Institut für Landwirtschaft

KERNFORSCHUNGSANLAGE JOLICH

des Landes Nordrhein-Westfalcn-e.V.

Untersuchungen loteritischer Böden

1. Chemische und Physikalische Untersuchungen

von

H. W. Scharpenseel, H. Beckmann, W. Kerpen

Jül - 279 - LW 1963

Berichte der Kernforschungsanlage Jülich - Nr. 279

Institut für Landwirtschaft Jül - 279 - LW

DOK.: Soils - Analysis

DK.: 631.42

Zu beziehen durch: ZENTRALBIBLIOTHEK der Kernforschungsanlage Jülich Jülich, Bundesrepublik Deutschland

Extrait de Overdruk uit

PEDOLOGIE, XIII,2 , S. 415-428, 8 Abb., 3 Tab. Gent, 1963 .

.. UNTERSUCHUNGEN LATERITISCHER BODEN

1. CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE UNTERSUCHUNGEN

H. W. ScHARPENSEEL, H. BECKMANN, W. KERPEN

PEDOLOGIE, XIIl,2, S. 415-428, 8 Abb„ 3 Tab. Gent, 1963. 1

UNTERSUCHUNGEN LATERITISCHER BÖDEN

1. CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE UNTERSUCHUNGEN

H. W. ScHARPENSEEL, H. BECKMANN, W. KERPEN

Einige in der letzten Zeit verfasste sehr eingehende 'Übersichts­darstellungen unseres gegenwärtigen Standes in der Erforschung lateritischer (ferrallitischer) Böden [1, 4, 7] erübrigen an dieser Stelle einleitende Ausführungen zur historischen Entwicklung des Lateritbegriffs seit seiner Begründung durch BucHANAN [3] und BABINGTON [2] sowie zu seiner geographischen, ökologischen Ver­breitung und Profilmorphologie.

Während in der Frühzeit der Pedologie im vergangenen Jahr­hundert fast jeder an der Lateritforschung Interessierte seine eigene Theorie über den Bildungsmechanismus des Lateritplinthits und der typischen Horizontfolge lateritischer Böden (Oberboden - poröse, wabige, schlackige Sesquioxydschicht mit Plinthit - gefleckter Horizont - grauer, toniger Horizont - unverfestigtes Ausgangs­material) besass, werden heute ernsthaft nur mehr einige wenige genetische Konzepte in Erwägung gezogen, deren stärkste Va­rianten in Tab. 1 zusammengefasst sind. Trotzdem bestehen in Bezug auf die Bildung und Umwandlung lateritischer Substanzen noch sehr uneinheitliche Vorstellungen, da im Verhältnis zum Ver­breitungsgebiet der Laterite noch zu wenige Standorte und Profile einer eingehenden Untersuchung unterzogen worden sind. Die vor­liegende Arbeit macht es sich daher zur Aufgabe, lateritische Plin­thite und Profile aus verschiedensten Teilen der Welt nach che­mischen, physikalischen und mikromorphologischen Gesichts-

Dr. H. W. SCHARPENSEEL, Dr. H. BECKMAN. Universität Bonn - Institut für Bodenkunde, Nussallee, 13 (Dir. : Prof. Dr. Dr. E. Mückenhausen).

Dr. W. KERPEN. Arbeitsgruppe, Institut für Landwirtschaft der Kernforschungsanlage fülich, tm Institut für Bodenkunde, Bonn.

415

TABELLE 1

GEGENÜBERSTELLUNG VERSCHIEDENER THESEN ÜBER DEN BILDUNGSMECHANISMUS LATERITISCHER BÖDEN

Nr. Massgebende bodendynamische Prozesse

Direkte Verwitterung in Plinthitkrusten ohne exogene Eisenzufuhr, relative Sesquioxy<l-Anreicherung <lurch Si02 un<l Basenabtransport (inverse Podsolierung).

2 Eisenanreicherung durch vertikale Illuviation in podsol­ähnlicher Dynamik.

3 Fe- und Al-Anreicherung durch kapillaren Wasseraufstieg. Plinthit ist aufgekröpfter Illuvialhorizont auf A-Material.

B1 (PI) bA

B2 BC c

4 Fe-Ausfällung und Konzentrierung durch Oxydation an oberer Grenze einer vertikal fluktuierenden Grundwas­sertafel, Kaolinit an unterer Grenze. Erklärung für Al­Anreicherung schwierig. Besonders intensive Verwitterung durch Grundwasserfluktuation, Werführung der löslich­sten Bestandteile, Anreich~rung der weniger löslichen. (Eine Art allitischer Vergleyung).

5 Laterale Fe- und Al-Anreicherung, transportiert im Hangwasser über dem Staukörper. Eventuell gleichzeitige Wegführung von Si02 ; in loco oder höherer Lage die allitische Verwitterung. Fe- und Al-Anreicherung auch durch Abtragung alter lateritischer Erosionskappen auf Plateau oder Oberhang. Plinthit-Ausblühungen an Hang­fuss. (Manche Formen eine Art allitischer Pseudo­vergleyung).

( *) X geringe Bedeutung XX mittlere Bedeutung

Bedeu­tung(*)

XX

X

XX

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punkten zu charakterisieren als kleinen Beitrag zur Behebung dieses Engpasses. Dabei soll unser Augenmerk besonders auf mögliche genetische Zusammenhänge gerichtet werden. Ergänzende Modelluntersuchungen an Säulen mit Basaltgrus, welcher bei 70°C hydrothermal unter pneumatisch gesteuerter Fluktuation des Grundwasserspiegels verwittert wird, dienen dem Studium der zeitlichen Reihenfolge in der Stoffabwanderung und sekundären Neubildung.

Chemische und physikalische Untersuchungen

Lateritische (ferrallitische) Böden sind prinzipiell gesehen das Endprodukt der ferrallitischen Bodenbildung. Unter Auswaschung von Si02 und weitgehender Entbasung findet eine Anreicherung der Sesquioxyde statt, die in Form von Goethit, Hämatit, Gibbsit, Boehmit und einem hohen Anteil grossoberflächiger, vernetzender, röntgenamorpher Eisen- und Aluminium-Verbindungen und -Gele vorgefunden werden. Diese als Lösungsreste wie durch ver­tikale Illuviation oder hangabwärts gerichteten, vielfach durch Chelate begünstigten Transport, akkumulierten Eisen- und Alumi­nium-Verbindungen kristallisieren zum Teil als kontinuierliche Aggregate und Vernetzungen oder formen durch Dehydratation Nahfällungen, welche durch den mehrfachen Wechsel von An­feuchtung und Austrocknung in wenigen Jahren fast irreversibel verhärten können zu einem selbst durch stärkste erodierende Kräfte kaum angreifbaren Panzer oder « cuirasse » von verhärtetem Plinthit.

Geomorphologisch lassen sich die meisten Lateritvorkommen etwa wie folgt unterteilen : 1. Eisenkrusten über Peneplains (Fastebenen), 2. Plinthit im Hangfuss: Sesquioxydanreicherung durch temporäres Sickerwasser und Hangwasser, oder Kolluvium,

3. weicher oder verhärteter Plinthit im Grund- oder Tagwasser­schwankungsbereich, etwa analog unseren g1 oder G 0 - Horizonten,

4. Sammelgruppe all der meist durch Erosion freigelegten ferral­litischen Panzer auf Terrassen und anderen nur schwach hängigen Lagen von « Nicht-Peneplain-Charakter ».

Tab. 2 zeigt die Korngrössen- und chemischen Analysendaten von Profilen und Plinthitmaterialien verschiedener geomorphologischer Lagen und genetischer Entwicklungstypen aus Indien, Ceylon, dem Kongo, den Philippinen, Sierra Leone und Portugal.

Col ist ein Stockwerkprofil von 2 Grundwasserlateriten südlich von Colombo (Ceylon). Die beiden Plinthithorizonte von 30-250 cm und von 600-850 cm Tiefe zeigen klar abgesetzt von dem Av und den

417

Abb. 1

Doppelstöckiger Laterit mit deutlich sichtbarer Bleichzone südlich von Colombo, Ceylon.

gefleckten Horizonten (mo=mottled) höheres pH, geringere Azidi­tät, niedrigere Austauschkapazität bei höherer Basensättigung sowie höhere Eisen- und Aluminiumwerte bei Bausehanalyse und NH4Cl-auszug. Dem parallel stehen ein stark verminderter Si02-

Gehalt und besonders niedrige Schluffanteile. Das Profil könnte so gedeutet werden, dass durch Tiefenerosion der Grundwasserspiegel absank und in dem neuen Schwankungsbereich eine zweite Plin­thitzone zur Ausbildung gekommen ist. Die zwischen den beiden Plinthitbänken liegende Zone (250-600 cm) ist besonders sauer, basenarm (lösliche wie auch Gesamtbasen in der Bausehanalyse), ton- und schluffreich. Hier ist ganz offensichtlich in voller Horizont­tiefe eine Fe- und Al- Verarmung erfolgt, die als sekundäre Fe- und Al-Quelle zur Anreicherung in den Plinthithorizonten führte. Da auch die unter der tieferen Plinthitbank gelegenen Schichten ärmer an Fe und Al sind, dürfte es sich bei der Sesquioxyddynamik in stärkerem Masse um kapillaren Aufstieg mit dem Kapillarwasser als um Illuviation mit dem Sickerwasser handeln.

Abb. 1 zeigt den Profilaufschluss. Die zwischen den beiden Plin­thitbänken liegende gefleckte Zone erscheint als eine Art Bleich­horizont. Dieser in tieferen Profilen oft auftretende Eindruck wurde - wie in Tab. 1 dargestellt - von mancher Seite als Indikation für einen podsolartigen Bildungsmechanismus gewertet, was aber

418

in vorliegendem Profil durch den der Bleichzone aufgekröpften, oberen Plinthithorizont sehr unwahrscheinlicht wird.

Lum ist ein Grund- und Tagwasserlateritprofil bei Lumela, 40 Meilen NO von Colombo, über sehr quarzreichem, präkambrischem Gneiss. Es handelt sich ursprünglich wohl um die Bildung eines Grundwasserlaterits, über dessen stauender Plinthitbank sich nach Absinken der Grundwassersohle eine weitere Schicht noch weichen Plinthits im Stauwasserschwankungsbereich bildete. In den Plin­thithorizonten herrscht noch die höchste Basensättigung, bei nie­drigem Ton- und Schluffgehalt. Hier finden sich auch die höchsten Mengen an löslichem Eisen sowie an Fe20 3 und Al20 3 in der Bausehanalyse. Der pflanzenverfügbare sowie der totale Basen­gehalt sind in allen Horizonten, speziell unterhalb 600 cm, auf Grund des sehr quarzreichen und basenarmen Ausgangsmaterials recht niedrig.

Abb. 2 zeigt den Profilaufbau mit dem mächtigen Grund­wasserplinthithorizont, der sich dadurch auszeichnet, dass die quarzreiche Grundsubstanz von dünnen Eisenrinden überzogen und imprägniert ist.

Tri ist eine lateritische Roterde bei Trichur, Mysore, Indien, mit einem Plinthithorizont im jetzigen Tagwasserschwankungsbereich, welcher wohl in der früheren Grundwasserzone seine Anfangsent-

Abb. 2 Grund- oder Tagwasserlaterit Lumela (NO von Colombo, Ceylon) über prä­kambrischem Gneiss.

419

Abb. 3 Laterit am Hangfuss, nahe Freetown, Sierra Leone.

wicklung nahm. Auch hier zeigt der Plinthithorizont den höchsten Basensättigungsgrad sowie den höchsten Gehalt an löslichem Eisen und Fe20 3 sowie Al20 3 in der Bausehanalyse. Die drei oberen Horizonte enthalten noch mehr Gesamtbasen als die Plinthitzone. Es ist daraus zu folgern, dass die Fe- und Al-Einwanderung in den Plinthit von unten her durch Aufstieg mit dem Kapillarwasser erfolgte. Wie beim 1. und 2. Profil (Col und Lum) zeigen auch hier die den Plinthit überlagernden Horizonte besonders hohe Ton- und Schluffgehalte (die Ton- und Schluffgehalte in der Fleckenzone unter dem Plinthit wurden nicht mehr ermittelt).

Mer beschreibt die Panzer- und Fleckenzone eines im Tagwasser­schwankungsbereich am Hangfuss gebildeten Laterits bei Mercara (Coork, Indien). Die Analysendaten lassen sehr klar die immer auftretenden Unterschiede der beiden im Aufbau lateritischer Pro­file komplementären Horizonte (der Plinthitbank und der ge­scheckten Zone) erkennen: ausgeprägt höherer Basensättigungsgrad sowie Eisen- und Aluminiumgehalt, ferner engeres Si02/ R 20 3- Ver­hältnis beim Plinthit gegenüber dem darunter liegenden gescheckten Material. Da man die Eisenakkumulation im Plinthit am Hangfuss mit dem hier stattfindenden biologischen Abbau chelatisierender organischer Komplexbildner als Vehikel des transportierten Eisens verbindet (Tab. 1), ist der organsiche-Substanz-Gehalt von 0,55 % im Plinthit in 120-300 cm Tiefe bezeichnend. Die organische

420

Substanz der von uns untersuchten Plinthite war durch normale HCl-V orbehandlung und Alkaliextraktion, nicht in Form von Huminsäuren zu isolieren. Abb. 3 zeigt den Aufschluss eines typischen Hangfusslaterits bei Freetown (Sierra Leone) .

Kap ist eine an der Oberfläche humose, in Subhorizonte unter­teilte erodierte Grundwasserlateritbank bei Kaponda Seri, Kongo. Der Plinthit ist trotz des relativ niedrigen Eisengehalts (8 % ) in der Bausehanalyse diagenetisch zu einer besonders widerstands­fähigen, schlackenartigen Gerüstmasse verhärtet, in deren Hohl­räumen kaolinitreiches Material als Füllmasse eingeschlossen ist. Das Substrat ist dabei sehr stark sauer und zeigt einen Basensättigungs­grad unter 10 %. Der Eisengehalt ist im unteren Teil der Plinthit­bank höher als oben, was darauf schliessen lässt, dass durch die hohe Azidität, gepaart mit geringmächtiger, aber reicher Humus­auflage (23,3 % org. Substanz) bereits eine sekundäre Eisenab­wanderung in die tieferen Bereiche eingesetzt hat.

Alj bezeichnet ein fossiles Grundwasserlateritprofil im « Rafias­Plateau » bei Aljustrel in Südportugal. Auch hier tritt deutlich die Überlegenheit im Eisen- und Aluminiumgehalt der Plinthitzone in Erscheinung. Es handelt sich hier um ein sehr Al-reiches Plinthit­material mit Si02 : R 20 3 = 1 : 1. Aussergewöhnlich ist auch der relativ hohe pH-Wert und Basensättigungsgrad.

Abb. 4 Lateritbildung unmittelbar aus dem Ausgangsmaterial bei Banquerohan, Philippinen.

421

Abb. 5

Grundwasserlaterit (2 Stockwerke) in Flussterrasse des Rokol-River bei Port Loko, Sierra Leone.

Ban und Leg sind zwei Lateritprofile, die sich in loco aus dünnen Schleiern andesitischer Vulkanasche unter kaolinit- und illit­reichem « Louisiana-clay loam » im Südzipfel der Insel Luzon bei Legaspi gebildet haben. Die ganzjährig auftretenden Niederschläge führen zu intensiver chemischer Verwitterung; die zwei hervor­tretenden Regenzeiten im Frühsommer und Herbst bewirken starke Schwankungen des Grundwasser- und Tagwasserspiegels. Im Stauwasserschwankungsbereich findet die in Abb. 4 dargestellte Ausbildug von Plinthit statt, der wiederum höhere Fe- und Al­Gehalte sowie durch starke Si02-Abnahme ein engeres Si02/ Al20 3-

Verhältnis gegenüber dem überlagerden Rotlehm erkennen lässt. Das kann sowohl durch Nahfällungen aus dem gescheckten Verwit­terungsmaterial, welches den Übergang zur Zersatzzone bildet, wie auch gemäss der leichten Inklination, durch Zufuhr aus dem Hangwasser genährt sein. (Die laterale Wasserbewegung wurde trotz des hohen Tongehaltes in Markierungsversuchen mit Tritiumwasser als nicht unbeträchtlich erkannt [5]).

Loko ist ein mächtiges zweischichtiges lateritisches Rotlehmprofil in der Flussterrasse des Rokol-Flusses nahe Port Loko in Sierra Leone (Abb. 5). Das gesamte Material ist diffus von weichem vorgebil­detem Plinthit durchzogen mit Maxima im obersten Horizont den

' man als Erosionsrelikt eines früheren Grundwasserlaterit-Plinthit's

422

TABELLE 2

CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE UNTERSUCHUNG DER LATERITPROFILE UND -PANZERMATERI.AliolEN

Prof. Hor. Tiefe pH Hydrol. s T T-S V CaO Azidit.

mg/ JOOg Boden

in 1 '1o in Laktat-________ c_m ____ H.:.;.2 o __ n_K_c_1 __ Y.;::_t __ m_va_l f_1_oo_g_Bo_d_en __ ,,;,3_o __ N_H_;!4 ct auszug

Co! AP Pl Mo PI Mo Gr

Lum A PI PI Mo/Gr BC/C

Tri A1

Aa B1 B3/Pl

We/Gh PI PI

Mer PI Mo

Kap A0/Pl (AB)/Pl (A13)/Pl B2/PI

Kat PI PI

Faro PI

Cer PI

Alj

Mig

Ban

Leg

+>

Loko

AP Aa Bz Cl Cz C3/PI

PI

w.PI PI

A B1 /w.PI BC/PI

A(PL) B (B) w.Pl PI

0-30 30-250

250-600 600-850 850 950 950-1200

0-35 35-250

250-600 600-700 700-+

0-30 30-45 45-70 70-+

Oberfl.

120-300 300-500

0-8 8-30

30-60 60-150

Oberfl.

Hangf.

90-+

0-25 28-53 63-75 87-117

122-137 140-165

Hangf.

60-120 120+

0-30 30-60 60-200

0-40 40-90 90-200

200-380 380-1000

4,95 4,55 11,5 2,9 10,4 7,5 28,0 12,6 5,5 0,0 5,6 5,5 3,7 4,3 6,7 2,4 64,1 11,2 4,0 0,0 4,75 4,0 12,0 0,8 8,6 7,8 9,3 22,4 6,5 0,0 5,2 4,8 6,6 2,0 6,3 4,3 32,8 25,2 3,0 0,1 4,7 4,3 10,8 1,7 8,7 7,0 19,6 35,5 12,0 0,0 4,75 4,05 11,7 0,2 7,8 7,6 2,6 0,0 7,0 0,0

5,1 4,45 12,7 2,8 11,0 8,2 25,4 22,4 3,5 0,0 5,35 5,3 4,2 2,0 4,7 2,7 42,5 22,4 3,5 0,1 4,7 4,45 4,9 0,6 3,8 3,2 15,8 19,6 3,0 0,0 4,85 4,75 2,8 0,0 1,8 1,8 0,0 7,0 3,0 0,0 6,45 6,1 1,8 0,0 1,2 1,2 0,0 0,0 1,0 0,0

4,85 4,55 18,2 6,8 18,6 11,8 36,6 63,1 10,0 0,0 4,75 4,35 11,2 2,8 10,l 7,3 27,9 29,4 9,0 0,0 4,45 4,0 20,6 7,5 20,9 13,4 27,9 38,8 11,5 0,0 4,7 4,35 12,0 9,6 17,4 7,8 55,2 70,0 9,5 0,2

4,45 4,8

3,7 4,35 4,15 4,15

5,05 7,6

5,2

6,1

5,9 6,4 6,4 6,2 6,2 6,0

6,6

4,9 5,0

5,0 5,6 5,7

5,3 5,6 5,3 5,6 5,6

4,45 8,8 4,25 7,4

2,95 158,0 3,8 28,2 3,95 21,0 4,0 17,2

5,0 11,2 7,3 2,6

4,55

5,35 2,6

5,55

3,8 3,95

4,45 3,9

3,8

4,7 4,9 4,6 5,0 4,5

5,0

25,2 11,5

4,4 2,0 0,1

3,2 8,9 5,7 0,6 5,4 4,8

4,2 107,0 102,8 1,0 19,3 18,3 0,8 14,4 13,6 1,2 12,4 11,2

6,4 10,6 4,2 4,1 5,8 1,7

0,8

2,2 3,9 1,7

2,4 4,6 4,8 4,4 4,6 8,2

11,2

8,0 6,8

8,4 5,7 4,9

8,0 8,4 8,6 9,8 9,4

4,4 2,0 5,6 1,0 5,8 1,0 5,4 1,0 6,2 1,6 9,9 1,7

14,45 3,3

24,6 16,6 14,3 7,5

25,8 22,6 17,8

18,7 17,9 17,6 18,6 15,2

17,4 16,9 12,9

10,7 9,5 9,0 8,8 5,8

36,0 11,l

3,9 5,2 5,7 9,7

61,0 71,0

56,3

54,8 82,3 82,7 83,3 74,3 82,9

77,6

32,5 47,5

32,6 20,3 27,6

42,7 47,0 48,8 52,2 61,7

33,6 5,5 1,1 42,0 3,0 0,0

51,8 47,0 6,8 8,4 18,0 <1,0 9,8 9,0 <1,0

15,4 5,0 <1,0

7,5 11,0 <1,0 42,0 2,5 2,4

58,0 Sp. 1,0

30,6 39,2 16,3 9,6

21,7

12,0 <1,0

58,0 <1,0

<1.0 <1,0 2,5 5,9

25,4 0,6 4,8 0,6 0,6 0,3

5,0 <1,0 2,0 <1,0

<l,O <1,0 <l,O <1,0

1,0 <1,0

Org. C/N Subst.

%

1,78 0,84 0,49 0,52 0,31 0,29

2,46 0,35 0,31 0,23 0,42

l,05 2,29 1,97 1,0

0,55 0,35

25,3 2,7 1,1 0,8

0,9 0,6

0,16

0,20

1,05 0,20 0,12 0,14 0,06 0,08

0,80

0,72 0,59

4,15 1,24 0,91

0,90 0,98 0,26 0,15 0,05

%

16,4 4,6 11,5 7,5 16,l 2,6 14,3 9,2 8,6 4,2 8,1 3,8

13,6 6,7 7,4 8,7 7,4 8,3

13,3 . 2,6 11,6 0,5

10,4 6,8 9,5 5,6

10,2 6,3 7,9 9,1

9,75

13,0 2,25 8,4 2,0

15,9 2,5 13,4 1,8 18,7 3,8 13,4 2,7

19,7 18,7 19,3 16,0

4,3

5,7 6,3

10,2 1,7 10,0 1,4

4,4 2,2 3,0 2,9

27,8 7,9

13,7 8,6 15,4 5,6

16,0 6,5 8,8

9,8 11,3 7,7 5,1 3,8

8,8 8,3 8,1 7,7 7,5

Komgrösse in mm in % des Feinbodens < 2,0 mm

0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 bis bis bis bis

<0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 bis 2,0

19,1 22,8 31,4 18,9

8,3 8,9

25,1 14,5 21,5

9,1 0,9

17,6 11,8 30,3 36,9

17,9 7,8

5,3 5,6 6,2 12,7 3,8 4,2 5,8 12,1

19,0 9,4 4,0 4,6 2,7 4,9 4,6 11,8 9,3 15,7 18,2 17,5 9,4 16,7 17,5 10,8

9,7 7,4 8,5 36,4 2,4 3,5 6,9 11,4 4,6 5,6 5,6 7,0 2,1 3,1 4,8 10,2 0,5 0,4 2,0 2,9

8,9 10,1 11,2 14,1 3,4 4.1 5,0 12,6

10,4 12,7 12,0 17,9 5,0 5,6 3,6 8,5

5,6 7,5 10,5 14,2 6,2 8,4 5,4 6,6

zu stark organisch

51,l 51,3 31,8 57,l 31,0 36,7

12,9 61,3 55,7 70,7 93,3

38,3 63,l 16,7 40,4

44,3 65,6

42,0 6,3 6,1 18,4 14,9 12,3 7,5 5,5

54,2 2,6 6,4 17,2 12,1 53,4 3,6 5,8 19,4 12,3

7,1 4,4 18,1 14,2 23,7 32,5 72,0 2,9 2,5 5,0 8,5 9,1

10,6 2,8 3,1 5,7 23,8 54,0

51,1 8,5 3,5 7,9 12,5 16,5

17,7 24,3 35,6 42,5 43,8 47,3

20,1

73,0 36,1

57,0 55,6 50,6

26,0 53,8 42,3 24,0 10,6

15,7 43,4 23,2 16,0 35,3 24,4 11,0 28,4 25,0 9,5 15,l 32,9 7,1 10,2 38,9

10,0 12,7 30,0

8,2 10,8 10,3 11,4 39,2

7,9 6,3 6,2 4,2 2,4 5,9 9,2 12,3 12,2 24,3

18,0 19,0 20,0

6,3 6,6 11,6 12,6 16,3 18,4 12,2 17,4

9,6 14,3

7,0 7,3 8,7

17,5 18,2

24,4 25,4 29,4

9,5 6,2 8,0

11,8 17,3

44,6 8,5 6,3

17,l 30,0

Bausehanalyse %

Nato K 11 0 CaO MgO Si01 & 10 3 R10 3 P11 0 6 MnO Ti01 H 10 Glüh­t1er/.

0,17 0,22 .-o,o .-0,0 42,7 24,0 43,8 0,08 0,03 1,2 1,3 11,3 10,8 9,7

16,7 10,2

0,7 0,3 .-o,o .-o,o 35,l 28,2 50,8 0,08 0,01 1,0 1,3 0,4 0,4 .-o,o .-0,0 61,5 5,8 27,8 0,02 0,02 0,9 0,9 0,4 0,3 .-0,0 .-o,o 36,2 14,2 57,7 0,04 0,0 l,0 0,7 0,6 0,2 .-0,0 .-o,o 55,0 10,4 31,4 0,19 0,11 1,3 1,1 0,2 0,3 .-o,o .-o,o 61,0 5,5 27 ,0 0,1 0,0 0,7 0,9 8,9

0,16 0,05 .-o,o .-0,0 61,8 0,15 0,15 .-0,0 .-o,o 66,6 0,17 0,05 .-o,o .-0,0 69,2 0,3 0,1 .-o,o .-0,0 88,8 0,2 0,1 .-0,0 .-o,o 97,1

0,6 2,5 1,8 0,75 62,0 0,8 3,7 1,9 1,59 51,8 0,7 3,9 2,6 1,77 47,4 0,0 1,7 1,3 0,28 42,2

0,0 0,4 .-o,o .-o,o 51,0 0,0 0,7 1,5 0,85 52,0

0,0 0,6 .-o,o .-0,0 42,0 0,0 0,6 .-o,o .-o,o 65,8

0,0 1,0 0,1 .-0,0 49,1 0,0 1,45 .-o,o .-o,o 65,5 0,0 1,3 .-o,o .-0,0 60,9 0,0 1,3 .-0,0 .-o,o 62,0

0,0 0,7 .-o,o .-o,o 36,2 0,0 0,3 .-o,o .-0,0 51,0

0,3 0,25 0,95 0,39 89,5

0,3 0,95 0,28 0,56 76,9

11,4 27,6 0,07 10,8 24,8 0,03 12,6 25,9 0,08 7,2 8,9 0,06 0,5 1,5 0,02

9,25 25,2 0,19 7,85 31,3 0,18 8,75 32,9 0,18

16,7 41,9 0,22

10,8 36,8 0,11 15,4 35,5 0,07

17,3 44,5 0,18 2,6 23,4 0,03

4,2 15,2 0,1 7,6 23,6 0,05 8,5 28,2 0,05 8,2 28,2 0,03

24,0 50,4 0,22 19,1 37,2 0,54

4,7 7,5 0,02

12,0 16,9 0,02

0,14 1,9 0,03 0,6 0,03 0,7 0,02 0,3 0,0 0,0

0,32 Q,7 0,57 Q,8 0,57 q,6 0,12 1,1

0,0 1,1 0,0 1,4

0,0 1,4 0,0 0,2

0,0 0,8 0,0 1,1 0,0 1,2 0,0 1,3

0,22 1,2 0,11 1,4

0,04 0,3

0,50 0,3

42,8 6,2 36,6 0,7

46,7 11,1 46,0 0,8

0,3 0,2 0,39 0,43 40,0 26,0 44,3 0,11 0,1 1,2

0,35 0,0 0,2 0,42 34,1 16,5 47,7 0,08 0,03 1,2 0,35 0,0 0,18 0,24 34,8 21,0 48,6 0,1 0,03 1,25

53,7 16,3 43,7 45,1 19,4 47,6 42,4 17,8 47,l

0,0 0,0 0,28 0,09 25,9 26,8 57,5 0,10 0,05 1,5 0,0 0,0 0,18 0,64 34,0 15,5 49,2 0,05 0,05 1,7 0,0 0,0 0,27 0,48 33,0 17,5 49,7 0,09 0,04 1,5 0,0 0,0 0,17 0,30 31,7 18,8 52,0 0,18 0,04 1,5

1,4 4,3 0,6 6,7 0,6 5,8 0,14 2,1 0,04 0,3

1,1 6,7 1,9 9,6 2,4 11,0 4,9 9,5

1,1 12,4 1,0 9,5

3,0 11,0 1,1 7,8

3,7 29,8 1,2 8,1 0,98 7,9 1,05 7,4

1,3 10,5 1,7 7,2

11,4

9,8

0,0 0,0 0,18 0,49 29,8 16,5 52,1 0,11 0,03 1,7 ________________________ .;._~;...__ ____ _

.- 0,0 bedeutet, keine sichere Bestimmung aus der Schmelze von 1 g Boden mehr möglich, während in der gleichen Probesubstanz manchmal noch kleine Mengen löslichen CaO 's bei 40 g ,Einwaage an Bodensubstanz titriert werden konnten.

ansehen darf und weiter unten (ab 200 cm), wo im jüngeren Grund­wasserschwankungsbereich erneut eine Laterisierungsdynamik zur Ausbildung der mächtigen, noch unverhärteten Plinthitbank (200-1000 cm) führte.

Das Material ist sehr Al-reich ud besitzt wie üblich die höchsten Fe2Ü3- und Al2Ü3-Gehalte sowie Basensättigungsgrade in den Plin­thithorizonten. Ton- und Schluffanteile sind korrespondierend in den Plinthithorizonten am niedrigsten. Es zeigt sich hier wiederum, wie in den Al-reichen Profielen Ban/Leg, dass die relativ Fe-armen und Al-reichen Plinthite, auch bei Luftexposition zumeist langsamer und weniger stark verhärten als die Fe-reichen Formen.

Die hier nicht individuell kommentierten Analysendaten der einzelnen Plinthitproben zeigen der Tendenz nach die gleichen Merkmale wie die innerhalb :ihrer Gesamtprofile dargestellten Plinthithorizonte, nämlich relativ zu den anderen Profilhorizonten hohen Basensättigungsgrad sowie hohe Sesquioxydgehalte. Da sowohl von oberhalb wie unterhalb der Plinthithorizonte her, zu­meist beidseitig, ein positiver Konzentrationsgradient in Bezug auf Fe203 und Ab03 und ein negativer Si02-Konzentrationsgradient zum Plinthit hin erkennbar ist, neigen wir zu der Ansicht, dass die Sesquioxydanreicherung zunächst einmal ursprünglich in der Modellvorstellung eines sich bildenden Lösungsrestes infolge Kieselsäureabtransport gesehen werden muss. Der Fe-Transport durch kapillaren Wasseraufstieg oder Illuviation, sei es nach Ent­basung in saurer Lösung, durch Reduktion in zweiwertiger Form oder nach vorausgehender Chelatkomplexbildung, dürfte bei den Grundwasserlateriten nur in untergeordnetem Masse zur Profilent­wicklung beitrage:!!, bei den im Tagwasserbereich oder am Hang­fuss gebildeten Plinthitbänken und in geringmächtigen Profilaus­bildungen jedoch von gleichwertiger oder gar entscheidender Be­deutung sein.

Rein summarisch lässt sich den Analysenergebnissen folgendes entnehmen. Die pH-Werte schwanken zwischen 2,9 und 7 ,6; die V-Werte zwischen 2 und 77,6 %, wobei im allgemeinen jedoch die verfügbaren Nährstoffe sehr niedrige Niveaus zeigen. Der orga­nische Substanzgehalt ist im allgemeinen niedrig ( < 2 %, meist sogar < 1 %), und der C/N-Quotient schwankt zwischen 7,4 und 19,7. Die Tongehalte liegen zwischen 8 und 54 %, die einzelnen Alkali- und Erdalkalioxyde in der Bausehanalyse fast ausschliess­lich unter 1 %.

Beim Si02/R20 3-Verhältnis im Ton der Plinthit-Horizonte ergeben sich Werte etwa zwischen 0,65 und 3. Der Gesamt-P20s­Gehalt überschreitet nur in einigen Kongoproben (mit 0,54 % ) die Schwelle von 0,2 %. Der Mn-Gehalt übersteigt selten 0,1 %, der

423

Titandioxydgehalt schwankt zwischen 0,3 und 1,57 %. Aus der chemischen Analyse allein, abgesehen vom meist engen Si02/R20s­Verhältnis, das sich in den Plinthithorizonten noch verengt, und der absoluten Basenarmut, auf die Lateritnatur zu schliessen, wäre bei den meistens für die einzelnen Kriterien auftretenden weiten Latitüden recht schwierig.

Röntgenuntersuchungen

Hauptbestandteile des Laterits sind Quarz und Kaolinit (Hal­loysit). Während ersterer, mit nur dünnen Eisenrinden umgeben, Hauptbestandteil verhärteten Plinthits sein kann, scheint der Kaolinitanteil nach der geringer zu sein. An kristallinen Fe- und Al- Formen sind Goethit und Gibbsit die hervorragenden Verbin­dungen, während besonders alte und intensiv verhärtete Laterit­panzer durch Dehydratisierung höhere Anteile an Hämatit und Böhmit enthalten. Die Röntgenanalyse verschiedenster Herkünfte von Lateriten liess uns erkennen, dass neben den in der Literatur stets hervorgehobenen kristallinen Fe- und Al-Formen, dem Goethit (Limonit) und Gibbsit (Hydrargillit), der tatsächlich weitaus grösste Fe- und wahrscheinlich auch Al- Anteil röntgenamorph ist. In manchen Lateriten fanden wir überhaupt nur Spuren von Goethit oder Gibbsit trotz hoher Fe- und Al-Gehalte in der Bausehanalyse. Solche Plinthite von ursprünglich mehr gelartiger Struktur lassen oft makroskopisch noch Zeichen von Kontraktion, Expansion und rythmischen Ausfällungen erkennen; der Gibbsit befindet sich meistens in den bei der Kontraktion ent­stehenden Klüften (1].

ALEXANDER & CADY [1] beobachteten neben den pisolithischen Gelkondensierungen pseudomorphen Ersatz von Mineralen des Ausgangsmaterials, wie von Gibbsit nach Plagioklas, Goethit nach Olivin und Kaolinit nach Glimmer. Vielfach wird der Kaolinit durch­drungen von einem Netzwerk sekundärer Eisenminerale, die ihm ein haltbares, hartes Gerüst geben.

Gibbsit ist auf der einen Seite, wie auch unsere hydrothermalen Modellsynthesen bestätigen, eine sehr brauchbare Vorstufe zur Kaolinitbildung. Er wurde andererseits von verschiedenen Autoren [1] auch in freier Form, in engem Kontakt mit zersetz­tem Kaolinit des verhärteten Panzers erkannt, kann also wohl auch als Kaolinit-Abbauprodukt angesehen werden. Er füllt weiterhin als Umwandlungsprodukt die inneren Räume von Reliktfeldspäten.

An Tonmineralien tritt fast ausschliesslich Kaolinit in Erschei­nung (oder seine 4H20-Variante Halloysit). Im Rahmen unserer Hydrothermalsynthesen von Tonmineralien zeigte sich weiter, dass

424

Abb. 6

Elektronenmikrosko­pische Aufnahme einer Plinthit-Hangfussbil­dung bei Faro, Südpor­tugal ca. 70 % Kaolinit und Halloysit ca. 20 % Illit und Glim­mer Y = allseitig regelmäs­

sig t = terrassenartig g = aufgerissen

~, Abb. 7

Elektronenmikrosko­pische Aufnahme einer Plinthitprobe in Hang­lage San Mihuel Is­land/Philippinen ca. 20-30% Kaolinit und Halloysit e = gerollt.

Abb. 8

Elektronenmikrosko­pische Aufnahme eines in situ entstandenen Plinthitmaterials, nahe Banquerohan, Philippi­nen ca. 20 % Kaolinit und Halloysit Spuren Glimmer und Illit e = gerollt.

TABELLE 3 BESCHREIBUNG DER LATERITPROFILE UND -PANZER-PROBEN UND ERGEBNISSE DER RöNTGENANALYSE

Co/:

Lum:

Tri:

We/Gh:

Mer;

Kap:

Kat:

Faro:

Cer:

Alj:

Mig:

Ban:

Leg:

Lok..o:

Herkunft

südlich von Colombo, Ceylon

Cocospalmen Vers. Station Tiruana (Lumda) 40 Meilen NO von Colombo lateritische Roterde bei Trichur Mysore/Indien Laterit-Plinthite Western Ghats 50 km südl. Mercara, Coork Panzer- und Fleckenzone Laterit bei Mercara, Coork Laterit bei Kaponda Seri, Kongo Plinthitproble Mutwate-Serie Hochland von Katanga Plinthitprobe Faro, Südportugal nahe Carcal de Alentejo, Südportugal Aljustrel, Profil mit Laterit­I'linthit in Südportugal San Miguel Island, Philippinen Banquerohan, Bicol, Philippinen

S;'dwestlich Legaspi, Bicol, Philippinen

nahe Port Loko, Sietra Leone ..

Genetischer Typ

Stockwerkprofil von 2 Grundwasserlateriten Tagwasser am Hang über präkambrischem Gneiss, sehr quarzreich fossiler Grund- oder Tagwasserlaterit Grundwasserlaterit Panzermaterial

Hangfuss (Tagwasserbildung)

Grundwasserlaterit

Grundwasserlaterit

Hangfussbildung von Tagwasser

Grundwasserbildung

Grundwasserbildung

Hangfussbildung, Tagwasserzone

Plinthit und Fleckenzone, Direktverwitterung aus andesitisch-basaltischen Tuffen Lateritprofil direkt aus Ausgangsmaterial entwickelt (basische vulkanische Tuffe) Doppel-Lateritprofil in Terrasse c:!:~s R~k.el-Rivcr~ ge'i?ilclet in

Quarz

+

+++

++

++

++

++

++

+++

+++

+++

+

+

+

Röntgenkristalline Anteile Kaoli­

nit

+++

++

+

++

++

+++

+++

++

++ u. III.

++

+++ u. III.

+++

+++

+++

Feld­spat

+

+++

+

+

+

+

+

+

Goet­hit

+

+

+

+

+

+

+

Gibb­sit

+

++

++

+++

+

+

+

+

+

Amorph

Fe-/Al­Verb.

+++

-1+

++

-1+

++

-H

+++

+++

++

++

+++

++

++

+++

ohne grosse Rücksicht auf Si02/ Al20 3-Verhältnisse in Gegenwart von Fe3+- und anderen dreiwertigen Lösungsgenossen - wie meistens in ferrallitischen Böden - nur immer Kaolinit entsteht, wiewohl Ca- und Mg-Ionen über stöchiometrische Verhältnisse hinweg die Bildung von Montmorrillonit präjudizieren.

Manche Laterite zeigen besonders spezifische Element-Assozia­tionen, wie z.B. die Laterite bei Molokai, Hawaii, mit Titan [7].

Die grobgeschätzten röntgenkristallinen und amorphen Anteile der untersuchten Profile und Proben (Tab. 2) ergeben sich aus Tab. 3. Unter den kristallinen Substanzen sind ganz eindeutig Quarz und Kaolinit die prominentesten Vertreter. Während alle Untersuchungsproben höhere Anteile röntgenamorpher Eisen- und Aluminium-Verbindungen besitzen, steht das Auftreten kristalliner Fe- und Al-Minerale (Goethit, Gibbsit) in keiner festen Beziehung zum Fe20 3- und A120 3-Gehalt in der Bausehanalyse. Das über­wiegen amorpher Fe- und Al-Verbindungen lässt vermuten, dass es sich bei der Plinthitausbildung zunächst einmal in stärkerem Masse um Nahfällungen und kolloidchemische Gelflockungen als um echte sekundäre Kristallbildungsvorgänge handelt.

Elektronenmikroskopische Untersuchungen der Fraktion < 2 µ

Die Röntgenanalysen wurden durch elektronenmikroskopische Untersuchungen des gesamten Probenmaterials ergänzt. Leider ist die elektronenmikroskopische Unterscheidung von Goethit und Gibbsit in Mischproben mit viel amorphem Material sehr schwierig und unsicher. Verschiedene Proben zeigten im elek­tronenmikroskopischen Bild zusätzlich zum röntgenographisch ermittelten Kaolinit untergeordnete Mengen von Illit, Glimmern und wahrscheinlich Attapulgit (Abb. 6). In anderen Profilen liess sich erkennen, dass der ermittelte Kaolinit grösstenteils aus rönt­genographisch nicht sicher identifizierbarem Halloysit bestand (Abb. 7, 8). In einigen Profilen letztlich zeigten die über dem Plinthit liegenden Horizonte fast ausschliesslich Kaolinit, die noch gescheckte Zone unter dem Plinthit dagegen weitgehend Halloysit.

Im zweiten Teil der Arbeit werden die vor­stehend beschriebenen Laterite mikromor­phologisch untersucht, um die bodendvna­mischen Vorgänge näher zu beleuchte,:

427

Zusammenfassung

Auf der Basis chemischer und physikalischer Methoden wurden Laterit­profile und Plinthitproben aus Indien, Ceylon, Kongo, Portugal, den Philip­pinen und Sierra Leone untersucht. Die Ergebnisse werden vor allem im Hinblick auf bodendynamische und -genetische Vorgänge hin interpretiert.

LITERATUR

[l] ALEXANDER L. T., CADY J. G. - Genesis and Hardening of Laterite in Soils. USA Dep. Agric. Soil Cons. Service, Techn. Bull. N° 1282.

(2] BABINGTON B. - Decomposition of Hornblende and Felspar in Laterite Formation. Trans. Geol. Soc. London 5 : 328, 1821.

(3] BUCHANAN F. - A Journey from Madras through the countries of Mysore Kanara and Malabar. 1-III, East India Co. London, 1807.

(4] FINCK A. - Tropische Böden. P. Parey, Berlin, 1963. [5] SCHARPENSEEL H. W. - Report to Int. At. En. Agency on use of iso­

topes in research about the Cadang-Cadang-disease of coconuts in the Philippines. 1962.

(6] SHERMAN G. D„ FUJIOKA J„ FUJIMOTO G. -Titaniferous-ferruginous laterite of Meyer-Lake, Molokai, Hawaii. Pacif. Sei. 11, 646, 1941.

(7] SIVARAJASINGHAM S„ ALEXANDER L. T„ CADY J. G„ CLINE M. G. - Laterite. Adv. Agron. 14, 1, 1962.

ONDERZOEKINGEN VAN LATERIETGRONDEN

1. Chemische en fysiscbe onderzoekingen

Samenvatting

Aan de hand van chemische en fysische methoden werden laterietprofielen en plinthitmonsters uit Indie, Ceylon, Kongo, Portugal, de Filippijnen en Sierra Leone onderzocht. De resultaten werden vooral met het oog op bodemdyna­mische en bodemgenetische processen ge'interpreteerd.

RECHERCHES SUR DES SOLS LATERITIQUES

1. Examens cbimiques et physiques

Resume Des profils de laterite et des echantillons de plinthite, provenant des Indes,

de Ceylon, du Congo, du Portugal, des Philippines et de Sierra Leone ont ete examines par des methodes chimiques et physiques. Les resultats ont ete inter­pretes surtout en vue des processus pedodynamiques et pedogenetiques.

INVESTIGATIONS OF LATERITIC SOILS

1. Chemical and physical examinations

Summary

Lateritic profiles and plinthite samples from lndia, Ceylon, Congo, the Philippines, Portugal and Sierra Leone have been examined with chemical and physical methods. The results have more especially been interpreted in view of pedodynamic and pedogenetic processes.

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