Der Wärmehaushalt des Bodens ist
abhängig von
der Bodentemperatur und ihren periodischen Schwankungen
im Tages- und Jahresgang. Diese Temperaturschwankungen resultieren
aus dem rhythmischen Wechsel zwischen Ein- und Ausstrahlung.
Wesentliche Wärmequelle für
den Boden ist die Sonneneinstrahlung, die auf die Bodenoberfläche
trifft. Hier findet auch die Wärmeabstrahlung aus dem
Bodenkörper
statt. Von der Bodenoberfläche aus vollzieht sich sowohl
die Erwärmung als auch die Abkühlung des darunter
liegenden Bodenkörpers. Entsprechend hoch sind hier
die Temperaturschwankungen. Das gilt für den Tagesgang
(s. Abb.1), aber auch für den Jahresgang (s. Abb.2)
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Abb.1:
Tagesgang der Temperatur in einer Sandbraunerde
in Abhängigkeit von der Bodentiefe (Worpswede; Hochdruckwetterlage
im August)
(Abb. nach MIESS 1968, zit. bei SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL
2002, S. 258)
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Abb.2: Jahresgang der Temperatur
in einem Boden bei Königsberg in Abhängigkeit von der
Tiefe
(Abb. nach SCHMIDT
& LEYST in GEIGER 1961, zit. bei SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL
2002, S. 258) |
Dieser allgemeine Verlauf wird durch
die spezifischen Bodeneigenschaften und Standortbedingungen
vor Ort modifiziert. Grundsätzlich
ist der Wärmehaushalt abhängig von der Sonneneinstrahlung
als Energiequelle, geothermische Wärmequellen können
in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden. Menge
und Intensität der Sonneneinstrahlung sind abhängig
von der geographischen Breite, Bewölkungshäufigkeit,
Höhenlage sowie der Hanglage (Inklination) und seiner
Ausrichtung auf eine bestimmte Himmelsrichtung (Exposition).
Darüber hinaus spielen das Absorptionsverhalten der
Bodenoberfläche, die Phasenzusammensetzung des Bodenkörpers,
seine Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität
eine Rolle (s. Bodentemperatur).
Das Absorptions- und Reflexionsverhalten
der Bodenoberfläche
wird u.a. durch seine Oberflächenstruktur (rau oder
glatt) und seine stoffliche Zusammensetzung (mineralisch
oder organisch), die Färbung (hell oder dunkel), den
Bodenfeuchtegehalt sowie Art und Grad der Bodenbedeckung
beeinflusst.
Das Verhältnis zwischen eingestrahlter und reflektierter
Sonnenenergie wird als Albedo bezeichnet und in % der einfallenden
Strahlung ausgedrückt. Je weniger Strahlung reflektiert
wird, desto höher ist die Wärmeabsorption. So ist
die Albedo von unbewachsenen (dunkel gefärbten) Ackerflächen
sehr gering, so dass nur etwa 10-20% der Einstrahlung reflektiert
werden. Extrem hohe Albedo-Werte erreichen frische Schneedecken
mit mehr als 85% Reflexion. Grundsätzlich absorbiert
eine dunkle Bodenoberfläche mehr Strahlung als eine
helle und nimmt damit mehr Wärme auf. Umgekehrt ist
eine helle Oberfläche mit einer hohen Strahlungsreflexion
und entsprechend geringer Wärmeaufnahme verbunden.
Weiterhin spielt der Wassergehalt
des Bodenkörpers
eine Rolle. So erwärmen sich feuchte und nasse Böden
langsamer, weil das Wasser Energie bindet. Trockene Böden
dagegen erwärmen sich schneller, können die Wärme
aber weniger gut speichern und geben sie schneller wieder
ab.
Der Transport der eingestrahlten
Wärme im Boden verläuft über
drei Mechanismen:
- Wärmestrahlung :
Der Wärmetransport erfolgt über
die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen spielt vor allen
Dingen beim Energieaustausch zwischen Atmosphäre und
Bodenoberfläche eine Rolle.
- Wärmeleitung :
beruht auf der Übertragung kinetischer
Energie beim Zusammenstoßen von Molekülen und
ist der wichtigste Mechanismus zum Wärmetransport
in humiden Böden.
- Wärmeströmung (Konvektion):
Wärmeenergien
werden durch Wasserdampftransport und Wasserfluss
(Grundwasser) verlagert.
Für die Lebewesen im und am Boden
ist der Wärmehaushalt
des Bodens insofern von großer Bedeutung als alle Lebensvorgänge
durch die Zufuhr von Wärmeenergie beschleunigt werden
(RGT-Regel; s. Bodentemperatur). Die
Abhängigkeit
der physiologischen Prozesse von der (Boden-)Temperatur folgt
dabei einer Optimumkurve mit Temperaturminimum (= untere
Grenze für das Einsetzen der Prozesse, ca. 0-5°C),
Temperaturoptimum (= optimale Intensität, ca. 20-30°C)
und Temperaturmaximum (= obere Grenze für die Aufrechterhaltung
der Prozesse und beginnende Plasmakoagulation, ca. 40-50°C;
vgl. SCHROEDER 1992, S. 136).
Weitere Informationen:
Literatur:
Gisi, U./ Schenker, R./ Schulin,
R./ Stadelmann, F.X./ Sticher, H. (1997): Bodenökologie
- 2. Auflage - Stuttgart; New York: Thieme.
Hintermaier-Erhard,
G./ Zech, W. (1997): Wörterbuch
der Bodenkunde. Stuttgart: Enke.
Scheffer, F./ Schachtschabel,
P. (2002): Lehrbuch der Bodenkunde - 15. Auflage -. Heidelberg;
Berlin: Spektrum Akademischer Verlag.
Schroeder, D. (1992):
Bodenkunde in Stichworten - 5. Auflage - Berlin; Stuttgart:
Borntraeger.
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