Boden wird durch den Prozess der Gesteinsverwitterung gebildet. Verwitterung ist der Zerfall von Gestein in kleinere Partikel, wenn es mit Wasser (das durch Gestein fließt), Luft oder lebenden Organismen in Kontakt kommt. Die Verwitterung kann physikalisch, biologisch oder chemisch erfolgen.
Physikalische Verwitterung: Dies ist der Zerfall von Gesteinen in kleinere Partikel ohne Veränderung ihrer molekularen Struktur. Luft und Wasser sind Agenten der physikalischen Verwitterung. Wind, der auf Felsen geblasen wird, heftige Regengüsse, Wasserwellen vom Meer können eine allmähliche Zersplitterung von Gesteinspartikeln zu Sedimenten begünstigen, die schließlich zu Boden werden.
Chemische Verwitterung: Bei der chemischen Verwitterung führen chemische Reaktionen im Gestein zu Veränderungen in der mineralischen Zusammensetzung. Beispiele für chemische Reaktionen, die zur Verwitterung führen, sind Hydrolyse, Karbonatisierung, Oxidation und Hydratisierung.
Hydrolyse: Hydrolyse tritt auf, wenn Regenwasser durch Felsen sickert und das Wasserstoff-Ion (H+) im Wasser mit metallischen Ionen im Felsen reagiert, was zur Auflösung von Felsmineralen führt.
-Karbonisierung: Bei der Karbonatisierung löst sich Kohlendioxid aus der Luft und von lebenden Organismen in Wasser und bildet Kohlensäure. Diese säuert das Wasser im Gestein an, was zu einer weiteren chemischen Reaktion mit den Gesteinsmineralen führt.
-Oxidation: Bei der Oxidation reagiert Sauerstoff aus der Luft mit Eisen im Gestein zu Eisenoxiden. Durch diese Reaktion entsteht eine rostbraune Färbung der Gesteine.
Biologische Verwitterung: Bei diesem Prozess sorgen biologische Organismen für die Zersetzung von Gestein. Baumwurzeln und Moose wachsen oder durchdringen Gesteine und schaffen Porenräume, die das Gestein nach und nach auseinanderziehen. Tiere graben sich durch Gestein und erzeugen Zersetzung. Mikroorganismen wie Flechten (eine symbiotische Beziehung zwischen Pilzen und Algen) setzen Chemikalien frei, die Gesteinsmineralien abbauen.
Tabelle 1: Die acht häufigsten Elemente in magmatischen, sedimentären und metamorphen Gesteinen
Faktoren, die die Bodenbildung beeinflussen
Faktoren, die die Bodenbildung beeinflussen, sind: Klima, Topographie, lebende Organismen, Ausgangsmaterial und Zeit.
Klima
Das Klima trägt wesentlich zur Bodenbildung bei. Niederschlags- und Temperaturmuster an einem Ort beeinflussen die Art der Böden, die sich in diesem Gebiet bilden. Regen liefert Wasser, das die chemische und physikalische Verwitterung begünstigt. Unterschiedliche Klimazonen auf der ganzen Welt schaffen eine Vielfalt an Bodenbeschaffenheit und -eigenschaften. Zum Beispiel ist der Boden an Orten mit hohen oder starken Niederschlägen anfälliger für Erosion, Verwitterung und Auslaugung. Saure Böden sind an solchen Orten auch häufiger anzutreffen, da Mineralien wie Kalzium, Magnesium und Kalium oft durch H+ aus dem Regenwasser ersetzt werden. Andererseits sind Orte mit geringen Niederschlägen weniger anfällig für Auswaschungen. Böden in diesen Regionen neigen zu einer hohen Alkalität, da sich bei fehlender Auswaschung Kalziumkarbonate in den oberen Bodenschichten ablagern1. Wärmere Temperaturen begünstigen eine schnelle Verwitterung, da Pflanzen und mikrobielle Aktivitäten florieren, während kältere Klimazonen eine allmähliche Gesteinsverwitterung fördern.
Topographie
Topographie kann als die Form der Erdoberfläche definiert werden. Die Steilheit eines Geländes erhöht seine Anfälligkeit für Wasser- und Winderosion; sie führt zur Bewegung von Gesteinssedimenten und zum Abschwemmen von Gesteinsmineralien zu Tälern.
Die Böden in den Tälern dieser Regionen sind dunkler gefärbt, reich an organischen Stoffen und fruchtbarer für das Pflanzenwachstum, während die Böden auf den Bergkuppen erodiert, weniger fruchtbar und ungünstig für das Pflanzenwachstum sind.
Lebende Organismen
Lebende Organismen spielen eine Schlüsselrolle bei der Bodenbildung. Ein Gebiet mit hoher Vegetation ist normalerweise reich an Humus. Humus baut sich auf, wenn abgefallene Blätter und abgestorbene Pflanzenteile von Bodenmikroorganismen zu organischer Substanz zersetzt werden. Die Mikroorganismen ernähren sich von Zuckern und Kohlenhydraten in der organischen Substanz und hinterlassen Fette und Wachse im Boden. Dies macht den Humus aus.
Ausgangsmaterial
Bodenausgangsmaterial ist hauptsächlich verwittertes Gestein. Ausgangsmaterial können Sedimentgesteine, Eruptivgesteine oder geologisch junge Sedimente sein, die das Grundgestein überlagern. Die Art des Bodens hängt vom Ausgangsmaterial ab, aus dem er gebildet wurde. Aus verwittertem Granitgestein gebildeter Boden wird zu Sand. Granit enthält Quarz, ein sehr verwitterungsbeständiges Silikatmineral. Da Quarz sehr verwitterungsbeständig ist, zerfällt Granit in körnige Sandpartikel. Ebenso wird feldspathaltiges Gestein (ein Mineralsilikat mit geringer Verwitterungsbeständigkeit) in feine Tonpartikel zerlegt.
Zeit
Die Zeit ist ein Schlüsselfaktor, der mit allen anderen bodenbildenden Faktoren in Beziehung steht. Die Bodenbildung erfolgt schneller, wenn die klimatischen, topographischen oder biologischen Bedingungen für die Verwitterung günstig sind. Die Zeit zeigt auch, wie lange andere bodenbildende Faktoren bereits im Spiel sind. Regionen mit jungem Ausgangsmaterial sind in der Regel fruchtbarer, weil sie noch nicht so stark verwittert sind und daher noch eine große Menge an Mineralien enthalten. Auf die gleiche Weise würden Orte mit älterem Ausgangsmaterial, das viel mehr Verwitterung ausgesetzt war, eine geringere Menge an mineralischen Bestandteilen aufweisen. Diese Bodentypen sind für ihre Nährstoffe mehr auf organisches Material angewiesen.