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LEITFADEN VERSICKERUNG CHLORIDBELASTETER STRASSENWÄSSER ANHANG 2 4 WIRKUNG VON NATRIUM, CALCIUM UND CHLORID AUF BÖDEN (DI Dr. Kiril Atanasoff, Zivilingenieur für Kulturtechnik und Wasserwirtschaft) 4.1 WIRKUNG VON NATRIUM IM BODEN Auch das Natrium verbleibt nicht auf Dauer im Boden. Es wird zunächst gegen vorhandene Calcium- und Magnesium-Ionen ausgetauscht und die Versickerung erfolgt erst verzögert vom späteren Frühjahr an bis etwa September. Da im Boden nur verhältnismäßig schwache Bindungskräfte für Natrium vorhanden sind, wird es sukzessive wieder gegen andere Ionen aus Niederschlag und Staub ausgetauscht. Eine hohe Konzentration von Natriumionen im Wasser, wie dies bei einem erhöhten Eintrag von stark mit NaCl belastetem Oberflächenwasser der Fall ist, beeinflusst die Wasserdurchlässigkeit des Bodens und kann dadurch massive Versickerungsprobleme verursachen. Dies entsteht dadurch, dass Natrium, wenn es in austauschbarer Form im Boden vorliegt, sich mit auf der Erde absorbierten Calcium- und Magnesiumionen austauscht und dadurch die Verteilungsstruktur des Bodens verändert. Sind Calcium und Magnesium die im Boden dominanten Kationen, so ist der Boden meist einfach zu kultivieren und weist eine durchlässige und körnige, krümelige Struktur auf. Natriumhältiger Boden hingegen neigt zur Verschlämmung und bildet bei Austrocknung dichte, undurchlässige Krusten. Es entstehen Infiltrationsprobleme, die abhängig vom Salzgehalt und der Bodenstruktur sind, wobei sandige Böden beispielsweise nicht so leicht geschädigt werden wie schwerere Böden [1][2]. Durch den überhöhten Natrium-Eintrag findet eine Alkalisierung des Bodens mit einem Anstieg des pH-Wertes bis in den alkalischen Bereich statt und es bildet sich ein Salz-Natriumboden. Im humiden Klima Mitteleuropas findet vom Frühjahr bis Herbst eine beträchtliche Auswaschung des leicht löslichen NaCI wie auch der durch Na-Austausch freigesetzten Nährstoffkationen (vor allem Ca, Mg und K) statt. Durch die hohe Natrium-Belegung der Austauscher neigen Straßenrandböden rasch zur Verschlämmung und Dichtlagerung und sind durch einen ungünstigen Luft- und Wasserhaushalt sowie eine reduzierte Nährstoffaufnahme gekennzeichnet. Da Straßenrandböden häufig aus künstlichen Anschüttungen bzw. anthropogenen Deckschichten bestehen und bei der Errichtung unter Umständen auch verdichtet wurden, ist es jedoch schwierig, solche Verdichtungen alleine auf die Wirkung von Natrium-Ionen zurückzuführen. Verfasser: Dr. Atanasoff, Dr. Bergthaler, Dr. Klenner; DI Kühnert, Dr. Lindner, DI Stundner Wien, Juni 2011 Seite 27
LEITFADEN VERSICKERUNG CHLORIDBELASTETER STRASSENWÄSSER ANHANG 2 4.2 WIRKUNG VON CALCIUM IM BODEN Der Boden stellt ein Produkt aus der Verwitterung verschiedenster Tonminerale und Gesteinsarten dar. Tonminerale sind Schichtsilikate, deren Umwandlung auf den Einbau bzw. die Abgabe von Ionen der Elemente Aluminium, Kalium, Natrium, Calcium, Magnesium sowie die Veränderung in den Silikatgruppen zurückzuführen ist. Charakteristisch für die Tonminerale sind neben diesem schichtförmigen Aufbau die geringe Teilchengröße mit der dazugehörenden großen Oberfläche und deren Quellfähigkeit. Ton- und Silikatminerale sind „polyfunktionale Austauscher“, durch deren Einsatz es im Boden zum Austausch von Kationen kommt. Über das Wasser der Bodenlösung werden nun die Zusammensetzungen der Kationen und Ionen ständig verändert. Calcium ist zu ca. 3,63 % am Aufbau der Erdrinde beteiligt. Im Boden spielt Calcium durch sein Vorkommen in Na-Ca-Feldspat und bei der Umwandlung von Tonmineralen eine wesentliche Rolle. Ferner ist es in der Lage bei der Verwitterung im Zusammenwirken mit Wasser und Feuchtigkeit und der Kohlensäure der Luft Calciumcarbonat bzw. -hydrogencarbonat zu bilden. Die Bedeutung des Calciums im Boden wird durch die Verarbeitung im Zellwandaufbau noch verstärkt. Calcium beeinflusst also direkt die Bodenfruchtbarkeit. Das achthäufigste Element in der Erdrinde ist das Magnesium. Wie Calcium kommt auch Magnesium nur in Verbindungen vor. Die häufigsten Verbindungstypen sind die Silikate (z. B.: Magnesit, Asbest, Dolomit und Serpentin). Magnesium muss im Boden in einem bestimmten Verhältnis zu Calcium stehen, um als Komplexbestandteil des Chlorophylls und Pektins und als Enzymbestandteil den Energiestoffwechsel der DNA-Synthese zu aktivieren. Magnesium wird von den Pflanzen als zweiwertiges Kation aufgenommen. Es ist im Boden gut beweglich und kann daher auch leicht ausgewaschen werden. Bei Magnesiummangel tritt eine Vergilbung der Blätter auf. 4.3 WIRKUNG VON CHLORID IM BODEN Chlorid wird im Boden kaum zurückgehalten und versickert durch das Bodenprofil rasch in die Tiefe. Dies belegen die Bodenuntersuchungen, die nur kurz nach der Schneeschmelze noch leicht erhöhte Natrium-Gehalte, aber keine erhöhten Chlorid-Gehalte anzeigen. Auch der Jahresgang im Sickerwasser verdeutlicht, dass im Frühjahr das Chlorid bereits aus dem Bodenprofil bis 60 cm Tiefe mehr oder weniger verschwunden ist [3]. Aufgrund der hohen Löslichkeit findet sich der größte Teil des im Boden vorkommenden Chlorids in der Bodenlösung. Chlorid-Ionen werden vom Boden in geringem Ausmaß absorbiert. Der Chloridgehalt von landwirtschaftlich genutzten Standorten hängt daher nicht primär von spezifischen Bodeneigenschaften, sondern vielmehr von der Bewirtschaftung ab. Chlorid wird mit der Verlagerung des Sickerwassers ins Grundwasser eingetragen. Die Chlorid-Auswaschung entspricht damit in Verfasser: Dr. Atanasoff, Dr. Bergthaler, Dr. Klenner; DI Kühnert, Dr. Lindner, DI Stundner Wien, Juni 2011 Seite 28
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