Schlüsselbegriffe
Bodenerosion
Ökologie
Geologie

Einführung
Vielleicht versuchen Sie, Wasser zu sparen. Vielleicht reduzieren, wiederverwenden und recyceln Sie bereits. Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, den Boden zu erhalten? Vielleicht haben Sie es nicht, aber Bodenerosion — die Abnutzung des Bodens durch Wasser, Wind und andere Naturkräfte — kann ein großes ökologisches Problem sein. Produktives Ackerland kann verschwinden, da nährstoffreicher Mutterboden auf Feldern bei starkem Regen weggespült wird. Wasserstraßen können dann verschmutzt werden, wenn Pestizide und Düngemittel in sie hineingespült werden. Sogar Menschenleben und Eigentum sind gefährdet, wenn Bodenerosion Schlamm- und Erdrutsche verursacht. Die wirtschaftlichen Kosten der Bodenerosion werden allein in den USA auf mehrere Milliarden Dollar pro Jahr geschätzt. Dies ist ein ernstes Problem; Können Sie helfen, es zu lösen? Machen Sie diese Aktivität und lernen Sie, wie Sie den Boden mit nur ein paar Pflanzen retten können!

Hintergrund
Bodenerosion wird teilweise durch Regenabfluss verursacht, der den Boden wegspült. „Abfluss“ bezieht sich auf das Wasser, das über die Erdoberfläche fließt. Es tritt auf, wenn der Boden gesättigt ist oder nicht in der Lage ist, mehr Wasser aufzunehmen.

Eine Möglichkeit, die Bodenerosion zu bekämpfen, sind Pflanzen, die über ausgedehnte Wurzelsysteme verfügen, die dazu beitragen können, den Boden zu „greifen“ und zusammenzuhalten. Möglicherweise haben Sie dies gesehen, als Sie eine Pflanze wie Unkraut oder Gemüse aus dem Boden gezogen haben und ein Erdklumpen an den Wurzeln haftete. Pflanzen helfen auch, einen Teil des Wassers im Boden aufzunehmen. Diese Effekte erschweren es dem Wasser, den Boden wegzuwaschen. Pflanzen tragen auch auf andere Weise zur Verringerung der Erosion bei, z. B. indem sie den Wind brechen, der den trockenen Mutterboden wegblasen könnte.

Nun, da Sie mehr über Bodenerosion wissen, wollen wir sehen, wie Regen zur Wassererosion beiträgt.

Materialien

• Schere oder scharfes Messer (Lassen Sie sich bei der Verwendung dieser Geräte von einem Erwachsenen helfen.)
• Sauberer, leerer Ein-Gallonen-Behälter mit Deckel (z. B. ein Plastikmilchkrug)
• Wasser
• Zwei Aluminiumbrotwannen (Alternativ können Sie zwei stabile Schuhkartons mit ähnlicher Größe verwenden. Stellen Sie sicher, dass sie mindestens sieben Zentimeter tief sind.)
• Schmutz (Blumenerde funktioniert gut)
• Zwei neun mal 13 Zoll große Kuchenformen aus Aluminium (Alternativ können Sie flache Kunststoffbehälter verwenden, die etwa drei Zentimeter tief und breit genug sind, damit die kurze Seite der Brotwannen oder Schuhkartons in den Behältern ruht.)
• 12 bis 14 Kunststoffgabeln
• Zwei Blöcke, flache Kunststoffbehälter oder andere Gegenstände, mit denen eine Kante einer Brotpfanne auf eine Höhe von etwa drei bis fünf Zentimetern gestützt werden kann (Stellen Sie sicher, dass beide Gegenstände gleich hoch sind und dass diese Gegenstände nass werden können. Vermeiden Sie es, solche zu verwenden, die nicht nass werden sollten, z. B. Bücher.)
• Outdoor test bereich mit eine flache, ebene oberfläche, wo es ist leicht zu reinigen verschüttet wasser und boden (Sie werden wahrscheinlich spill wasser und boden in diese aktivität. Achten Sie darauf, Ihre Oberfläche zu schützen oder eine Oberfläche zu verwenden, die nicht beschädigt wird, wenn sie nass und schmutzig wird.
• Kleine Gartenschaufel, Tortenheber oder Spachtel (optional)

Vorbereitung

• Bitten Sie einen Erwachsenen, mit der Schere oder dem Messer ein Loch direkt über den Griff des Ein-Gallonen-Behälters zu stechen. Durch dieses Loch kann Luft in die Gießkanne gelangen, wenn Flüssigkeit ausströmt. Es kann ziemlich groß sein, ein halber bis ein Zentimeter funktioniert gut. (Hinweis: Wenn Sie eine Gießkanne mit einem Regensprossen haben, der in viele kleine regenähnliche Ströme fließt, können Sie diese Schritte überspringen und die Gießkanne verwenden, um Regen zu simulieren.)
• Bitten Sie einen Erwachsenen, Löcher in die Oberseite des Glases auf der gegenüberliegenden Seite des Griffs zu stecken, damit der „Regen“ (Wasser) herauskommt. Drei Reihen mit jeweils fünf Löchern funktionieren gut. Diese Löcher müssen etwas kleiner sein, etwa zwei Millimeter Durchmesser funktionieren gut. Machen Sie sich keine Sorgen, wenn die Löcher nicht genau gleich groß sind oder nicht ordentlich in Reihen angeordnet sind. Sie können testen, wie Regen simuliert wird, und bei Bedarf Anpassungen vornehmen. Glauben Sie, dass die Anzahl und / oder Größe der Löcher die Art des Regens ändert, den Sie erzeugen werden?
• Um Ihre Gießkanne zu testen, füllen Sie sie zur Hälfte mit Wasser und schließen Sie den Behälter. Über einem Waschbecken oder in einem Außenbereich, der nass werden kann, kippen Sie die Dose, damit Wasser aus den kleineren Löchern fließt. Ahmt es Regen gut nach? Spielen Sie mit dem Winkel, in dem Sie den Behälter kippen. Wenn Wasser die Seite des Behälters hinunterläuft, kippen Sie ihn mehr. Wenn der Regen sowohl aus dem großen Loch als auch aus den Kleinen kommt, haben Sie den Behälter zu weit gekippt. Welche Art von Regen bekommen Sie: starker Regenguss, Dauerregen, Nieselregen? Nehmen Sie bei Bedarf Anpassungen an den Löchern vor. Ziel ist es, einen stetigen, starken Regen nachzuahmen.
• Füllen Sie die beiden Brotwannen mit Erde. Während Sie dies tun, brechen Sie alle vorhandenen Erdklumpen auf. Lassen Sie oben etwas Platz, damit der Boden nicht über die Ränder fließt. Die Bodenschicht sollte mindestens sechs Zentimeter tief sein.
• Idealerweise würden Sie Pflanzen in einer Pfanne anbauen. Das braucht Zeit! Um dieses Projekt schneller abzuschließen, verwenden Sie Kunststoffgabeln, um Pflanzen zu simulieren. Die Zinken und der gekrümmte Bereich der Gabeln simulieren das Wurzelsystem.
• „Plant“ Gabeln in einer Box. Verteilen Sie die Gabeln so, dass der Bereich gleichmäßig bedeckt ist. Pflanzen Sie die Gabeln tief in den Boden, so dass die gekrümmten Bereiche der Gabeln mit den Zinken (spitze Teile) im Boden sind und nur die Griffe herausragen. Entfernen Sie nun die obere Hälfte einer kurzen Seite jeder Brotpfanne. Verwenden Sie dazu eine kleine Gartenschaufel, einen Tortenheber, einen Spatel oder Ihre Hände, um zwei vertikale Schnitte an einer kurzen Seite einer Brotpfanne vorzunehmen, an der sie auf die längeren Seiten trifft. Dadurch kann beim Erosionstest Erde aus der Brotpfanne fließen. Wiederholen Sie diesen Schritt mit der anderen Brotform.
• Stellen Sie einen Block (oder einen Gegenstand, der nass werden kann) mit einer Höhe von drei bis fünf Zentimetern neben eine leere Kuchenform auf Ihre flache Arbeitsfläche. (Die kuchen pan wird sammeln erroded boden.)
• Legen Sie das „abgeschnittene Ende“ einer Brotform in die Kuchenform und schieben Sie den Block zurück, bis das andere Ende der Brotform auf dem Block aufliegt. Die Oberfläche des Bodens wird in einem Winkel sein. Dadurch können Sie einen kleinen Hang wie den Hang eines Hügels nachahmen. Erwarten Sie, dass der Abfluss an Hängen im Vergleich zu flachen Oberflächen ein größeres Problem darstellt?
• Wiederholen Sie den vorherigen Schritt mit der anderen Kuchenform, dem Block und der Brotform, sodass Sie zwei identische Einstellungen haben: eine, bei der der Boden Gabeln (Ersatzpflanzen) enthält, und eine andere mit nacktem Boden. Lassen Sie etwas Platz zwischen den Setups, damit verschüttetes Wasser und Erde von einem Setup das andere nicht stört.

• Füllen Sie Ihren Bewässerungsbehälter zu drei Vierteln mit Wasser.
• Verwenden Sie Ihren Bewässerungsbehälter, um Regen über einer Brotpfanne oder einem Schuhkarton zu simulieren. Halten Sie den Bewässerungsbehälter hoch genug, damit der Regen auf einmal auf die gesamte Breite der Brotform fällt. Wenn Sie jedoch nicht die gesamte Länge der Brotpfanne auf einmal abdecken können, konzentrieren Sie sich auf den oberen Teil. Seien Sie vorbereitet – Wasser wird an die Seiten der Pfanne gelangen und Erde kann aus der Pfanne spritzen, weshalb Sie Ihre Arbeitsfläche schützen mussten. Machen Sie Beobachtungen, wenn Regen auf den Boden fällt. Was passiert zuerst? Sehen Sie Veränderungen in der Bodenoberfläche? Siehst du Spritzer Erde? Tritt der Abfluss (Wasser, das über die Bodenoberfläche fließt) sofort auf? Siehst du nach einer Weile eine plötzliche Veränderung? Warum denkst du, würde diese Änderung passieren? Gießen Sie diesen Boden, bis der Bewässerungsbehälter leer ist.
• Füllen Sie Ihre Gießkanne wieder zu drei Vierteln und simulieren Sie damit den Regen auf eine schmierende Weise über der anderen Brotwanne oder dem anderen Schuhkarton. Stellen Sie sicher, dass Sie den Bewässerungsbehälter auf ein ähnliches Niveau füllen, kippen Sie den Behälter auf ähnliche Weise und halten Sie ihn auf einer ähnlichen Höhe. Warum halten Sie das für wichtig? Würde eine erhebliche Änderung dieser Variablen Regen mit einer anderen Intensität simulieren? Glauben Sie, dass die Regenintensität die Art und das Ausmaß der Erosionsschäden beeinflusst?
• Gießen Sie die zweite Brotform oder den zweiten Schuhkarton, bis der Behälter leer ist. Was beobachten Sie diesmal? Sehen Sie Unterschiede zwischen den beiden Experimenten?
• Abhängig von der Art des Bodens und der Größe Ihrer Brotwannen oder Schuhkartons treten nach dem ersten Regenguss möglicherweise keine nennenswerten Erosionen auf. Wenn dies der Fall ist, füllen Sie Ihr Gießglas zur Hälfte und simulieren Sie nacheinander einen weiteren Regenguss auf Ihre Brotwannen oder Schuhkartons. Wenn nötig, wiederholen Sie den Vorgang, bis Sie in mindestens einer Brotpfanne oder einem Schuhkarton eine beträchtliche Erosion beobachten. Tritt Erosion nach der gleichen Regenmenge für beide Setups auf?
• Um die Menge des erodierten Bodens in Ihrer Kuchenform zu sehen, neigen Sie die Kuchenformen leicht (einzeln), um das Wasser abzulassen. Ein Teil des im Wasser schwebenden Bodens läuft damit ab, aber der größte Teil des erodierten Bodens setzt sich am Boden ab und bleibt in der Pfanne.
• Vergleichen Sie die Menge an erodiertem Boden, die für beide Experimente gesammelt wurde. Finden Sie mehr, weniger oder gleiche Mengen erodierten Bodens?
• Wie denken Sie, sind Gabeln kleinen Pflanzen ähnlich? Wie denken Sie, dass sie anders sind? Glauben Sie, dass kleine Pflanzen in der Brotpfanne oder im Schuhkarton dazu beigetragen hätten, die Erosion weiter zu reduzieren?
• Wie denken Sie, dass reale Situationen ähnlich oder anders als Ihr Test sein könnten?
• Extra: Versuchen Sie dieses Experiment mit verschiedenen Bodentypen. Sind einige anfälliger für Erosion als andere?
• Extra: Rettichsprossen oder andere schnell wachsende Pflanzen in einer Brotpfanne anbauen. Wiederholen Sie den Test und vergleichen Sie nun nackten Boden mit mit Sprossen bedecktem Boden. Verwenden Sie dazu unbedingt eine Brotform, ein Schuhkarton aus Pappe wird weicher, wenn er längere Zeit mit feuchter Erde gefüllt wird. Wären Pflanzensprossen, die in diesem Test verwendet werden, in realen Situationen ein guter Ersatz für Pflanzen oder Bäume in voller Größe? Welches erwarten Sie am besten, Gabeln, Sprossen oder ausgewachsene Pflanzen?
• Extra: Sehen Sie mehr Details über die verschiedenen Arten von Wassererosion. Sheet, Rill, Gully und Splash sind einige Beispiele. Welche Art von Erosion beobachten Sie während Ihres Experiments?
• Extra: Wenn Sie das nächste Mal in der Natur spazieren gehen, schauen Sie sich um. Können Sie Anzeichen von Wasser- oder Winderosion finden? Tipp: Schauen Sie sich steile Hänge und / oder Bach- oder Bachbetten an. Warum glauben Sie, dass diese Gebiete anfällig für Erosion sind?

Beobachtungen und Ergebnisse
Haben Sie festgestellt, dass mehr Erde von der mit kahler Erde gefüllten Brotpfanne oder dem Schuhkarton weggespült wurde? Anfangs haben Sie vielleicht gesehen, dass der Aufprall schwerer Regentropfen, die auf den Boden fallen, dazu führt, dass Stücke abbrechen und kleine Einbrüche hinterlassen. Vielleicht haben Sie beobachtet, dass der Boden dadurch wegspritzt.

Zu Beginn konnte der Boden wahrscheinlich den größten Teil des Regens aufnehmen. Es wirkt wie ein Schwamm und hält das Wasser. Bei einem längeren Regenguss ist der Boden jedoch nicht immer in der Lage, das Wasser schnell genug aufzunehmen, und Sie haben wahrscheinlich beobachtet, dass überschüssiges Wasser auf dem Boden zu fließen beginnt. Früher oder später sollten Sie beobachtet haben, wie überschüssiges Wasser nach unten fließt, da der Boden gesättigt wird und kein Wasser mehr aufnehmen kann.

Das auf dem Boden fließende Wasser wird als Abfluss bezeichnet. Wenn es fließt, trägt es lockeren Boden mit sich. Die Menge des transportierten Bodens hängt von der Geschwindigkeit und dem Volumen des fließenden Wassers sowie von der Art des Bodens und seiner Neigung ab. Obwohl Gabeln sich nicht so gut am Boden festhalten können wie Pflanzen, helfen sie, ihn zusammenzuhalten und größere Bodenschichten abzuwehren. Infolgedessen haben Sie wahrscheinlich mehr erodierten Boden durch Regen gesammelt, der auf den nackten Boden fällt.

Bereinigung
Sie können den Boden aus dieser Aktivität wiederverwenden, um Topfpflanzen zu pflanzen, Setzlinge zu pflanzen oder (mit Erlaubnis) den Boden der Pflanzen im Freien zu ergänzen. Wenn dies der Fall ist, lassen Sie ihn einen Tag oder länger trocknen, bevor Sie ihn wiederverwenden. Vergessen Sie nicht, Ihre hausgemachte Gießkanne zu recyceln, wenn sie dort recycelt werden kann, wo Sie leben — oder verwenden Sie sie weiterhin, um Ihre eigenen Pflanzen zu gießen!

Mehr zu entdecken
Können Pflanzen die Bodenerosion stoppen? von Science Buddies
Wassererosion, von Plant & Soil Sciences eLibrary
Bodenkunde: Wie feucht ist dieser Schlamm? von Scientific American

Diese Aktivität wurde Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies

zur Verfügung gestellt