Periglaziale Bodenbildungen

Die Böden der Erde sind heute noch zu ein Viertel von Dauerfrost gekennzeichnet, besonders Teile von Russland, Alaska und Kanada. Periglaziale Gebiete sind „gletscherfreie, kalte Regionen”, in denen häufig sich wiederholende Gefrier- und Tauvorgänge abspielen. Der gesamte deutsche Raum gehörte in den Warmzeiten (Interstadialen), sobald er frei von Inlandeismassen wurde, zum Periglazialgebiet.

Die ständig sich wiederholenden Gefrier- und Tauvorgänge hatten auf die Struktur des Bodens großen Einfluss.

In allen Sandgruben der Brelinger Berge sind oberflächennah Bodendeformationen zu sehen, die als Kryoturbationen bezeichnet werden. Sie sehen sehr unterschiedlich aus und je nach Form werden sie mit entsprechenden Namen unterschieden.

Folgende Übersicht - von EISSMANN (1981) zusammengestellt - zeigt die mannigfaltigen Formen:

Stellt man sich drei beteiligte Bodenzonen vor, so rückt bei einer Frostperiode eine obere Frostfront von der Oberfläche nach unten, eine untere bereits als Dauerfrostboden vorhandene nach oben, sodass dazwischen Spannungen entstehen, die zu den Froststauchungen (Kryoturbationen) führen.

Dichteunterschiede zwischen Sedimenten verschiedener Korngröße können unter feuchten, nassen Bedingungen zu unterschiedlich viskosen Zonen führen, die dann zu verschiedenartigen Fließbildern führen. Niedrigviskoses (dünnes) Material steigt nach oben, Hochviskoses (dickes) sinkt nach unten.

Beim Gefrieren und Auftauen toniger Sedimente kann sich durch Hydrierung oder Dehydrierung, durch Wasserquellung bzw. Wasseraufnahme oder Schrumpfung bzw. Wasserabgabe das Volumen verändern und dadurch das Aufsteigen oder Absinken bewirken.

Fotos von Gotthelf Schwidurski

Eiskeile sind die Folge von mechanischen Spannungen in Permafrostböden, in denen während einer Tauperiode Wasser und Bodenpartikel einsickert, diese aber wieder beim Absinken der Temperaturen gefrieren läßt.

Die anfänglichen als feine Risse sich zeigenden Spannungen an der Oberfläche des Bodens entstehen im Zusammenspiel von Volumenvergrößerung des Eises um 9% bei 0°C und durch Volumenverkleinerung (Kontraktion) des Bodens aufgrund der wieder steigenden Temperaturen; Der Übergang von Wasser von flüssig in den festen Zustand ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden; während sich fast alle Flüssigkeiten beim Gefrieren zusammenziehen und sich dadurch ihre Dichte erhöht, dehnt sich Wasser beim Erstarren aus. Ständiger Frost-Tau-Wechsel ist Voraussetzung für die Bildung von Eiskeilen. Bei jedem Auftauen wird neues Material eingeweht und gefroren; das gefrierende Sediment drückt das angrenzende Material auseinander, sodass sich Jahr für Jahr der Riss erweitert; oft bilden sich „baumartige Strukturen”, die auch zur Klimaforschung herangezogen werden. Im Laufe von Jahrzehnten/Jahrhunderten entstehen so meterbreite Keile. Das spitze Zulaufen eines Eiskeils erklärt sich durch abnehmende Temperaturschwankungen bei zunehmender Bodentiefe.

Man geht davon aus, dass Jahresmitteltemperaturen von -4°C bis -8°C bei einem mittleren Jahresniederschlag von 50 bis 500 mm für die Bildung von Eiskeilen notwendig sind.

Unter den feuchten Bedingungen der Nacheiszeit wurden sehr häufig die den Boden alkalisch machenden Kalke, Karbonate, vollständig ausgewaschen. Dadurch sank der pH-Wert unter 7.

Im Verlauf der chemischen Verwitterung können die silikatischen Minerale, wie Amphibole, Olivin, Augit, Hornblende, Pyroxen und Biotit von den sauren Bodenlösungen angegriffen und aufgelöst werden. Dabei werden aus Feldspäten, Kalzium- und Magnesium-Ionen in die Bodenlösung abgegeben, Aluminium-Ionen aus Silikaten und Eisen speziell aus Glimmer. Dieses im Boden befindliche (pedogene) Eisen führt zu verschiedenen braunen und gelben Eisenverbindungen, wie zu Hämatit (Fe₂O₃), Goethit Eisenhydroxid (FeOOH) und Limonit (Brauneisenerz), ein Gemenge verschiedener Minerale, vorwiegend Goethit. Diese lagern sich in Form einer dünnen Hülle um die Sandkörner an und können so nicht weiter aus dem Boden transportiert werden.

Gleichzeitig wandeln sich die in der Bodenlösung vorhandenen Aluminium-Ionen mit freier Kieselsäure zu Tonminerale um. Damit beginnt eine gleichzeitige Verlehmung. Verbraunung und Verlehmung hängen häufig mit der Aufbautiefe des periglazialen Permafrostbodens zusammen.