Erosie

(1960)–Willem Frederik Hermans– rechtenstatus

Hoofdstuk III De voorbereiding van het transport

Zodra ergens het gesteente binnen het bereik van de atmosferische lucht komt, neemt de verwering een aanvang. Men onderscheidt mechanische verwering en chemische verwering. Het woord ver-wering is beeldend, omdat het weer (beter: het klimaat) een belangrijke rol speelt bij het proces, maar het is aan de andere kant weinig precies. Verwering houdt in: uiteenvallen, omvorming en oplossing. Oplossing gaat bijna altijd onmiddellijk met transport gepaard. Opgeloste delen zijn de eerste die worden vervoerd. Daardoor is verwering ook moeilijk te scheiden van transport en hebben wij de algemene term erosie gebruikt.

Uiteenvallen, vergruizing

Het uiteenvallen is niet al onmiddellijk een gevolg van het blootgesteld worden aan de atmosfeer. De spanning waaronder het gesteente diep in de aardkorst staat en die er de kiemen van barsten en scheuren in aanbrengt, de drukontlasting (unloading) die naar boven toe plaats vindt, maken dat het gesteente al in de ondergrond begint uiteen te vallen.

Men heeft vroeger gedacht dat gesteenten uiteen konden vallen door de temperatuurverschillen tussen dag en nacht. Vanzelfsprekend zou deze vorm van verwering vooral in de woestijnen optreden waar deze temperatuurverschillen immers groot zijn: het gesteente overdag door verhitting uitgezet, krimpt snel in zodra de zon onder is, zó snel dat het soms met een knal uiteenbarst. Reizigers beweerden deze knallen te hebben gehoord. Inderdaad vindt men in de woestijn rotsblokken die prachtig in tweeën zijn gespleten. Maar nadere bestudering heeft twijfel gewekt aan het fenomeen. De barsten, kon men bewijzen, waren al duizenden jaren oud. En ook: als men stenen, met name graniet, in kokende olie werpt en vervolgens in smeltend ijs, barsten zij niet, hoewel zij dan aan veel grotere en veel snellere temperatuurswisselingen worden blootgesteld, dan ooit in de vrije natuur het geval is. De meeste gesteenten zijn elastisch genoeg om dit

te kunnen verdragen. In oudere leerboeken vindt men nog wel de term ‘insolatie puin’, waarmee bedoeld wordt puin ontstaan uitsluitend door uitzetting en inkrimping bij verwarming door de zon. Het is thans wel zeker dat zonnewarmte alleen zelden of nooit puin vormt.

Iets anders is dat ook in de droogste woestijn wel eens regen valt en bovendien de atmosfeer voldoende waterdamp bevat opdat kort voor het opgaan van de zon, als de atmosfeer op zijn koudst is, de waterdamp als dauw condenseert.

Reeds bij de vergruizing van het gesteente speelt daarom de mechanische verwering een rol. De veldspaat in graniet neemt watermoleculen op (hydratatie), vergroot daardoor zijn volume waardoor het hechte mineraalbouwsel uiteengedrukt wordt. De buitenste schaal van het rotsblok wordt te wijd en valt als een schil van de kern, langs een barst die door de drukontlasting al voorgevormd is. Dit is duidelijk te zien op foto's 7 en 8 a, b, c.

Exfoliatie

Onder omstandigheden van bepaalde vochtigheidsgraad en temperatuur, kunnen gesteenten ook in dunnere lagen afschilferen. Dit verschijnsel wordt exfoliatie genoemd. Door toetreden van water gevormde kleiën en carbonaten, die een groter volume hebben dan de oorspronkelijke mineralen, bewerken dat de te ruim geworden buitenste schil afspringt. Het fenomeen kan zich in korte tijd gaan voordoen. De foto 9 a stelt een grafsteen voor van ruim honderd jaar oud. Nog sterker, men heeft exfoliatie waargenomen in door de mens gegraven tunnels. De verwering van grafstenen, monumenten en gebouwen in steden is overigens geen maatstaf voor die in de natuur. De atmosfeer in steden heeft immers een hoog gehalte aan koolzuur en andere zuren (uitlaatgassen, rook), is daardoor agressiever.

Ook exfoliatie is wel ten onrechte uitsluitend aan de zonnewarmte toegeschreven. Dat het verschijnsel in tunnels is waargenomen, bewijst dat dit niet juist kan zijn.

In koude, vochtige gebieden, dringt water in barsten, spleten en haarscheuren. Het brengt chemische veranderingen teweeg en lost zouten

op. Bij uitdroging kristalliseren de zouten uit en oefenen druk uit op de wanden van de barst.

Sommige gesteenten, zoals kleiën, vormen een dikke brij met water, een grotendeels colloïdale oplossing. Wanneer deze uitdroogt ontstaan er krimpscheuren in de klei, de massa lijkt te bestaan uit zuilen. Colloïdale oplossingen van kleideeltjes zijn soms irreversibel, d.w.z. dat bij hernieuwde bevochtiging de deeltjes niet opnieuw in colloïdale oplossing gaan. De krimpscheuren zullen dus niet dichttrekken, maar integendeel wijder worden door. het erinsijpelende, eroderende water (Badlanderosie). Die zuilen waarop toevallig een of andere bescherming aanwezig is, bijvoorbeeld een steen die er als een dak op ligt, zullen langer standhouden dan andere. Op deze wijze zijn gehele landschappen met aardpiramiden ontstaan. Overigens kunnen door de afspoeling aardpiramiden ook in andere losse materialen worden gevormd en aanwezigheid van een steen als dak schijnt niet noodzakelijk te zijn. Zeer bekend zijn de aardpiramiden bij Bolzano.

De verwering in periglaciale gebieden noemden wij al. Deze soort van verwering is mechanische verwering bij uitstek, want hoewel er als de temperatuur even boven het vriespunt komt, veel water is, wordt chemische verwering praktisch tot stilstand gebracht juist door deze lage temperatuur. Organismen die in andere klimaten de verwering op verschillende wijzen sterk kunnen bevorderen, zijn om dezelfde reden zo goed als afwezig. Het is dus in hoofdzaak het in het gesteente dringende water, dat bevriest en uitzet, waardoor de vaste rots wordt afgebroken. De Duitsers noemen dit Spaltenfrost. Het puin is hoekig, weinig afgerond.

Chemische verwering

Het meest omvangrijk is ongetwijfeld de chemische verwering. Zij treedt meestal op in samenwerking met mechanische verwering en organogene verwering, verwering die onder invloed van microorganismen, planten en dieren tot stand komt. Chemische verwering maakt ook gebruik van stoffen (zuren en basen) die door organismen worden geleverd.

Het is gemakkelijker de chemische processen aan te duiden dan

deze op de voet te volgen. Een mineraal dat chemisch verweert, doorloopt vele tussenstadia voor bepaalde eindprodukten zijn gevormd. Ook is de studie van sommige eindprodukten (de kleimineralen) pas in de laatste decennia behoorlijk gevorderd, dank zij de invoering van de Röntgenanalyse.

Chemische processen bij de verwering zijn:

Oplossing

Onder oplossing verstaan wij oplossing in water zonder dat er chemische veranderingen plaatsgrijpen. De meeste mineralen, uitgezonderd steenzout e.d., zijn zo goed als onoplosbaar in zuiver water.

Oplossing van kalksteen vindt pas plaats als het water koolzuur en andere, door organismen voortgebrachte zuren bevat.

Hydratatie

De mineralen nemen watermoleculen op, vergroten daardoor hun omvang, waardoor het vaste verband in het gesteente verloren kan gaan.

Hydrolyse

Oplossing die gepaard gaat met vorming van secundaire produkten. De meeste silicaten vallen hieraan vroeg of laat ten offer.

Veldspaten, glimmers, enz. splitsen zich zodoende in een aantal tussenprodukten die zich op den duur weer in oxiden, al of niet aan water gebonden splitsen, in het bijzonder hydroxiden van Aluminium en IJzer.

Verliezen deze hun water, dan spreekt men van dehydratie. Dehydratie treedt vooral op in sommige tropische bodems en leidt tot opeenhopingen van min of meer zuivere oxiden van ijzer en aluminium, die soms als ertsen geëxploiteerd kunnen worden. (IJzer: lateriet. Aluminium: Bauxiet.)

Schematisch kan men de overgang van een algemeen verbreid silicaat, b.v. Orthoklaas in andere verbindingen als volgt weergeven:

(Orthokl.)	(water)		kaliloog
KAlSi₃O₈	+ H₂O	→	KOH + HAlSi₃O₈
HAlSi₃O₈	+ H₂O	→	H₃AlSi₃O₉
H₃AlSi₃O₉	+ H₂O	→	H₃AlSi₂O₇ + H₂SiO₃
H₃AlSi₂O₇	+ H₂O	→	H₃AlSiO₅ + H₂SiO₃
H₂SiO₃		→	H₂O + SiO₂
kiezelzuur

KOH (Kaliumhydroxide, zeer oplosbaar) wordt grotendeels uitgespoeld, evenals het kiezelzuur H₂SiO₃.

Maar een deel van de KOH reageert met de Aluminiumsilicaten en een deel van het kiezelzuur verliest water en gaat over in SiO₂, silidioxide, die achterblijft.

Wat schematisch gedemonstreerd is voor de aluminiumsilicaten geldt ook voor ijzersilicaten als het mineraal waar we van uitgaan ijzer bevat. Deze kunnen dan (zie het boven gezegde over lateriet en bauxiet) nog verder ontleden tot Fe(OH)₃ resp. Al(OH)₃ en Fe₂O₃ resp. Al₂O₃.

Ook kleimineralen ontstaan langs deze weg. Zo kan, afhankelijk van de zuurgraad, Al₂O₃ met SiO₂ en water zich binden tot het kleimineraal kaoliniet (bij lage pH) of tot montmorilloniet (bij hoge pH, dus in basisch milieu).

Carbonatisering

Veel silicaten bevatten Calcium. Bij hydrolyse van een dergelijk silicaat zal dus, analoog aan de bovenstaande reacties geen KOH ontstaan, maar Ca(OH)₂. Dit Ca(OH)₂, calciumhydroxide, kan reageren met koolzuur uit de bodematmosfeer of koolzuur dat in het bodemwater is opgelost.

Ca(OH)₂ + CO₂ ⇄ CaCO₃ + H₂O

Zodoende wordt CaCO₃, calciumcarbonaat gevormd. Naar gelang van het koolzuurgehalte van het water, blijft dit opgelost, of het slaat neer en vormt korsten of knollen in de ondergrond. Andere metalen, in de eerste plaats Magnesium geven tot soortgelijke vormingen aanleiding, op dezelfde manier. Carbonatisatie treedt het meest op in gebieden met hoge regenval. Tot neerslaan in de onder-

grond komt het, door de overvloed aan water, in voldoend vochtige gebieden meestal niet, maar eerder in droge.

N.B. Wat wij in het dagelijks leven kalk noemen kan zijn: CaO (ongebluste kalk) CaCO₃ (kalksteen, schelpen, marmer, blauwe stoepsteen, calciet of kalkspaat, Limburgs krijt enz.). Metselkalk Ca(OH)₂ wordt aan de buitenlucht hard en onoplosbaar door herzelfde carbonatiseringsproces.

Oxidatie en reductie

Bij de ontleding van vele mineralen komen ijzer en mangaan vrij in de vorm van oxiden. Deze oxiden kunnen met water hydroxiden vormen.

IJzer en mangaan zijn beide elementen die meer dan een valentie bezitten. Zo kan Mangaan voorkomen als MnO₂, als Mn₃O₄; IJzer als FeO, Fe₂O₃ en Fe₃O₄. Al deze oxiden kunnen verschillende hydroxiden vormen.

De ijzer- en mangaanverbindingen komen voor als korsten of knollen en als rode, bruine en dieppaarse huidjes rondom stenen of ook als alleen maar vlekken in het profiel. Klimaat, plaatselijke omstandigheden en organismen bepalen of het verbindingen zijn met veel zuurstof of weinig zuurstof. Verandering van deze omstandigheden, b.v. schommelingen in het peil van het grondwater kunnen deze verbindingen verder oxideren, dan wel zuurstof doen afstaan (reduceren).

Humeuze verwering

De verschillende verweringsprocessen en de chemische omvormingen kunnen, al naar de omstandigheden en de samenstelling van het moedergesteente tegelijkertijd of na elkaar optreden. Sommige processen (b.v. de oplossing van kalk) beginnen eerder dan andere (b.v. het uiteenvallen van de silicaten). Kleinere fragmenten worden eerder aangetast dan grote, enzovoorts.

Ook dienen niet al deze processen ter voorbereiding van het transport; zij kunnen eveneens een zekere consolidatie van het losgemaakte materiaal ten gevolge hebben.

Een van de belangrijkste, gedeeltelijk consoliderende uitwerkingen, kan de bodemvorming zijn.

Het is niet eenvoudig een scheiding aan te brengen tussen bodemvorming en verwering.

Bijna altijd is bodemvorming beïnvloed door de vegetatie en planten vormen het merendeel van de materialen waaruit humus ontstaat.

Onder de naam humeuze verwering vat men wel samen de chemische verwering die gebruik maakt van produkten welke door het vergaan van organismen zijn voortgebracht (humuszuren, koolzuur, ammoniak, salpeterzuur, aminozuren, nitrieten en nitraten). Planten bevorderen niet alleen de bodemvorming, maar ook de verwering. Zij bevorderen bovendien de voorbereiding van het transport, doordat hun in spleten gedrongen wortels het gesteente loswrikken. Hetzelfde doen in de grond gravende dieren, zoals wormen en larven. Hogere dieren tenslotte kunnen het transport op gang brengen door de grond los te trappen en de vegetatie te vernietigen, want plantenwortels die gesteentefragmenten los kunnen wrikken, houden anderzijds het losse materiaal vast en behoeden het tegen verspoelen en verstuiven.

Groot is de invloed van klimaat, vooral van temperatuur en vochtigheid op verwering en bodemvorming, niet alleen onmiddellijk, maar ook doordat temperatuur en vochtigheid in hoge mate bepalend zijn voor de aard van het plantendek.

Structuur

De korrels waaruit een door verwering vergruisd gesteente of los sediment bestaat, kleven meestal min of meer aan elkaar, zij vormen kruimels, aggregaten. Deze aggregaten kunnen verschillende vormen aannemen, het kunnen ronde kruimels zijn of zuiltjes, blokjes, plaatjes.

Belangrijke eigenschappen van de bodem zijn afhankelijk van deze aggregaten, b.v. wateropname en het doorlaten van water, de doorluchting van de bodem, enz.

Aggregaten, kruimels, vormen zich dus doordat de korrels aan elkaar kleven. Het kleefmiddel wordt gevonden in de colloïdale delen van de bodem, dat zijn: de kleinste minerale fracties, de organische colloïden en ook de slijmachtige stoffen die door de micro-

organismen in de bodem worden afgescheiden. (Colloïde betekent: gelijkend op lijm - gr. ϰολλα).

Een bodem die ‘een slechte structuur’ heeft, is dikwijls compact. Een dergelijke bodem droogt gemakkelijk uit, is onherbergzaam voor de plantenwortels en bevat ook onvoldoende bodemlucht.

Structuurverval van de bodem is niet hetzelfde als erosie, maar dikwijls wordt erosie door structuurverval ingeleid.

Structuurverval kan optreden door de bodem uit te mergelen zonder voldoende mest te geven van de juiste samenstelling. Zodoende wordt de bodem uitgeput. Veel bodemerosie wordt door uitputting veroorzaakt.

Vooral toevoeging van organische mest (stalmest, compost, groenmest) is in staat de structuur te verbeteren. De organische colloïden die bij het vergaan van planten en dierenresten gevormd worden (humus) en de slijmachtige stoffen van de micro-organismen, welke zich vanzelfsprekend niet in grote getale kunnen ophouden in een bodem waar zij geen voedingsbodem vinden, kitten de minerale korrels tot kruimels aaneen.

Een ongunstige structuur heeft ook een bodem die geen kleine minerale fracties bevat, een bodem dus die in hoofdzaak uit zand bestaat. In grove zanden vormen zich geen kruimels, omdat er geen of weinig minerale colloïdale bestanddelen zijn die de korrels aan elkaar kunnen binden.

Toch kunnen zandgronden vruchtbaar zijn en een goede structuur hebben. Daarvoor is het nodig dat zij rijk zijn aan organische colloïden (humus).

Colloïden

Het is misschien goed hier een kleine uitweiding over colloïden in te lassen. Een colloïdale oplossing is iets anders dan een gewone oplossing.

In niet-colloïdale oplossingen (b.v. van keukenzout of suiker) is de opgeloste stof verdeeld in deeltjes ter grootte van een molecuul of kleiner (ionen).

De deeltjes van een colloïdale oplossing zijn groter, nl. tussen 5 mμ en 1 μ (0,000005 mm-0,001 mm). Toch gedragen deze oplossingen

zich als andere oplossingen: bij lang staan van de oplossing zakken de opgeloste stoffen niet naar beneden; gieten wij de vloeistof door filtreerpapier, dan blijft er niets achter.

Anders is het wanneer we een electrolyt, d.w.z. een zuur, een zout of een base toevoegen. In dat geval kan de colloïdaal opgeloste stof neerslaan, wat men uitvlokken of coaguleren noemt. Vermindert men de concentratie van het electrolyt, dan kan het neerslag weer in oplossing gaan. Dit heet peptisatie.

Adsorbtiecomplex

De colloïdale deeltjes hebben een eigenschap die van buitengewoon groot belang is voor de plantengroei, te weten hun adsorbtievermogen.

Adsorbtie is het verschijnsel dat een stof zich vasthecht op het oppervlak van een andere stof. Hoe groter dat oppervlak is, des te meer adsorbtie zal er kunnen plaatsvinden. Het oppervlak van een bepaalde hoeveelheid materie wordt des te groter, naarmate de deeltjes kleiner zijn, zoals de volgende berekening illustreert. Een kubusje van 1 cm³ heeft een oppervlak van 6 cm². Snijd ik deze kubus klein tot kubusjes ter grootte van 1μ³, dan zal het totale oppervlak van deze kubusjes 60 vierkante meter bedragen!

Daardoor is dus het adsorbtie vermogen van colloïdale deeltjes zo groot.

In de bodem komen twee soorten colloïdale deeltjes voor:

a)	minerale deeltjes, de fractie < 2 μ, en wel vooral dàt gedeelte van deze fractie dat uit kleimineralen bestaat,

b)	humusdeeltjes.

Deze deeltjes tezamen genomen worden wel het adsorbtiecomplex genoemd.

Het adsorbtiecomplex in de bodem adsorbeert positieve ionen (kationen), o.m. H ionen, NH₄ ionen, K, Na, Ca, Mg enz. ionen, Deze zelfde ionen bestaan ook in het bodemvocht, ze zijn daarin gekomen uit de ontlede mineralen, uit kunstmest enz. Tussen de ionenconcentratie in het bodemvocht en die aan de colloïdale deeltjes

bestaat een evenwicht. Verstoor ik dit evenwicht door een of ander ion in overmaat toe te voegen, dan zal het evenwicht verlegd worden. Het adsorbtiecomplex zal een deel van de toegevoegde ionen tot zich nemen, maar daarvoor plaats moeten maken door andere ionen los te laten. Dit proces heet uitwisseling van basen.

ZURE BODEM met KALK geeft NEUTRALE BODEM

Fig. 3. Basenuitwisseling, schematisch. Wat gebeurt als ik aan een zure bodem een basisch hydroxide, bv. gebluste kalk toevoeg? De Calciumionen zullen de waterstofionen die aan het adsorbtiecomplex zitten vervangen. Ook de Aluminiumionen laten los en vormen met de OH-ionen Aluminiumhydroxide, dat onoplosbaar is. Wordt de bodem weer zuur, dan kan het Aluminiumhydroxide weer worden opgelost.

Het adsorbtiecomplex is dus een soort voorraadkamer voor ionen, waarvan er vele voor het leven van de plant onontbeerlijk zijn. De plant is namelijk in staat zich deze ionen te verschaffen door het koolzuur dat zijn wortels produceren. Dit koolzuurgas bindt zich met water tot H₂CO₃. H₂CO₃ splitst zich in kationen (H+-ionen)

en anionen (HCO₃- -ionen). De H+-ionen kunnen de plaats van de basen innemen op het adsorbtiecomplex en de basen komen dus ter beschikking.

Het koolzuur dat de wortels voortbrengen maakt dus op twee wijzen voedsel vrij voor de plant: 1) onmiddellijk uit de mineralen (organische verwering) en 2) uit het adsorbtiecomplex.

Zuurgraad

De begrippen zuurheid en alkaliniteit van bodems en gesteenten krijgen nu ook meer relief.

Water, H₂O kan zich splitsen in H+-ionen en OH- -ionen.

In zuiver water zullen er noodgedwongen evenveel H+-ionen als OH--ionen zijn. Verandert deze toestand, bijvoorbeeld door toevoeging van een zuur, dan blijken er méér H+-ionen dan OH--ionen te zijn. De oplossing is dan zuur, te zuurder naarmate er relatief meer H+-ionen dan OH--ionen zijn. Verschuift het evenwicht naar de andere kant, dan zijn er relatief meer OH--ionen dan H+-ionen en is de oplossing basisch.

Om redenen die men in ieder scheikundeboek vinden kan, zegt men: een neutrale oplossing heeft een pH₇.

Een zure oplossing heeft een pH van minder dan 7 (hoe zuurder, hoe lager pH), een basische oplossing heeft een pH van meer dan 7 (hoe basischer, hoe hoger de pH is). De pH's lopen van 1 tot 14.

In zuiver water is namelijk 1 per 10¹⁴ moleculen gesplitst. De concentratie van de H+-ionen is dus 1/10⁷, die van de OH--ionen eveneens 1/10⁷.

In elke oplossing, zo leert de wet van Guilberg en Waage, is het produkt van de ionenconcentraties constant. Dit produkt is dus voor water 1/10⁷ × 1/10⁷ = 1/10¹⁴. Zo vinden we dus de grootte van het produkt, dat, als gezegd, constant is. Neem aan dat de waterstofionenconcentratie groter is dan 1/10⁷, bijvoorbeeld 1/10⁵. (Let op: 1/10⁵ is méér dan 1/10⁷!) Men zegt dan: de pH is 5.

Wanneer een bodem zuur is, het bodemvocht een lage pH heeft, d.w.z. veel H+-ionen bevat, is dit voor de meeste planten zeer nadelig.

Immers, de H+-ionen maken basen vrij uit het adsorbtiecomplex.

Geschiedt dit vrijmaken van basen door het koolzuurgas dat de plantenwortels zelf voortbrengen, dan komen de basen geleidelijk ter beschikking van de plant, in harmonie met de stofwisseling van de plant. Maar als het bodemvocht al door andere oorzaak zuur is, worden er veel te veel basen uit het adsorbtiecomplex vrijgemaakt, die, zonder de plant van nut te zijn geweest, naar beneden wegsijpelen. Weldra is het adsorbtiecomplex uitgeput.

Maar er gebeurt nog meer. Het zure water zal de mineralen en hun ontledingsprodukten snel aantasten en oplossen. Ook deze voor de plant zo nuttige bestanddelen worden uitgeloogd. Alleen de meest weerstandskrachtige mineralen, vooral kwarts, blijven over. Deze weerstandskrachtige mineralen echter zijn juist daarom weerstandskrachtig omdat ze niet uiteenvallen, d.w.z. ze leveren ook geen voedingsstoffen aan de plant.

Door aan een zure bodem kalk toe te voegen, vervangt men de Aluminiumionen en (vooral) de Waterstofionen die aan het adsorbtiecomplex zitten, door Calciumionen. Zodoende wordt in de bodem een voorraad Calcium gevormd, die de plant van nut is.

Moedergesteente

Bodems ontstaan op een moedergesteente. Moedergesteente kan praktisch elk gesteente zijn.

Als het moedergesteente vaste rots is, moet het verbrokkeld, vergruisd worden voordat het bodemprofiel zich kan ontwikkelen.

Sommige moedergesteenten zijn al van huis uit los, b.v. vulkanische as, alluviale afzettingen (zanden, kleiën), windafzettingen (löss) enzovoorts.

Ook vaste gesteenten kunnen moedergesteente worden; stollingsgesteenten b.v., of metamorfe gesteenten, schisten, kwartsieten, of compacte afzettingsgesteenten zoals kalk en dolomiet.

Zonder vergruizing echter geen bodemvorming: en omdat bij de vergruizing de chemische verwering bijna altijd een grote rol speelt, en de chemische verwering haast altijd gebruik maakt van organische produkten, is bodemvorming dikwijls niet duidelijk van verwering te onderscheiden.

Behalve in glaciale gebieden en op enkele uiterst droge plaatsen

in de woestijnen, gaat verwering altijd hand in hand met bodemvorming. Ook micro-organismen kunnen al zoiets als een bodem vormen.

Wat is een bodem?

Het begrip ‘bodem’ is er een waar verschillende geleerden verschillende definities van geven. Toch is het niet zo moeilijk te zeggen wat een bodem is.

Een bodem is in elk geval het bovenste gedeelte van de aardkorst. De bovengrens van de bodem staat dus in contact met de buitenlucht. Er bestaan ook dieper gelegen bodems, maar dat zijn fossiele bodems, later door ander materiaal bedekt.

Een bodem kan dus in beginsel alles zijn: rots, gruis, zand of veen. Maar als het hierbij bleef, zou er geen aanleiding geweest zijn, een speciale wetenschap de bodemkunde, te gaan beoefenen.

In de tweede helft van de vorige eeuw ontdekte de Rus Dokoetsjajef dat dit bovenste gedeelte van de aardkorst op den duur een soort eigen leven gaat leiden, dat het dus nog wel iets meer is dan eenvoudig verweerd gesteente.

Men onderscheidt jonge bodems en oude bodems, onrijpe bodems en rijpe bodems. Kenmerkend voor een rijpe bodem is dat zich een soort fysisch, chemisch en biologisch evenwicht heeft ingesteld.

Kenmerkend voor veel bodems, in het bijzonder rijpe bodems is dat zij, vertikaal doorgesneden, lagen van verschillende kleur en verschillende hoedanigheden vertonen. Deze lagen noemt men horizons. Een horizon is iets anders dan wat men in de geologie een laag noemt. Als een laag grint ligt op een laag klei, heb ik twee verschillende lagen. Maar horizons ontwikkelen zich in een oorspronkelijk homogeen materiaal, het moedermateriaal.

Een bodem die zeer duidelijk in horizons valt te verdelen is de podsol-bodem.

Een podsolprofiel vertoont van boven naar beneden de volgende horizons: de A₀-horizon, de A₁-horizon, de A₂-horizon, de B-horizons en de C-horizon.

De A₀-horizon bestaat uitsluitend uit organische afval en ligt op de A₁-horizon. De A₁-horizon is donker gekleurd, de A₂-horizon is

Fig. 4. Bodemprofiel. Diepte tot aan D-horizon kan 1 à 2 meter bedragen. B-horizon op 30 à 50 cm diepte.

lichter gekleurd tot kleurloos, de B-horizon is weer donker gekleurd en de C-horizon is het moedergesteente waar de bodemvorming nog niet begonnen is.

Wij zullen zien waardoor deze horizons ontstaan zijn en dat hun verschillende kleur wijst op belangrijke onderlinge verschillen.

Op de A₀-laag ligt de strooisellaag (A₀₀). Dit strooisel bestaat uit afgevallen bladen en/of dennenaalden van de bomen ter plaatse.

Met afgevallen bladeren, dennenaalden, dode planten enz. kunnen drie dingen gebeuren: de gunstigste toestand is wanneer zij overgaan in humus binnen de tijd van een jaar, d.w.z. voordat in de herfst een nieuwe hoeveelheid strooisel valt. Onder humus verstaat men een zwarte stof, ontstaan uit het genoemde afval en ook voor een klein deel uit dierlijk afval. De oorspronkelijke grondstof is in humus niet meer te herkennen. Organisch afval bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen en eiwitten. Bij de humificatie worden deze langzaam verbrand tot koolzuur en water, terwijl zouten die voor de voeding van de organismen van belang zijn geweest, vrij komen en dus in de bodem opnieuw ter beschikking staan.

Humus gaat gemakkelijk in colloïdale oplossing. Het sijpelt met het regenwater naar beneden, wordt bovendien door dieren (vooral wormen) vervoerd en mengt zich met het verweerde gesteente. Zo ontstaat de zwarte A₀-laag.

Bij een podsolprofiel (podsolprofielen komen voor in natte klimaten) gaat dit benedenwaarts vervoer (uitloging) nog verder.

Vooral gebeurt dit, wanneer het organische afval niet binnen het jaar tot humus overgaat. Er verzamelt zich dan een dikke strooisellaag die de zuurstoftoevoer gedeeltelijk afsluit, zodat de verbranding onvollediger wordt. Er vormt zich dan geen humus, maar er ontstaan humuszuren. Deze hebben in combinatie met koolzuur een sterk uitlogende werking. De A₂-laag wordt zodoende ontdaan van humus, de mineralen erin worden ontleed. Dieper in de grond slaan deze meegevoerde produkten weer neer. Zij hopen zich op in de donkere B-horizon. De meegevoerde ijzeroxiden kunnen de B-laag verkitten tot een hard gesteente (IJzeroer, Ortstein), terwijl ook de kleimineralen (kaoliniet e.a.) deze laag compact maken en moeilijk doordringbaar voor water.

Onder de B-horizon vindt men de C-horizon, zijnde het verweerde gesteente dat nog geen deel neemt aan de bodemvorming.

De B-horizon is dus een illuviatie of aanrijkingshorizon, de A₂-horizon wordt uitgeloogd (eluviatiehorizon) en krijgt een grijze kleur, wordt daarom wel loodzand genoemd.

Als de omstandigheden zodanig zijn dat de afgevallen bladeren, dode planten enz. snel tot humus verteren, is de A₀-laag praktisch afwezig. De grond wordt goed doorlucht (vandaar de snelle humificatie) er worden geen humuszuren gevormd, de humus vormt een soort glazuurlaagje om de mineraalkorrels en bindt deze tezamen tot kruimels (kruimelstructuur). De A-laag wordt naar onderen toe lichter en gaat geleidelijk over in de C-horizon. De B-laag is afwezig.

Het tegenovergestelde gebeurt, wanneer het organische afval slechts zeer langzaam tot humus wordt. De A₀-horizon kan een enorme dikte bereiken (turfvorming), de koolstof uit de planten verbrandt zeer onvolkomen, zodat het koolstofgehalte relatief toeneemt: inkoling. Er is een te geringe zuurstoftoevoer, er vormen zich humuszuren die ertoe bijdragen dat de colloïdale humus in oplossing gaat (gedispergeerd wordt). De colloïdale kleideeltjes en de in colloïdale vorm uit de mineralen vrijgekomen IJzeroxiden en Aluminiumoxiden (sesquioxiden) gaan eveneens in oplossing. De minerale colloïden vallen uiteen in SiO₂, Fe(OH)₂ en Al(OH)₃. Deze hydroxiden tasten de fosfaten aan. Het adsorbtiecomplex verdwijnt, de genoemde stoffen en de stikstof-, alkali- en aardalkali-verbindingen zakken naar beneden en vlokken weer uit wanneer zij op een niveau gekomen zijn waar de bodem minder zuur is. Zo ontstaat de zeer compacte B-horizon.

Als een bodem zuur wordt, bijvoorbeeld ten gevolge van humuszuurvorming zoals bij het heidepodsolprofiel, of doordat het gesteente van huis uit zeer zuur is zoals op zanden die uitsluitend uit kwarts bestaan, of doordat het plantenafval (strooisel) zuur is (bijvoorbeeld dennenaalden), bevat het doorsijpelende water veel H+-ionen. Deze H+-ionen maken basen los uit het adsorbtiecomplex. Het adsorbtiecomplex raakt dus zijn voorraad aan nuttige stoffen op een nutteloze

wijze kwijt. Maar daar blijft het niet bij: ook het complex zelf kan vernietigd worden. Want het zuur kan de collïden waar het complex uit bestaat in oplossing doen gaan, zodat zij eveneens worden uitgespoeld.

Zure bodems zijn ongunstig voor de plantengroei. Op dergelijke zure bodems kunnen alleen planten standhouden die met weinig tevreden zijn, of wel planten die zeer diep wortelen en hun voedsel uit diepere lagen opnemen.

Het valt gemakkelijk te begrijpen dat het beschreven podsolprofiel geen goede voedingsbodem is voor de meeste planten. De A-horizon is te zuur, het adsorbtiecomplex is voor een groot deel verdwenen en voor zover aanwezig zitten er veel waterstofionen aan, waar de plant niets aan heeft, weinig basen, de mineralen zijn door het zuur ontleed, alleen zeer resistente mineralen die dus ook geen plantenvoedsel kunnen verschaffen, zijn overgebleven, het profiel heeft bovendien een harde B-horizon, waar wortels niet in kunnen doordringen en waarboven het water stagneert.

Dergelijke podsolprofielen komen voor in koude natte streken, op zuur gesteente (b.v. morainen), de begroeiing bestaat uit naaldbomen en lagere zuurminnende planten zoals paardestaarten en varens. Het podsolprofiel komt ook veel voor onder heide, vandaar de naam heidepodsol, voor dit extreme type.

Fig. 5. Gegeneraliseerde Wereldbodemkaart. (Naar Soils and Men)

Bodemgroepen

Het is niet onze bedoeling alle bodemtypen in de finesses te beschrijven. De voorafgegane beschouwing van de heidepodsol kan echter hopelijk een beter denkbeeld geven van wat een bodem is en wat hij voor de plantengroei betekent.

Echte podsols bestaan wel in Nederland, maar zij zijn niet bevormd in het klimaat dat er thans heerst. Ons huidige klimaat is eerder geschikt voor het tot standkomen van grijs-bruine podsols. Dit bodemtype ontstaat als de bladeren etc. snel en volledig tot humus vergaan, wat wijst op een goede doorluchting van de grond. De humus verspreidt zich door de A-horizon die niet bijzonder dik is, de uitgeloogde A₂-horizon is evenmin dik en gaat over in een bruine B-horizon die niet is verkit doordat immers het bovenliggende materiaal veel minder sterk wordt uitgeloogd.

De Nederlandse bodems zijn overigens merendeels in het geheel niet gepodsoliseerd. Het zijn jonge bodems, waarin de aard van het moedergesteente (klei, zand, veen) nog overheerst over het specifieke bodemkarakter.

Omdat het klimaat in vele gevallen de doorslaggevende factor is bij de bodemvorming, heeft men geprobeerd de bodems in te delen naar de klimaatzones waaronder zij zijn ontstaan.

Deze indeling is in wetenschappelijk opzicht aanvechtbaar, maar te gebruiken voor ons overzicht. Het klimaat is niet de enige bodemvormende factor. Een klimatologische indeling gaat alleen nauwkeurig op als de andere factoren, met name het moedergesteente, gelijk blijven.

Maar als moedergesteente en klimaat gelijk blijven, kan nog het relief verschil in bodem veroorzaken. Op de steilste gedeelten van een helling zal zich in het geheel geen bodem vormen, doordat het verweerde gesteente bijna onmiddellijk naar beneden valt. Ook het regenwater stroomt met maximale snelheid naar beneden. Is de helling iets minder steil, dan zal er ten eerste meer materiaal blijven liggen, en het regenwater, in plaats van volledig af te stromen, zal gedeeltelijk in het losse materiaal dringen en de bodemvormende processen in stand houden. Al naar de steilheid van de helling zal men dus een

reeks verschillende bodems naast elkaar kunnen aantreffen. Een dergelijke reeks noemt men een catena.

Tijd

Er zijn jonge, rijpe en oude bodems. Het stadium van rijpheid waarin een bodem verkeert, is niet (zoals de naam onwillekeurig zou doen denken) een kwestie van tijd alleen. Sommige bodems vormen zich in korte tijd, andere doen er langer over. Bepaalde klimaten, moedergesteenten, topografieën en begroeiingen bevorderen de bodemvorming, andere werken deze tegen. Verandering van vegetatie of wijziging in de grondwaterstand kan bestaande bodems vernietigen.

Maar toch is bodemvorming een proces waarmee tijd gemoeid is, als met alle natuurlijke processen en het stadium waarin het proces zich bevindt, hangt mede af van het aantal jaren dat het aan de gang is.

Deze tijd is, in vergelijking met de tijden waarmee de aardgeschiedenis rekent, gering, tenminste wanneer men afziet van de tijd die benodigd is voor het accumuleren van voldoende los gesteente, die naar gelang van de omstandigheden lang of kort kan zijn. Maar eigenlijke bodemvorming, het ontstaan dus van duidelijke horizons, kan onder gunstige omstandigheden in enkele honderden jaren plaatsvinden.

Enkele honderden jaren is niet veel in vergelijking met de tijd waarin een gebergte afgeslepen wordt tot een schiervlakte. Maar het is aanzienlijk langer dan een mensenleeftijd. Daarom komt het er voor de mens op aan de bodem niet aan erosie ten prooi te doen vallen. Bodemvorming kan het transport voorbereiden, maar deze voorbereiding komt - juist door de bodemvorming - niet onmiddellijk tot uitvoering.

Bodemvorming is dus eigenlijk een onderdeel van de grote slijtage waaraan onze planeet onderhevig is. Maar doordat bodemvorming aan de planten gelegenheid geeft wortel te schieten, doordat planten het losse materiaal vasthouden, de kracht van wind en regen breken en de hoeveelheid afstromend water verminderen, is bodemvorming ook een rustpauze in het grote slijtageproces.

Wij zullen zien hoe aan deze rustpozen een eind kan komen en hoe zij kunnen worden verlengd.

Zonale bodems

De klimaatselementen die de meeste invloed hebben op de bodem zijn a) neerslag, verdamping en vochtigheid, b) temperatuur en c) de wind.

Al deze factoren zijn niet alleen kwantitatief (sterkte, grootte enz.) van belang, maar ook de mate waarin zij over het jaar verdeeld voorkomen (droge en natte, koude en warme seizoenen) telt mee.

In voortdurend warme en regenrijke klimaten, zoals het tropisch regenwoudklimaat, zijn chemische verwering en uitloging zeer actief. Niet alleen de basen maar ook het SiO₂ worden uitgespoeld (desilificatie). De hydroxiden kunnen hun OH-groepen verliezen en overgaan in oxiden, de B-horizon wordt tot een zwarte laterietkorst (lateritisatie).

In droge klimaten daarentegen overheerst de verdamping de neerslag. Deze uitspraak lijkt misschien paradoxaal, maar de planten en de capillaire opstijging in de grond kunnen grondwater naar boven brengen en aan de verdamping prijsgeven. Dit water voert opgeloste stoffen met zich mee, er kan dus een materiaalverplaatsing van beneden naar boven optreden. Kalk, gips, zelfs zout en soda kunnen op die manier korsten bovenin of op de bodem gaan vormen.

Naar gelang de bodems goed, matig, of helemaal niet corresponderen met bepaalde klimaatszones, verdeelt men ze in zonale bodems, intrazonale bodems en azonale bodems.

De zonale bodems, vertonen een duidelijke horizontering, naar model van het podsolprofiel. De onderverdeling berust op dikte en hoedanigheid van de verschillende horizons; een of meer horizons kunnen bij sommige groepen afwezig zijn, enz.

De grote Amerikaanse bodemkundige Curtis Fletscher Marbut verdeelde bovendien de bodems in twee hoofdklassen: de pedalfers en de pedocals.

Pedalfers komen voor in humide gebieden, waar dus de neerslag een uitlogende werking heeft, uit de A-horizon Aluminium en IJzer (Ferrum) oplost en afzet in de B-horizon. Calcium lost op en verdwijnt geheel.

Pedocals zijn typisch voor aride en semiaride streken. Calcium blijft in de bodem en wordt opgehoopt in een horizon.

Vorige Volgende