In einem Bodenkörper tritt Wasser in verschiedenen Verteilungen auf und es bewegt sich je nach Zustand auch auf verschiedenste Arten. Grundlegend kann man zwei mit Wasser erfüllte Bereiche im Boden voneinander abgrenzen. Im phreatischen Bereich sind die Bodenhorizonte dauerhaft vollständig von Wasser erfüllt und die Bewegung folgt dem Gefälle in Richtung eines tiefsten Punktes, etwa zu einem Gerinne oder einer Wasserfläche hin. Man spricht dann vom Grundwasser, welches jedoch nicht Teil dieser Arbeit sein soll. Der Aufsatz behandelt vielmehr die Bodenbereiche die nicht dauerhaft von Wasser durchsetzt sind, den sog. vadosen Bereich. Die Bewegungen erfolgen hier nicht nur als Folge der Schwerkraft sondern sind maßgeblich von verschiedenen Bindungskräften und Potenzialgradienten beeinflusst. Die Arten der Wasserbindung und das Potenzialmodell des Bodenwassers werden in Teil I und II genauer behandelt.
Je nach Wasserhaushalt im Boden finden Ortsveränderungen auf unterschiedliche Weise statt, je nachdem ob das Bodenwasser überwiegend in dampfförmiger Phase vorherrscht oder die Bewegung in flüssiger Phase abläuft. Im Fall von flüssiger Wasserbewegung kann noch differenziert werden ob die Bodenporen vollständig mit Wasser ausgefüllt sind oder ob diese noch lufterfüllte Bereiche aufweisen, man unterscheidet also zwischen gesättigter und ungesättigter Wasserbewegung. In der Dampfphase ist die Bewegung stets ungesättigt. Inhomogenitäten im Bodenprofil führen außerdem zu Veränderungen im gleichmäßigen Wasserfluss, je nachdem wie sich die Wasserleitfähigkeit der überlagernden Horizonte unterscheidet.
Die Gesamtbetrachtung des Bodenwassers erfolgt abschließend im letzten Teil der Arbeit. Je nach Form der Zuflüsse und Verluste von Wasser in den Boden ergibt sich ein Jahresgang des Bodenwasserhaushalts wobei sich aride von humiden Erdteilen stark unterscheiden, ausgehend von den unterschiedlichen Zuständen und Bewegungsformen des Wassers im Boden. Zunächst ist jedoch wichtig sich vor Augen zu führen wie Wasser überhaupt entgegen der Schwerkraft im Boden gehalten bzw. bewegt werden kann.
Inhaltsverzeichnis
Einführung
I. Bindungsarten des Wassers im Boden
a. Adsorptionswasser
b. Kapillarwasser und kapillare Hysterese
II. Wasserpotenzialmodell und Wasserspannungskurve
a. Gravitationspotenzial Ψz
b. Matrixpotenzial Ψm
c. hydraulisches Potenzial ΨH
d. Wasserspannungskurve
III. Wasserbewegung im Boden
a. Wasserbewegung in gasförmiger Phase
b. Wasserbewegung in flüssiger Phase
c. Veränderungen der Wasserbewegung an Schichtgrenzen
IV. Jahresgang des Bodenwasserhaushalt
a. Bodenwasserhaushaltsgleichung
b. Jahresgang arider und humider Gebiete
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht die räumliche und zeitliche Variabilität von Bodenwasser, wobei der Fokus auf dem ungesättigten Bereich des Bodenprofils und den physikalischen Kräften liegt, die dessen Bewegung und Bindung bestimmen.
- Physikalische Bindungsformen des Wassers im Boden
- Das Potenzialmodell zur Beschreibung der Wasserenergie
- Mechanismen der Wasserbewegung in gasförmiger und flüssiger Phase
- Einfluss von Bodenbeschaffenheit und Schichtung auf den Wasserfluss
- Jahreszeitliche Dynamik des Bodenwasserhaushalts in verschiedenen Klimazonen
Auszug aus dem Buch
b. Kapillarwasser und kapillare Hysterese
Die Wasserbindung an einzelnen Bodenkolloiden ist nicht allein für den Verbleib von Haftwasser im Boden verantwortlich. Im Komplex berühren sich die Teilchen und das adsorptive Wasser schließt sich in den Winkeln der Berührungsstellen als Manschetten- bzw. Porenwinkelwasser zusammen (Abb.3 - 2). Das Wasser krümmt sich an der Grenzschicht zur Bodenluft unter Wirkung der Oberflächenspannung zu einem Meniskus, der Dampfdruck wird erniedrigt und es muss höhere Energie aufgewendet werden um es zu entfernen. Die Krümmung der Menisken variiert mit dem Wassergehalt des Bodens. Steigt dieser an werden sie flacher und die Oberflächenspannung nimmt ab, bei sinkendem Wassergehalt krümmen sie sich immer mehr und die Spannung an der Oberfläche steigt an. Weiteren Wasserverlusten an die Luft soll damit entgegengewirkt werden. Berühren sich die Teilchen so dass Hohlräume dazwischen umschlossen werden kann man sich vereinfacht die Entstehung von Kapillaren vorstellen. Das Porenwinkelwasser erfüllt den gesamten Porenraum als Kapillarwasser oder auch Porensaugwasser (Abb.3 - 3).
Zusammenfassung der Kapitel
Einführung: Der Abschnitt grenzt das Thema des ungesättigten Bodenbereichs ein und erläutert die Bedeutung von Bindungskräften sowie klimatischen Einflüssen auf den Bodenwasserhaushalt.
I. Bindungsarten des Wassers im Boden: Hier werden die Adsorption an Bodenteilchen sowie die Kapillarwirkung als primäre Mechanismen der Haftwasserbindung im Boden beschrieben.
II. Wasserpotenzialmodell und Wasserspannungskurve: Dieses Kapitel erläutert die energetische Beschreibung von Bodenwasser durch Gravitations-, Matrix- und hydraulisches Potenzial sowie deren grafische Darstellung in Wasserspannungskurven.
III. Wasserbewegung im Boden: Es werden die Diffusionsprozesse in der Gasphase und die ungesättigte sowie gesättigte Fließbewegung in der Flüssigphase unter Berücksichtigung von Schichtgrenzen analysiert.
IV. Jahresgang des Bodenwasserhaushalt: Das Kapitel betrachtet die mathematische Bilanzierung des Bodenwassers und vergleicht die jahreszeitliche Dynamik in ariden und humiden Klimaregionen.
Schlüsselwörter
Bodenwasser, Haftwasser, Adsorptionswasser, Kapillarwasser, Wasserpotenzial, Matrixpotenzial, Bodenfeuchte, Infiltration, Sickerwasser, Evaporation, Feldkapazität, Welkepunkt, Bodenkunde, Hydrologie, Bodenprofil
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundlegend?
Die Arbeit behandelt die physikalischen Zustände und Bewegungsformen von Bodenwasser im sogenannten vadosen, also dem nicht grundwassergesättigten Bereich des Bodens.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Bindungsenergie des Wassers, der Energiebilanz des Bodenwassers, den Bewegungsmechanismen (Gas- und Flüssigphase) und dem jahreszeitlichen Wasserhaushalt.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die räumliche und zeitliche Variabilität des Bodenwassers zu verstehen, basierend auf den physikalischen Interaktionen zwischen Bodenmatrix und Wassermolekülen.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine Literaturarbeit, die auf etablierten bodenkundlichen und hydrologischen Modellen (z. B. Darcy-Gesetz, Potenzialmodell nach Buckingham) basiert.
Was ist der Kerninhalt des Hauptteils?
Im Hauptteil werden die physikalischen Ursachen der Wasserbindung, die mathematische Beschreibung der Wasserbewegung durch Potenziale und die Auswirkungen der Bodenbeschaffenheit auf den Wasserfluss detailliert analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Wichtige Begriffe sind Bodenwasser, Wasserpotenzial, Matrixpotenzial, Infiltration und Feldkapazität.
Was versteht man unter dem in der Arbeit beschriebenen "Kapillaren Hysterese" Effekt?
Dies beschreibt das Phänomen, dass das Absinken oder Aufsteigen von Wasser in Kapillaren aufgrund ungleichmäßiger Radien behindert wird, was zu einer Stauchung oder Dehnung des Kapillarsaums führt.
Warum ist das Verständnis der Wasserspannungskurve für die Landwirtschaft wichtig?
Die Kurve gibt Auskunft über die pflanzenverfügbare Wassermenge (Feldkapazität) und hilft dabei, den Bedarf an Bewässerungs- oder Entwässerungsmaßnahmen besser einzuschätzen.
- Citation du texte
- Matthias Jüttner (Auteur), 2006, Bodenwasser in seiner räumlichen und zeitlichen Variabilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/167730
