Verdichtete Pfützen
In verdichteten Pfützen staut sich Regenwasser aufgrund geringer Bodendurchlässigkeit. ©Alexander Stahr

Der Boden ist aus pedologischer und hydrogeologischer Sicht ein Porengrundwasserleiter, sieht man einmal von tiefgreifenden größeren Hohlräumen ab (z. B. abgestorbene Wurzeln, Schrumpfungsrisse, Tiergänge), die annähernd mit „Klüften“ eines Festgesteins (Kluftgrundwasserleiter) im geologischen oder hydrogeologischen Sinn zu vergleichen sind. Daher steht der Boden hinsichtlich seiner Durchlässigkeit oder Wasserleitfähigkeit wissenschaftlich sowohl im Interesse der Bodenkunde als auch im Interesse der Hydrogeologie. Insbesondere auch, was die Reinigungskraft gegenüber eingetragenen Schadstoffen betrifft (elementare Reinigungs-, Filter- und Pufferfunktion im Naturhaushalt). Durch anthropogene Aktivitäten bewusst oder unbewusst eingetragene Schadstoffe, seien es Schwermetalle, Pestizide, Luftschadstoffe unterschiedlichster Art und Herkunft, Hydrauliköle, Schmierstoffe, pathogene Mikroorganismen oder sonstige umweltschädigende und insbesondere das Grund- oder Trinkwasser belastende Stoffe, können im Boden je nach seinen spezifischen Eigenschaften (z. B. pH-Wert, Bodenart, Anteil und Art der organischen und anorganischen Bodenkolloide, Qualität und Quantität des Edaphons) und den Eigenschaften des Schadstoffs Einträge zurückgehalten oder festgelegt bzw. ab- oder umgebaut werden. Ein besonders hohes Adsorptionsvermögen besitzen in der Regel tonmineralreiche (Illit, Smectit, Allophan) sowie humusreiche Böden. Schadstoffe können im Boden auch zu unschädlichen Stoffen umgewandelt werden. Derartige Transformationsprozesse ermöglichen chemische und biochemische Reaktionen aufgrund der Aktivität des Edaphons.

Im Hinblick auf mögliche Grund- und somit Trinkwasserkontaminationen kommt den Böden daher eine große Bedeutung im Grundwasserschutz zu. Insbesondere in Trinkwasserschutzgebieten (Schutzzonen I, II und III). Dies betont bereits Matthess im Lehrbuch der Hydrogeologie (1973:80) wo es heißt: „Sorptionsvorgänge spielen sich in den Deckschichten vor allem im belebten humosen Boden ab. Die Vorgänge im Boden sind für den Schutz des Grundwassers gegen Verunreinigungen von der Erdoberfläche her von sehr großer Bedeutung.“

Die hydraulische Durchlässigkeit des Bodens, die schwerkraftbedingte Abflussgeschwindigkeit mit der Wasser im Boden versickert, wird in der Bodenkunde und auch in der Hydrogeologie mit dem Durchlässigkeitsbeiwert (kf-Wert) beschrieben (Synonyme für den kf-Wert sind: Durchlässigkeit, Wasserdurchlässigkeit, hydraulische Leitfähigkeit, Wasserleitfähigkeits-Koeffizient, Permeabilität). Dieser Wert quantifiziert die Durchlässigkeit von Böden (Gesteinen). Je höher der Wert, desto höher die Geschwindigkeit, mit der sich das Wasser durch den Boden (Gestein) bewegt. Der kf-Wert im wassergesättigten Zustand eines Bodens ist z. B. ein wichtiges Maß für die Bewertung der Filtereigenschaften und der Dränwirksamkeit eines Bodens oder eines Bodenhorizonts. Auch bei der Planung und dem Bau von Entwässerungsanalgen, im Gartenbau und in der Landwirtschaft sowie hinsichtlich der Ergiebigkeit von Brunnenbohrungen (Hydrogeologie) ist eine Ermittlung des kf-Wertes des anstehenden Bodens von Bedeutung.

Die Durchlässigkeit eines Bodens oder eines Bodenhorizonts hängt in erster Linie von seiner Porosität ab. Diese wird bestimmt durch die Korngrößen, die Korngrößenverteilung, durch das Bodengefüge (Der Begriff „Gefüge“ beschreibt die Art und Weise, in der die Teilchen, aus denen sich ein Boden zusammensetzt, zueinander gelagert sind), durch die Lagerungsdichte und somit letztendlich vom Porenvolumen eines Bodens. Zudem ist die hydraulische Durchlässigkeit in gewissem Maße auch abhängig von den Eigenschaften des Wassers. Sie steigt u. a. mit dessen Temperatur. Die hydraulische Durchlässigkeit des Bodens ist in der ungesättigten Bodenzone durch Lufteinschlüsse geringer als in der gesättigten Zone.

Die Ermittlung des Durchlässigkeitsbeiwertes im Labor erfolgt durch einen Durchlässigkeitsmesszylinder an ungestörten Bodenproben (Stechzylinderproben), die mit Wasser durchströmt werden. An den glatten Schnittstellen werden mit einem Gerät (Kratzer) natürliche Bruchflächen erzeugt.

Tabelle 1 Kf-Werte für Boden und Gestein (hydrogeologisch)

kf in m/s Bereich
unter 10-8 sehr schwach durchlässig
10-8 bis 10-6 schwach durchlässig
10-6 bis 10-4 durchlässig
10-4 bis 10-2 stark durchlässig
über 10-2 sehr stark durchlässig

 

Tabelle 2 Beispiele für kf-Werte von Bodenarten (Korngrößen)

Reiner Kies 10-1 bis 10-2 m/s
Grobsand 5*10-3 bis 5*10-4 m/s
Mittelsand 5*10-4 bis 10-4 m/s
Feinsand 10-4 bis 10-5 m/s
Schluffiger Sand 5*10-5 bis 5*10-7 m/s
Schluff 7*10-6 bis 10-8 m/s
Ton < 10-9 m/s

 

Literatur und weiterführende Literatur

Matthess, G. (1973): Lehrbuch der Hydrogeologie, Bd. 2: Beschaffenheit des Grundwassers.- XI,324 S., 89 Abb., 86 Tab; Berlin, Stuttgart (Borntraeger).

Hartge, K-H. & Horn, R. (2009): Die physikalische Untersuchung von Böden.- 175 S.; Berlin, Stuttgart (Borntraeger).