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Karl Heinrich Hartge; Rainer Horn:

Einführung in die Bodenphysik

von: Jörg Bachmann; Rainer Horn; Stephan Peth

[Introduction to soil physics]

2014. 4. vollständig überarb. und erweiterte Auflage, 372 Seiten, 186 Abbildungen, 24 Tabellen, 17x25cm, 1010 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-510-65280-8, gebunden, price: 49.80 €

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Keywords

bodenphysikbodenmechanikgashaushalt

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Böden bestehen aus festen, flüssigen und gasförmigen Phasen. Sie stehen in intensivem Kontakt sowohl mit Niederschlags- und Grundwasser als auch mit der Atmosphäre und sind das Substrat für Pflanzen. Komplexe chemische und physikalische - meist quasi dynamische - Gleichgewichte bilden die Grundlage für die Eignungsbewertung eines Bodens zur ackerbaulichen Nutzung, die angesichts steigender Bevölkerungszahlen intensiviert werden muss.

Die nun vorliegende, vollständig überarbeitete 4. Auflage führt in die grundlegenden physikalischen Prozesse in Böden ein und zeigt, wie die Veränderungen physikalischer Eigenschaften und Parameter (z.B. Körnung, Dichte, Durchlässigkeit, Belastung) die Stabilität und Ertragskraft von Böden beeinflussen. Die maßgeblichen Prozesse der Bewegung von Wasser, Gas und Wärme sowie die Interaktionen mit der festen Phase werden auf verschiedenen Skalenebenen detailliert behandelt und Möglichkeiten der Bodenverbesserung und des Bodenschutzes diskutiert.

Eine Englische Ausgabe (2016) dieses Titels ist lieferbar und eine spanischsprachige (2017-2018) Ausgabe dieses Titels ist in Vorbereitung.

Synopsis top ↑

Soils are composed of solid, liquid and gaseous phases. These phases are closely coupled to precipitation, groundwater and the atmosphere, making up the substrate for plant growth and yield. Complex physical and chemical - mostly quasi-dynamic - equilibria form the basis of assessing the quality of a soil for agricultural use, which, in the face of a growing world population must be intensified.

The present, fourth, completely revised (German) edition of this text presents an introduction to the basic physical and chemical relationships in soils and how the productivity of a soil is affected by physical parameters (such as grain size distribution, density, hydraulic conductivity, loading). The basic processes of water-, gas-, and heat transport are discussed at different scales; so are the deviations from the idealized laws of physics in real soils.

Methods of soil amelioration and soil protection are discussed in this context.

The volume addresses students of and researchers in soil science, agronomy, agriculture, forestry and all practitioners interested in how soil parameters and plant yield are related.

An English language edition(2016) of this title is available and a Spanish (2017/2018) language edition is in preparation.

Description du contenu top ↑

Cet ouvrage présente les connaissances actuelles sur les principales caractéristiques et propriétés physico-chimiques du sol (structure et texture du sol, surface des particules, etc.). Il met en évidence comment l'ensemble des processus (par ex. productivité du sol) est influencé par des facteurs physiques (compaction et imperméabilisation des sols) et temporels.

L'ouvrage traite des différentes phases (liquide, gazeuse, solide) composant le sol, ainsi que de la mécanique des sols (à differentes échelles) et définit leur impact sur la fertilité d'un sol et les récoltes qu'il produit.

Dans ce contexte, cette édition développe toutes les méthodes pour améliorer et protéger les sols.

Cet ouvrage est destiné aux étudiants, enseignants et chercheurs en pédologie, géographie physique, hydrologie, génie civil, agriculture et sylviculture, mais également aux professionnnels.

Aussi disponible: édition anglais (2016), à paraître: édition espagnole (2017/2018)

Besprechung: Bodenkultur Bd. 62, Heft 2 (2014) top ↑

Der Boden ist die poröse Haut der Erde; ein komplexes Gebilde aus einer festen, flüssigen und gasförmigen Phase. Er wird kontinuierlich durch natürliche Prozessen und menschliche Aktivität verändert und ist als Lebensraum in Kontakt mit Niederschlagswasser, Grundwasser und Atmosphäre.

Die vollständig überarbeitete und aktualisierte 4. Auflage führt umfassend in alle physikalischen Prozesse im Boden ein und kann damit als grundlegendes Lehrbuch für alle Wissenschaftler und Studierende der Boden-, Agrar-, Forst-, Gartenbau-, Geo- und Umweltwissenschaften sowie für alle Interessierte dienen, die physikalische Prozesse in Böden und Veränderungen der Bodeneigenschaften verstehen wollen. Die Autoren erläutern sowohl die Ausgangssituation als auch die Veränderung physikalischer Bodeneigenschaften – z.B. Körnung, Dichte, Durchlässigkeit und Speicherkapazität für Wasser, Luft und Wärme – und die Änderung der Stabilität des Bodens bei Verformung, Zerknetung und Verschlämmung. Die Physik der Bewegung von Wasser, Gasen und Wärme im Boden sowie Interaktionen mit der festen Phase auf verschiedenen Skalenebenen und anderen Einflussgrößen werden – als Grundlage jeglicher Modellierung – detailliert behandelt.

Gleichzeitig werden die Folgen von Bodennutzung und Bodendegradation für Stofftransport, Bodenstabilität und Porenfunktionen behandelt und Möglichkeiten des Bodenschutzes, der Bodenerhaltung und -verbesserung – notwendig für die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung – vor dem Hintergrund der bedrohten Ressource Boden diskutiert. Ein umfangreiches Literaturverzeichnis schließt die Lücke zwischen allgemeinen Lehrbüchern der Bodenkunde und Spezialabhandlungen über Grundbau, Bodenmechanik, Hydrologie, Gashaushalt, Mikromorphologie und Bildauswertung, dem Meliorationswesen und der physikalischen Chemie.

Dieses Buch ist eine echte Bereicherung der bodenkundlichen Fachliteratur und füllt eine Lücke zwischen unterschiedlichen bodenkundlichen Fachdisziplinen, weil es den Boden als dreidimensionalen Reaktionsraum für physikalische, chemische und biologische Prozesse im Detail beschreibt.
Es kann daher allen am Boden Interessierten , vor allem auch in technischen Disziplinen wie Architektur, Grundbau u.ä.,die sich mit Böden beschäftigen, wärmstens empfohlen werden.

Winfried E.H.Blum, BOKU/Wien

Bespr.: forstarchiv 85, Heft 5 (2014) top ↑

Wenn ich waldpädagogische Führungen zum Thema Boden anbiete, ist eine der letzten Fragen, die ich an die Teilnehmer richte, die folgende: Was ist das Geheimnis von Böden? Oder anders formuliert: Was macht Boden zu dem, was er ist und leistet? Meistens beantworten wir diese Frage mit der Feststellung: seine große innere Oberfläche! Genau diese, durch Körnung und Gefüge geschaffene Einheit von fest, flüssig und gasförmig legen die drei Autoren, die das bekannte Lehrbuch der Bodenkundler aus Hannover und Kiel von Hartge und Horn weitergeführt haben, in den ersten beiden Kapiteln dar. Auch im weiteren Verlauf des Buches bauen sie darauf auf, indem sie in Kapitel 3 die mechanisch-hydraulischen Kräftesysteme, dann die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Boden, die Verbreitung und Hydrostatik des Bodenwasser und die Wasserbewegungen erläutern und in Kapitel 7 um Betrachtungen zur Gasphase im Boden ergänzen. Dass von Körnung und Gefüge ganz wesentlich das thermische Verhalten, der Wasser-, Wärme- und Gashaushalt des Bodens und als Ergebnis daraus der Boden als Pflanzenstandort abhängen, leuchtet unmittelbar ein und wird dankenswerterweise im vorliegenden Buch ausführlich besprochen. Auch auf weitere Fragen meiner waldpädagogischen Laienführung werden wissenschaftliche Antworten gegeben: „Wovor hat der Boden Angst?“ (Physik der Erosion, Kapitel 11) und „Was macht der Boden beruflich?" (Lösungstransport und Filterprozesse, Kapitel 12).

Auf 321 Seiten geht es also um die Physik des Bodens, die den Lesenden mit einer wunderbaren Mischung aus mathematischen sowie verbalen Erklärungen verständlich gemacht wird. 22 Seiten Literaturverzeichnis bieten Interessierten an, noch tiefer einzusteigen. Kapitel 15 („Häufige Maßeinheiten und Umrechnungen“) schließlich hilft allen, denen der Zusammenhang von Pascal und bar nicht mehr so geläufig ist.

Insgesamt kann das Buch nur vorbehaltlos empfohlen werden, denn in allen Abschnitten wird nicht nur gesagt, dass etwas ist, wie es ist, sondern es wird das Warum geklärt. (So wird selbst die Frage beantwortet, warum die Korngrößenklassen so sonderbare Grenzen haben.)

Schön ist zudem, dass auch die bisherigen Schwächen der Bodenphysik, wie z. B. der häufige Ausschluss der organischen Substanz, offen angesprochen sowie Perspektiven weiterer Forschungen aufgezeigt werden.

Einfache, gut erklärende Skizzen und viele Tabellen und Diagramme lockern den Text auf. Wie nah an den Lesenden die Autoren formulieren können, soll an folgenden Beispielen demonstriert werden: Die mit Studierenden immer wieder diskutierte Erscheinung der Hysterese der pF-Kurve wird einfach zusammengefasst: „Außerdem erkennt man, dass der Meniskus bei Be- und Entwässerung nicht an denselben Engpässen Halt machen würde.“ Der abschließende Satz zur Thixotropie macht das Einordnen in den Alltag leichter: „Vereinfacht heißt das, solange man eine thixotrope Flüssigkeit umrührt, ist sie dünnflüssiger als vorher.“

Ein Genuss für mich als Bodenkundlerin waren Abschnitte wie z. B. der über die „Auswirkungen von Tierbewegungen und Pflanzenwuchs“, die im Detail erklären, wie genau Regenwürmer und Pflanzenwurzeln durch den Boden gelangen, oder das Kapitel über die Evaporation, das einem ein Auflagehumuspaket mit L-, Of- und Oh-Lage als annähernd idealen Verdunstungsverminderer erscheinen lässt.

Lediglich in einigen Fällen muss man gewisse Passagen zweimal lesen, um sie zu verstehen, und manchmal hätte man sich noch ein paar zusätzliche Informationen zu den knappen physikalischen Details gewünscht, zum Beispiel ausführlichere Erläuterungen zu Drücken und Spannungen im Boden. Der Titel des Buches „Einführung in die Bodenphysik“ erscheint an solchen Stellen etwas untertrieben. Auch sind die Kapitel ganz offenbar nicht für rasches Nachschlagen geschrieben, denn eines baut auf den anderen gerade auch bei den Begrifflichkeiten auf. Gelegentlich wird in einem früheren Abschnitt auch in ein Thema eingeführt, das erst später ausführlich besprochen wird. So werden z. B. schon auf Seite 68 die Kenngrößen des Darcy-Gesetzes als Erklärung für das durch die Primärsetzung austretende Wasser herangezogen, obwohl dieses Gesetz erst in Kapitel 4 und v. a. in Kapitel 6 behandelt wird. Solche kleineren Inkonsistenzen sind vermutlich der Bearbeitung der einzelnen Kapitel durch jeweils einen der drei Autoren geschuldet. Leider enthält das Buch kein Glossar, in dem man Begriffe und ihre Definitionen – „Schlupf“, „Schubspannung“, „Quickerde“ oder „träge Masse“ – nachsehen könnte. Ein letzter kleiner Kritikpunkt, zumindest in dem mir vorliegenden Exemplar, ist die nur mittelmäßige drucktechnische Ausführung, die dazu führt, dass einige Seiten wegen Doppelbeschriftung kaum zu lesen sind.

Alles in allem ist „Einführung in die Bodenphysik“ ein außergewöhnlich gutes Lehrbuch, dem man die lange Reifung seit seiner ersten Auflage im Jahr 1978 bis zur heutigen 4. Auflage und die vielfältige Erprobung im Universitätsalltag überaus positiv anmerkt.

Sabine Ammer, Göttingen

forstarchiv 85, Heft 5 (2014), 169

Bespr.: Betriebswirtsch. Nachrichten f. d. Landwirtschaft 6/2014 top ↑

Die Autoren erläutern sowohl die Ausgangssituation als auch die Veränderung physikalischer Bodeneigenschaften — z.B. Körnung, Dichte, Durchlässigkeit und Speicherkapazität für Wasser, Luft und Wärme — und die Änderung der Stabilität des Bodens bei Verformung, Zerknetung und Verschlämmng. Die Physik der Bewegung von Wasser, Gasen und Wärme im Boden sowie Interaktionen mit der festen Phase auf verschiedenen Skalenebenen und anderen Einflussgrößen werden — als Grundlage jeglicher Modellierung - detailliert behandelt.
Gleichzeitig werden die Folgen von Bodennutzung und Bodendegradation für Stofftransport, Bodenstabilität und Porenfunktionen behandelt und Möglichkeiten des Bodenschutzes, der Bodenerhaltung und -verbesserung — notwendig für die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung — vor dem Hintergrund der bedrohten Ressource Boden diskutiert.

Betriebswirtschaftliche Nachrichten für die Landwirtschaft 6/2014 (Dez. 2014)

Bespr.: Kieler Notizen z. Pflanzenkunde 41 (2015/2016) top ↑

Unter den klassischen Lehrbüchern der Bodenphysik ist das Werk von Hartge/Horn nicht nur für mathematisch fokussierte Bodenkundler interessant. In der vorliegenden deutlich überarbeiteten Fassung nimmt die Autorengruppe gleich zu Anfang Bezug zum Boden als elementarem Bereich der Umwelt. Dieser umweltwissenschaftliche Gesichtspunkt zieht sich durch das gesamte Werk. Das erste Kapitel widmet sich Begriffsbestimmungen des Bodens und der Morphologie und knüpft somit an das Umschlagbild des Rapsfeldes auf Kalkmarsch an. Neben der sofort ersichtlichen Komponente der landwirtschaftlichen Betrachtungsweise fällt immer wieder der Verweis auf biologische Phänomene auf. Schon auf Seite 15 wird die Tonfraktion in Beziehung gesetzt zu dem Eindringvermögen von Bakterien. Die umfassende Einbeziehung biologischer Phänomene in die physikalische Bodenkunde macht die Lektüre auch im Folgenden oft ertragreich – noch mehr als die Kieler Vorlesungen von Rainer Horn, die der Rezensent in den späten 1990er Jahren gern besuchte.
Die Darstellung von Kornformen, -mischungen, -größen und anderen Parametern des physikalischen Bodenaufbaus erfolgt stets unter Zuhilfenahme umfangreicher Grafiken. Der Verzicht auf weitergehende Farbigkeit wirkt wohltuend klar, die Übersichtlichkeit der Grafiken ist eines der vielen Pluspunkte des Werkes. Neben dieser Anschaulichkeit muss der Leser bzw. die Leserin allerdings auch eine Menge mathematisches Verständnis mitbringen. Insofern ist dieses Buch klar an eine bodenkundlich vorgebildete Leserschaft gerichtet. Gute bis sehr gute Schulmathematik ist aber meist ausreichend, denn der besondere Reiz der Darstellungen geht immer wieder von den Abbildungen aus, deren Einfachheit (wie zum Beispiel die Darstellung des Gefüges durch Austrocknung auf Seite 45) und Prägnanz bestechend sind. Für Umweltwissenschaftler von besonderem Interesse ist vielleicht zuerst das Kapitel über die Kräftesysteme im Boden. Die Frage, wie sich Druckbelastungen auswirken, ist nicht nur in der Landwirtschaft aktuell, schon das Kapitel „Auswirkungen menschlicher Eingriffe“ (auf das Bodengefüge) generalisiert das Thema Bodenbelastung. Ebenso umweltwissenschaftlich orientiert ist das Kapitel über Wasser und Boden, dort von besonderem Interesse mag die umfangreiche Behandlung von Salzen in Böden sein.
Im Kapitel über die Gasphase wäre ein wenig mehr Darstellung von Wurzelaktivität und dem Einfluss der Bodentiere wünschenswert, dafür ist das Kapitel 9 eine gelungene Synopse bezüglich Wasser-, Wärme- und Gashaushalt. Moorböden als Spezialfall organogener Böden werden nur gestreift, was der Übersicht insgesamt gut tut. Im Kapitel 10 über die Böden als Pflanzenstandorte wird deutlich, wie groß ist Aufgabe des Bodenschutzes ist, die bunte Abbildung auf Seite 280 ist ein mahnender Hinweis auf die Notwendigkeit, den Einsatz großer Maschinen klar zu überdenken.
Die Kapitel über Erosion und Filterwirkung von Böden runden das Werk von Hartge und Horn ab, dort ist für alle am Umweltschutz Interessierten eine Fülle an Anregung vorhanden. Auch wenn das Kapitel Erosion eher sparsam gehalten ist, so ergibt sich zusammen mit dem (letzten) Abschnitt über Stofftransporte ein Gesamtbild des Systems Boden, das auch für Botaniker und Zoologen ausgezeichnete Anregungen gibt.
Fazit: Ein lesenswertes, ein wichtiges und vielleicht ein notwendiges Buch für das Verständnis eines nicht vermehrbaren Gutes, des Bodens. Vielleicht nicht die einfachste Lektüre und schon gar nicht als Einstieg in das Thema zu empfehlen, der pedologisch vorgeprägte Leser wird es jedoch mit Gewinn lesen und als Lexikon der bodenphysikalischen Effekte immer wieder zur Hand nehmen wollen.

Uwe Deppe

Kieler Notizen zur Pflanzenkunde 41: 184-194 (2015/2016)

Inhaltsverzeichnis top ↑

Vorwort 3
Einleitung 11
Der Boden als Teil unserer Umwelt 11
Die Bodeneigenschaften 12
1 Körnung 14
1.1 Einteilung 14
1.1.1 Korngrößen 15
1.1.2 Kornformen 16
1.1.3 Kornmischungen 18
1.2 Häufig vorkommende Körnungen und Ursachen ihrer Entstehung 23
1.2.1 Sedimentationsgleichung 24
1.2.2 Trennungsvorgänge 25
1.3 Räumliche Verteilung von Körnungen 27
1.4 Veränderungen von Korngrößenverteilungen im Boden 28
1.5 Beziehungen zu anderen Bodeneigenschaften 29
1.6 Bestimmungsmethoden 32
2 Gefüge und Gefügefunktionen 34
2.1 Morphologie des Bodengefüges 34
2.2 Lagerungsdichte, Dichte des Bodens 36
2.3 Porenvolumen und Porenziffer 37
2.3.1 Theoretische Größen von Porenvolumina 38
2.3.1.1 Einfluss von Form und Sortierung 38
2.3.1.2 Einfluss der Teilchengröße 40
2.3.2 Kontaktzahlen 41
2.3.2.1 Zusammenhang zwischen Kontaktzahlen und Porenanteil 41
2.3.2.2 Natürliche Körnung und Aggregate 42
2.3.3 Einfluss der Bodenentwicklung 43
2.4 Porengrößenverteilungen 46
2.4.1 Einteilungen 46
2.4.2 Formen, Größen und Entstehungsweisen von Poren 49
2.4.3 Auswirkungen der Porengrößenverteilungen 50
3 Mechanisch-hydraulische Kräftesysteme in Böden 51
3.1 Stabilität und Lagerung 51
3.1.1 Kräfte und Spannungen im Boden 51
3.1.2 Aufteilung der im Boden wirksamen Kräfte und Spannungen 55
3.1.2.1 Teilchengewicht 56
3.1.2.2 Über die feste Phase übertragene Auflagerkräfte 56
3.1.2.3 Über die flüssige (oder die gasförmige) Phase übertragene Kräfte 56
3.1.2.4 Kräfte zwischen Oberflächen benachbarter Teilchen 57
3.1.3 System der Hauptspannungen im dreidimensionalen Raum 57
3.2 Stabilität als Gleichgewicht der Kräfte 59
3.2.1 Scherwiderstand als Bodeneigenschaft 59
3.2.1.1 Scherwiderstand des Bodens und seine Erfassung 59
3.3 Druck- und Zeitsetzungsvorgang 66
3.3.1 Drucksetzung 66
3.3.2 Zeitsetzungsverhalten 68
3.3.3 Bedeutung der während der Belastung auftretenden neutralen Spannungen 69
3.4 Spannungs-/Verformungs- u. Bewegungsvorgänge in 3D 71
3.4.1 Spannung und Verformung im dreidimensionalen Raum 71
3.4.2 Druckfortpflanzung im Boden 72
3.4.3 Grundbruch als Resultierende des aktiven und passiven Rankine’schen Zustands 75
3.5 Fließverhalten: Spannungen zwischen Einzelpartikeln 78
3.6 Beeinflussungen des Scherwiderstands durch Bodensubstanzen 83
3.7 Veränderung der Lagerung durch mechanische Einflüsse 84
3.7.1 Auswirkungen menschlicher Eingriffe 84
3.7.2 Auswirkungen von Tierbewegungen und Pflanzenwuchs 86
3.7.3 Auswirkungen des Gefrierens 88
3.7.4 Technische Verdichtung 88
4 Wechselwirkungen zwischen Wasser und Boden 90
4.1 Wasseradsorption 90
4.1.1 Mechanismen der Adsorption 90
4.1.2 Eigenschaften des adsorbierten Wassers 92
4.2 Flockung und Peptisation 93
4.3 Schrumpfung 96
4.3.1 Ursachen der Schrumpfung 96
4.3.2 Schrumpfung in Böden 99
4.4 Quellung 101
4.4.1 Ursache der Quellung und des Quellungsdrucks 101
4.4.2 Quellungshemmung 105
4.5 Rissbildungen 106
4.6 Stabilitätsfaktor Wasser 109
4.6.1 Statischer Wasserdruck 109
4.6.2 Strömungsdruck 111
4.7 Benetzungseigenschaften 114
4.7.1 Ursachen und Auftreten von Benetzungshemmungen 114
4.7.2 Kontaktwinkel und Kapillarität 115
4.7.3 Methoden zur Bestimmung der Benetzungseigenschaften 119
4.7.4 Auswirkungen auf die physikalischen Standorteigenschaften 120
4.8 Elektrische Strömungspotenziale 122
4.9 Aggregatformen und -funktionen 123
4.9.1 Natürliche Aggregatbildung 124
4.9.2 Anthropogen veränderte Aggregatformen 128
4.10 Auswirkung von Aggregatgröße, -form und -alter auf die Hohlraumverteilung129
5 Verbreitung und Hydrostatik des Bodenwassers 131
5.1 Verbreitung und Herkunft des Wassers 131
5.2 Kräfte im Bodenwasser 132
5.3 Grundwasseroberfläche als Bezugsebene 134
5.4 Potenzial des Bodenwassers 135
5.4.1 Gesamtpotenzial und Teilpotenziale 137
5.4.1.1 Das Matrixpotenzial Ψm 137
5.4.1.2 Das Gravitationspotenzial Ψz 138
5.4.1.3 Das osmotische Potenzial Ψ0 138
5.4.1.4 Das Auflastpotenzial ΨΩ 139
5.4.1.5 Das Druckpotenzial Ψp 139
5.4.2 Kombination von Teilpotenzialen 140
5.4.3 Messgeräte 141
5.5 Potenzialgleichgewicht 143
5.6 Matrixpotenzial und Wassergehalt 145
5.6.1 Einfluss der Körnung auf die Matrixpotenzial–Wassergehaltskurve 146
5.6.2 Einfluss des Gefüges auf die Matrixpotenzial–Wassergehaltskurve 147
5.6.3 Hysteresis der Matrixpotenzial–Wassergehaltskurve 148
5.6.4 Bestimmung der Matrixpotenzial-/Wassergehaltskurve 149
5.6.5 Mathematische Beschreibung der Matrixpotenzial-Wassergehaltsbeziehung151
6 Wasserbewegung im Boden 152
6.1 Wasserbewegung im gesättigten Boden 152
6.1.1 Physikalische Phänomene der Fluiddynamik 152
6.1.2 Strömungsfelder 156
6.1.3 Rand- und Grenzbedingungen von Strömungsfeldern 157
6.1.4 Eindimensionale Strömung 158
6.1.5 Zwei- und dreidimensionale Strömungen 160
6.2 Wasserbewegung im ungesättigten Boden 164
6.3 Nichtstationärer Fluss 166
6.3.1 Hydraulische Diffusivität 171
6.4 Wasserleitfähigkeit als Bodeneigenschaft 172
6.5 Dampfförmiger Wassertransport 180
6.6 Infiltration 182
6.7 Dränung 188
6.8 Evaporation 195
7 Die Gasphase im Boden 204
7.1 Energetische Lage der Gasphase 204
7.2 Zusammensetzung der Gasphase 206
7.3 Transportprozesse 208
7.3.1 Diffusion 208
7.3.2 Massenfluss 210
7.3.3 Umverteilungen 211
8 Das thermische Verhalten des Bodens 214
8.1 Thermische Bodeneigenschaften 214
8.1.1 Definitionen 214
8.1.2 Wärmekapazität 215
8.1.3 Thermische Leitfähigkeit 219
8.1.4 Temperaturleitfähigkeit 222
8.1.5 Wärmetransportmechanismen 222
8.2 Modelle für thermische Leitfähigkeit 224
8.3 Messmethoden 224
8.4 Phasenübergänge des Wassers und seine Folgen 225
8.4.1 Feuchteumverteilung durch thermischen Dampffluss 225
8.4.2 Gefriervorgang und Eisbildung 226
8.4.3 Gefriervorgang und Wasserbewegung 228
8.4.4 Gefügebildung 229
9 Wasser-, Wärme- und Gashaushalt von Böden 232
9.1 Grenzfläche „Atmosphäre – Bodenoberfläche“ 232
9.1.1 Strahlungskomponenten und Strahlungsbilanz 232
9.1.2 Energiebilanz an der Bodenoberfläche 235
9.2 Wasserhaushalt 237
9.2.1 Grund- und Stauwasser 239
9.2.2 Gang der Matrixpotenziale 243
9.2.3 Kennwerte des Wasserhaushaltes 249
9.2.3.1 Feldkapazität 249
9.2.3.2 Permanenter Welkepunkt 252
9.3 Wärmehaushalt 252
9.3.1 Verteilung der Temperaturen im Boden 253
9.3.2 Wärmequellen 254
9.3.3 Temperaturgänge im Boden 255
9.3.4 Einflussnahme auf den Wärmehaushalt 259
9.4 Gashaushalt 261
9.4.1 Wassergehalte und Verteilung der Gasphase im Bodenprofil 262
9.4.2 Jahreszeitliche Veränderungen 265
10 Der Pflanzenstandort und seine physikalische Veränderung 268
10.1 Anforderungen der Pflanzen an die Wasserversorgung 268
10.2 Interaktionen zwischen mechanischen und hydraulischen Vorgängen 271
10.2.1 Mechanische und hydraulische Bodendeformation 272
10.2.2 Porenfunktionsänderungen infolge mechanischer und hydraulischer Spannungen 275
10.2.3 Wechselwirkungen zwischen hydraulischen Porenfunktionen und mechanischen
Kenngrößen 278
10.2.4 Dynamik physikalischer Bodenkenngrößen als Grundlage zur Beurteilung von
Bodenbewirtschaftungsmaßnahmen 279
10.3 Eingriffe in das hydraulische Spannungssystem 281
10.3.1 Entwässerung 281
10.3.2 Bewässerung 285
10.3.3 Perkolation 287
10.4 Eingriffe in das mechanische Spannungssystem 289
10.4.1 Verdichtung 289
10.4.2 Lockerung 290
10.4.3 Materialumlagerungen 291
11 Erosion 293
11.1 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten 293
11.1.1 Ablösung von Teilchen oder Aggregaten 294
11.2 Ansätze für Erosionsschutzmaßnahmen 298
11.2.1 Erodierbarkeit 299
11.2.2 Erodierende Wirkung 301
11.3 Erosionsgleichungen 301
11.3.1 Bodenerosion durch Wasser 302
11.3.2 Bodenerosion durch Wind 305
12 Lösungstransport und Filterprozesse in Böden 306
12.1 Grundlagen des Stofftransportes 307
12.1.1 Durchbruchskurven in porösen Medien 307
12.1.2 Molekulare Diffusion 309
12.1.3 Konvektiver Fluss und hydrodynamische Dispersion 311
12.1.4 Adsorption 313
12.1.5 Konvektions-Dispersionsmodell des Lösungsstofftransportes 314
12.1.6 Weitere Einflussfaktoren auf den Stofftransport 316
12.1.7 Modelle zur Beschreibung des Stofftransportes 317
12.2 Filtervorgänge in Böden 318
12.2.1 Filtertypen 318
12.2.2 Böden als Filter 319
12.2.3 Wirksamkeit eines Filters 320
12.2.4 Optimierung von Filtervorgängen 322
13 Perspektiven der Bodenphysik 324
14 Literaturverzeichnis 333
15 Häufige Maßeinheiten und Umrechnungen 356
Bedeutung der Abkürzungen 356
Basisumrechnungen: Dichte und Porenraum 357
Transport in porösen Medien 358
Ableitung der Haushaltsgleichung 359
Energiebilanz an der Bodenoberfläche 360
Tensoren 361
Umrechnung von Messwerten 362
Sachregister 363