Erosion Through Time: Causes and Consequences

Eine komplexe Grafik, welche räumliche und zeitliche Dimensionen von Bodenerosion und damit verbundenen Sedimenten darstellt / A complex graphic illustrating temporal and spatial relations of soil erosion and corresponding sediments
Weltweit sind Geo-Ökosysteme durch Zeiten der Landschaftsstabilität und Zeiten der Erosion geprägt. Klimatisch bedingte Degradationen von Ökosystemen und menschliche Eingriffe in den Landschaftshaushalt gehören zu den wichtigsten Ursachen für Erosionsereignisse. In stabilen Ökosystemen bilden sich aus den oberflächlich anstehenden Gesteinen und Sedimenten Böden, die bei Veränderungen der Landschaftsdynamik wiederum der Erosion unterliegen. Drei Phasen (I-III) der Landschaftsentwicklung vom letzten Glazial bis heute werden im Cluster untersucht.

Erosion prägt Landschaften seit jeher und seit wenigen Jahrtausenden sind menschliche Umweltveränderungen eine der zentralen Ursachen für Erosionsprozesse. Bodenerosion ist ein schleichendes und oft unterschätztes Problem von globaler Relevanz. Über seine zentrale Funktion in Ökosystemen und Stoffkreisläufen (Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff...) hinaus ist Boden die Grundlage menschlicher Nahrungsmittelproduktion. Vergangene Kulturen, wie die Mayas in Zentralamerika, liefern eindrucksvolle Beispiele für die komplexe Wechselwirkung zwischen Mensch und Umwelt. Bodenverlust ist nahezu irreversibel, da die Umwandlung von Gestein zu Boden um Grössenordnungen langsamer abläuft als messbare Bodenerosion. Zudem enthalten die meisten Böden weltweit Produkte früherer Erosionsphasen und bestehen nicht nur aus dem an Ort und Stelle verwitterten Gestein. In der angewandten Erosionsforschung wird dieser Faktor nicht berücksichtigt und unrealistisch hohe Neubildungsraten von Böden angenommen. Das Cluster Erosion Through Time: Causes and Consequences vereint Wissenschaftler aus den Feldern Paläo-Geoökologie, Bodenkunde, Fernerkundung und Nachhaltige Ressourcennutzung mit dem Ziel Grundlagenforschung über Bodenentwicklung mit angewandter Erosionsforschung zu verknüpfen. Innerhalb dieses integrativen Ansatzes spielt das Verständnis vergangener Klima- und Landnutzungsänderungen eine entscheidende Rolle.

Beispielfotos von Erosionsformen / photographic examples for erosion forms
Links: Kleinform der Bodenerosion in einem Sojafeld in SW-Brasilien. Rechts: Grossform der Erosion in vulkanischen Ablagerungen in Zentralmexiko (Fotos: T. Sprafke)

Ziel des Clusters ist es ein integriertes Modell gegenseitiger Beziehungen vergangener und gegenwärtiger Bodenenstehung und -erosion zu entwicklen. Angewandte Forschung über Bodenerosion und ihre sozioökononomischen Konsequenzen wird verknüpft mit Grundlagenforschung über vergangene Erosion und Bodengenese, mit variierenden Einflüssen natürlicher Prozesse und menschlicher Einwirkung. Innerhalb diese komplexen Ansatzes wollen wir die folgenden Aspekte besser verstehen:

  • Das gegenwärtige Boden-Landschaft Geosystem und der Einfluss von Landnutzung und Klimawandel
  • Der Einfluss vergangener Erosionsprozesse auf die gegenwärtigen Bodeneigenschaften
  • Aktuelle messbare Erosionsraten im Vergleich mit Rekonstruktionen aus (prä)historischen Erosionsarchiven (Kolluvien, Seesedimente)
  • Natürliche vs. menschliche Ursachen für vergangene Erosion (Archive mit/ohne menschlichen Einfluss)
  • Die Konsequenzen gegenwärtiger und vergangener Erosion für natürliche Systeme und die Gesellschaft

Bodenentstehung, Erosion und Akkumulation sind von den Umweltbedingungen abhängige zyklische Prozesse und seit wenigen Jahrtausenden intensiv durch den Menschen beeinflusst. Im Cluster Erosion Through Time fokussieren wir auf drei Zeitphasen vom letzten Glazial bis heute.

  • I - Vom Spätpleistozän bis ins Frühholozän, mit seinen tiefgreifenden Klima- und Landschaftsveränderungen
  • II - Vom Beginn der menschlichen Sesshaftwerdung bis in die Neuzeit, mit häufig menschlich induzierter Erosion
  • III - Moderne Bodenerosion, mit der Möglichkeit der direkten Beobachtung, -messung und Einflussnahme
Fotos von Archiven vergangener Erosion und rezente Erosion / photos illustrating archives of past erosion and present erosion forms
I: Tropischer Hillwash in Kamerun. Tiefgreifende Klimaschwankungen und daraus resultierende Landschaftsveränderungen während des Spätpleistozäns und Früholozäns hinterlassen teils mächtige Erosionsprodukte, welche die Ausgangsmaterialien der heutigen Bodenentwicklung darstellen (Deckschichten, Löss, Hillwash). II: Bodensedimente in Niederösterreich. Rodung und Ackerbau sind ein fundamentaler Eingriff in den Landschaftshaushalt und resultieren in der Abtragung von Bodenmaterial, welches sich an Unterhangbereichen als Kolluvium sammelt. III: Rezente Bodenerosion im Mittelland. Heutige Bodenerosion durch Ackerbau ist messbar, wobei sichtbare Ereignisse helfen können das Bewusstsein für Bodenschutz zu erhöhen (Fotos: H. Veit, T. Sprafke, T. Lemann)

Bodenerosion ist von globaler Relevanz. Das Cluster Erosion Through Time ist grundsätzlich nicht räumlich begrenzt, fokussiert jedoch zwei Hauptregionen:

  • Mitteleuropa, insbesondere die Schweiz. Die Region ist intensiv erforscht, mit einem relativ hohen allgemeinen Bewusstsein für Bodenerosion, sowie Heimat des Instituts und seiner Mitarbeiter. Die Integration bodengenetischer Grundlagenforschung mit angewandten Untersuchungen zu Bodenerosion und ihren sozioökonomischen Auswirkungen ist noch in den Anfängen
  • In den Tropen sind die quartäre Landschaftsentwicklung und Bodengenese sowie der Einfluss vergangener Kulturen sind noch unzureichend erforscht. Rezente Bodenerosion und damit verknüpfte Probleme müssen noch besser im gesellschaftlichen Bewusstsein verankert werden. Entsprechend fehlt die gegenseitige Integration Grundlagen- und angewandter Forschung.
Fotos von Feldern mit Bodenschutzmassnahmen / Photos of agricultural fields and erosion measures
Links: Kartoffelacker im Mittelland nach Behandlung mit einem Lochstern zum Zweck der Erosionsminimierung. Rechts: Bodenschutzterrassen in SW-Brasilien (Fotos: T. Lemann, T. Sprafke)

Der Cluster Erosion Through Time ist nach Zeitphasen gegliedert, mit einem an die entsprechenden Module angepassten Methodenrepertoire.

Grafik über die Untersuchungsmethoden in Abhängigkeit von Zeitskala und Disziplin / Graphic illustrating the relevant methods in relation to temporal scale and scientific discipline
Methoden zur Untersuchung von Ursachen und Konsequenzen natürlicher und anthropogener Erosion von der Vergangenheit bis in die Gegenwart (T. Sprafke)

Cluster Koordination

Unit Leiter

Im KSL (Kernsystem Lehre) finden sich zahlreiche Kurse die mittelbar mit dem Cluster und den entsprechenden Units in Verbindung stehen. Folgende Kurse sind besonders relevant:

Bachelorstudiengang

  • Paleosols, sediments and Paleolimnology (Veit, Grosjean) - jedes HS
  • Paleo II - jedes FS
  • Ecology of Tropical and Subtropical Areas (Veit) - jedes HS

Masterstudiengang

Regelmässig:

  • Challenges in Geography II (u.a. Veit, Grosjean) - jedes FS
  • Colloquium in paleo-geoecology (Veit, Sprafke) - jedes Semester
  • Sustainable Land Management and Land Systems (u.a. Ifejika, Messerli, Liniger)

Nur HS 2017:

  • Blockkurs Archaeological, geomorphological and soil-scientific aspects of a late glacial settlement in the Swiss Midlands (Moosbühl, Magdalenien). (Nielsen-Bigler, Veit, Hafner)

Masterarbeiten

Laufende Masterarbeiten

  • Manuel Schläpfer: Bodenentstehung, -nutzung und –erhaltung in der Region Frienisberg (BE). Betreuer: Sprafke, Lemann

Themen für Masterarbeiten

  • Bodengenese und -erosion in Südkamerun
  • Bodenerosion in Südnigeria

Bachelorarbeiten

Themen für Bachelorarbeiten

  • Bodenentstehung und -verbreitung in der Region Frienisberg (BE).
  • Lössverbreitung in der Schweiz - Literatur und Realität.

 

Auch individuell abgestimmte Themen im Kontext des Clusters sind willkommen. Interessenten melden sich bitte per Email bei Tobias Sprafke.