

• Erosivity (Erosivität)

• Erodibility (Erodierbarkeit)

• Effects of slope

• Effects of plant cover

a) Sie beschreibt das Erosionspotenzial eines Regenereignisses, basierend auf:

• Ablösekraft der Regentropfen (detaching power)

• Beitrag des Regens zum Oberflächenabfluss

b)

c)

a) Erodierbarkeit beschreibt den Widerstand des Bodens gegen Ablösung (Detachment) und Transport durch Erosionsprozesse.

b)

c)

• > 40 % Schluff (silt)

• 9–30 % Ton (clay)

• Mineralien mit geringer Widerstandskraft gegen Quellung (z. B. Vermiculit, Smektit)

• < 2 % organischen Kohlenstoff

a)

b)

a) Mindestens 70 % Bodenbedeckung sind notwendig, um einen angemessenen Erosionsschutz zu gewährleisten.

b)

• Reduziert die Erosivität des Abflusses

• Waldschutz mindert Massenbewegungen (z. B. Hangrutschungen)

• Pflanzenreste (Litter) dämpfen Energie der Regentropfen

• Mulchschicht → höchste Schutzwirkung (siehe Grafik)

a)

b)

a) Mit einem Erosion Pin (Erosionsmessstab) – eine Low-Tech, aber effektive Methode.

b)

c) Depth gauge (Tiefenmesser) kann verwendet werden, um die genaue Differenz zwischen ursprünglicher und aktueller Oberfläche zu bestimmen.

Durch Testflächen (Messparzellen), auf denen Niederschlag und Abfluss kontrolliert erfasst und analysiert werden.

a)

• Regen (Tropfenmasse/-größe, kinetische Energie, Menge, Intensität)

• Boden (Aggregatstabilität, Erodibilität, Infiltration, Struktur & Chemie)

• Wind (Eigenschaften, Messfehler)

b)

• Messungen (v. a. Drop Size Distribution & zeitliche Verteilung)

• Bodenproben (Feuchte, Struktur)

• Rückgewinnung von Bodenmaterial

• Windgeschwindigkeit & -richtung

c)

• Feld- oder Laborbedingungen

• natürlicher oder simulierter Regen

• gestörte oder ungestörte Bodenproben

• angepasste Raum- & Zeit-Skalen

• unterschiedliche Messgeräte & DSD-Bestimmung

d)

• Vegetation & Bodenfauna

• Bodenbedeckung (≥70 %)

• Mulch

• Terrassierung

• angepasste Bodenbearbeitung

• Hangneigung/-struktur

• Auswirkungen von Feuer

e) Es bestehen Forschungs- und Wissenslücken bezüglich der Splash-Erosion, insbesondere in Bezug auf Messmethoden, Bodenbedingungen, Niederschlagsvariabilität und Prozessverständnis.

a) Bei der Winderosion werden Bodenpartikel durch drei Hauptmechanismen transportiert:

• Suspension: Feine Partikel werden dauerhaft in der Luft gehalten.

• Saltation: Partikel hüpfen in kurzen Sprüngen über den Boden.

• Oberflächenkriechen (Surface creep): Gröbere Partikel rollen oder schleifen über die Oberfläche.

b)

• Besonders betroffen sind feine bis mittlere Sandfraktionen (0,1–0,15 mm).

• Der Transport kann in wechselnden Richtungen erfolgen.

• Insgesamt ist die Winderosion im Vergleich zur Wassererosion meist weniger bedeutend, obwohl ähnliche Bodenverluste möglich sind.