Anhand der Ton-/Mineralzusammensetzung, z.B. eines Waldbodens, lassen sich wesentliche Kennwerte zur Beurteilung seiner

• Pufferkapazität
• Eignung, nach Düngemaßnahmen Nährstoffe aufzunehmen und zu speichern
• Fähigkeit, langfristig Nährelemente nachzuliefern
• Möglichkeit, sich nach Versauerungsschüben wieder selbständig zu regenerieren

ableiten.
Besonders die Tonminerale bestimmen in vielfältiger Weise diese Bodeneigenschaften. Einerseits unterliegen die Tonminerale durch den überhöhten Säureeintrag aus Luftschadstoffen ständigen Veränderungen, was sich meist negativ auf die Elastizität des Bodens auswirkt. Andererseits bewirken Düngemaßnahmen eine Stabilisierung der Tonminerale.

Die sorgfältige Analyse und Identifikation der Tonminerale ermöglicht es, den Zustand eines Bodens - innerhalb der untersuchten Profile - zu bewerten und Aussagen über seinen Elastizitäts- und Verwitterungszustand sowie über die Notwendigkeit und den Erfolg von Düngemaßnahmen zu treffen. Auch bietet sich die Möglichkeit, bei Folgebeprobungen und -analysen Kenntnisse über Wanderungsgeschwindigkeiten von Versauerungsfronten zu gewinnen.

Wir führen bereits seit 1988 tonmineralogische Untersuchungen von Waldböden durch; unsere Auftraggeber sind Forstliche Versuchsanstalten fast aller Bundesländer. Mittlerweile liegt eine Fülle von Erkenntnissen und Erfahrungen vor, so dass ton-/mineralogische Untersuchungen auch bei Entscheidungen zur forstlichen Praxis in privaten und kommunalen Forstbetrieben von ökologischem und ökonomischem Nutzen sind.


Mineralanalysen
als Eingangsparameter bodenstoffhaushaltsbasierter Modelle

Bei der Berechnung von Critical Loads mittels PROFILE und SAFE sind die Anteile an verwitterbaren Mineralen ein wichtiger Eingangsparameter.
Zu den verwitterbaren Mineralen zählen:
Kali-Feldspat, Plagioklas, Pyroxen, Amphibol, Calcit, Dolomit, Chlorit, Kaolinit, Illit, Vermiculit, Smektit sowie Wechsellagerungsminerale Chlorit/Vermiculit und Illit/Vermiculit.

In Abhängigkeit von der Verwitterungsstabilität der einzelnen Minerale können deren Kationen mehr oder weniger schnell freigesetzt werden. Calcite und Dolomite verwittern relativ schnell, was zu entsprechend hohen Verwitterungsraten führt. Ähnliches gilt für Böden, die Pyroxene und Amphibole enthalten, die grundsätzlich aus basischen Vulkaniten stammen. Dementsprechend können auch vulkanische Aschen, z.B. Laacher Bims, die Pyroxene und Amphibole enthalten können, die Verwitterungsrate eines Bodens mit armem Ausgangssubstrat positiv beeinflussen.

Im Allgemeinen enthalten die meisten Waldböden als verwitterbare Minerale lediglich Feldspäte und die Tonminerale Kaolinit, Illit und Vermiculit. Vereinzelt treten auch primäre Chlorite auf, die sowohl aus dem Ausgangssubstrat als auch aus allochtonem Material stammen können.
Je nach chemischer Zusammensetzung der Chlorite (Fe, Mg, Al) kann die Verwitterungsstabilität und damit auch die Möglichkeit, Kationen freizusetzen, stark schwanken. Wie bei Alterhebungen festgestellt werden konnte, können Fe-Mg-reiche Chlorite innerhalb einiger Jahre teilweise zu Vermiculiten umgewandelt werden. Dagegen treten Al-reiche Chlorite auch noch in Oberböden sandiger Ausgangssubstrate auf. Basenreiche Smektite kommen grundsätzlich nur in Böden mit basenreichem Ausgangsmaterial (Carbonate, Löss, Basalte) vor.

Den Pufferbereichen von ULRICH entsprechend, verwittern je nach Ausgangssubstrat zunächst Carbonate bzw. Pyroxene und Amphibole, dann die primären Fe-Mg-reichen Chlorite. Da diese in Waldböden meistens nicht mehr vorhanden sind bzw. nie vorhanden waren, sind die Illite und besonders die Vermiculite in den meisten Waldböden maßgeblich an der - wenn auch deutlich geringeren - Freisetzung an Kationen beteiligt.
Bei pH-Werten < 3,0 (KCl) wird Aluminium aus den Zwischenschichten der Al-Vermiculite herausgelöst, was zur Auflösung und Zerstörung der Kristallgitter in überschaubaren Zeiträumen führen kann.
Da Tonminerale wichtige Bestandteile des Bodens sind, ist mit der Zerstörung der Tonminerale auch gleichzeitig eine irreparable, schädliche Bodenveränderung und durch den Verlust an basischen Kationen auch eine Beeinträchtigung der Bodenfunktionen eingetreten. Das durch die Zerstörung der Tonminerale freigesetzte Aluminium kann zudem die Quellwässer und möglicherweise auch das Grundwasser negativ beeinflussen.


Für Bodendauerbeobachtungs-Flächen wird folgende Empfehlung gegeben:

Zur Bestimmung der Mineralgehalte als Eingabeparameter für PROFILE und SAFE sind notwendig:

1. chemische Gesamtanalyse
2. röntgendiffraktometrische Mineralanalyse zur Identifizierung der vorhandenen Minerale
3. Synthese aus 1 und 2 zur Ableitung der quantitativen Mineralgehalte

Die Bestimmung aller Minerale sollte von mehreren Proben eines Bodenprofils vorgenommen werden. Um genauere Veränderungen an Tonmineralen festzustellen, z.B. um zu analysieren bis zu welcher Tiefenstufe Aluminium aus den Zwischenschichten der Al-Vermiculite herausgelöst wird und damit eine irreparable Zerstörung der Tonminerale eintritt, sollten an ausgewählten Punkten vollständige Profile untersucht werden.