Klassische Lehrmeinung

Nach der klassischen Lehrmeinung müssen fünf Faktoren gleichzeitig zutreffen, damit sich eine Pararendzina zu einer Schwarzerde entwickelt:

• Grassland (grasreiche Offenlandschaft) mit Megaherbivoren
• Tiefgründige und intensive Bodendurchmischung durch Bodentiere (Bioturbation)
• Kontinentales Klima
• Wasserhaushalt semiarid bis semihumid
• Kalkreiches und lockeres Sediment

Demnach entwickelt sich im Frühjahr unter günstigen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen eine üppige Steppenvegetation (vor allem Gräser), die viel organisches Material für die Humusbildung liefert. Im trockenen, warmen Sommer geht die Produktion organischer Substanz zurück. Gleichzeitig ist aber der Abbau (Mineralisierung) durch die Trockenheit gehemmt. Dem kurzen, feuchten Herbst folgt ein langer, sehr kalter Winter, in dem die Umsetzung der organischen Substanz ruht. Damit wird langfristig mehr organische Masse produziert als abgebaut, wodurch sich Humus im Boden akkumuliert.

Die extremen Klimaschwankungen nehmen auch Einfluss auf die Bodentiere. Durch das hohe Angebot pflanzlicher Nahrung kommen zahlreiche Arten vor. Sehr bedeutend sind hier endogäische (das heißt im oberen Bereich des Mineralbodens lebende) Regenwürmer, Steppenmurmeltiere oder Feldhamster. Während des heiß-trockenen Sommers und des eisig-schneereichen Winters müssen diese sich tief in den Boden zurückziehen. Dies bewirkt die typische intensive Wühltätigkeit, die den gesamten Oberboden homogenisiert (Bioturbation). Humoses Material wird so mit der Zeit tief in den Boden eingearbeitet. Der tief-schwarze Oberboden erreicht dadurch eine Mächtigkeit von durchschnittlich 60–80 cm. Im Übergangsbereich zum Ausgangsmaterial finden sich stets vereinzelte, tiefergehende Gänge, die sich nach der Aufgabe mit humosem Material füllen. Diese sind charakteristisch für Schwarzerden und werden Krotowinen genannt von russisch Krot (Maulwurf).

Die Wasserverhältnisse sind ebenfalls entscheidend. Über das gesamte Jahr gesehen sind die Niederschläge so gering, dass sie zwar das Wachstum von Steppenpflanzen ermöglichen, es aber zu keiner tiefgreifenden Versickerung kommt. Es stagniert vielmehr in geringer Tiefe. Somit bleiben Kalk und Nährstoffe im Boden. In den Bodentiefen, in denen das Sickerwasser der jährlichen Regenzeit regelmäßig „stecken bleibt“, kann es zu sekundären Kalkausfällungen (Kalkkonkretionen, „Lösskindel“) kommen.

Weiterentwicklung zur Schwarzerde-Parabraunerde

Unter den oben genannten Bedingungen zeigen Schwarzerden keine Tendenz, sich in andere Bodentypen umzuwandeln. Die Schwarzerde scheint demnach das Endstadium der Bodenentwicklung auf Löss in Steppenklimaten zu sein (Klimaxboden).

Wird das Klima dauerhaft maritimer und damit feuchter, so ändert sich nicht nur der Bewuchs (Waldbildung). Es setzen auch bodenbildende Prozesse ein, die unter Steppenklimaten ruhen. Der Bodentyp entwickelt sich weiter bzw. degradiert. Die einsetzenden Vorgänge entstehen in erster Linie durch den jetzt regelmäßigen Sickerwasserstrom (Auswaschung) und mehr vorhandene Feuchtigkeit:

• Entkalkung
• Tonmineralneubildung und Tonverlagerung (Lessivierung)
• Verwitterung des Ausgangsmaterials (Verbraunung und Verlehmung)
• Ende der Humusakkumulation, langfristige Humusabnahme (Mineralisierung)
• Ende der tiefgründigen Homogenisierung (Bildung neuer Bodenhorizonte)

Degradierte Schwarzerden (früher Griserde) gehören zu den Parabraunerden. Schwarzerde-Fahlerden sind eher die Ausnahme, können aber auch auftreten.

Dieser Prozess ist bei den Schwarzerden in Mitteleuropa zu beobachten. Die Weiterentwicklung der hiesigen Schwarzerden zu Parabraunerden im Holozän folgt im Wesentlichen der Entwicklung des Niederschlags bzw. der Temperatur oder zusammengefasst dem Verlauf der klimatischen Wasserbilanz und des Sickerwassers. Das Atlantikum und Subboreal war mit einigen Schwankungen eher trockener und wärmer. Die Bodenentwicklung verlief langsamer. Mit dem Subatlantikum (etwa um die Zeitenwende) ist mit höheren Niederschlägen und mehr Sickerwasser und damit mit einer beschleunigten Bodenentwicklung zu rechnen. Die Entkalkung könnte in Mitteleuropa zum Beginn des Neolithikums in den oberen Dezimetern schon abgeschlossen gewesen sein. Bei der Tonverlagerung wird diffus verteilter Ton kolloidial in tiefere Bodenhorizonte transportiert und dort mit orientierten Tonbelägen wieder abgelagert. Bei den Schwarzerden werden Ton-Humus-Komplexe verlagert. Dadurch werden die hellen Quarzkörner demaskiert und der Boden wird aufgehellt. Charakteristisches Merkmal der lessivierten Schwarzerden sind schwarze Toneinlagerungen im BHT-Horizont. Diese belegen die Schwarzerdevergangenheit.

Die heute in Mitteleuropa vorkommenden Schwarzerden wären folglich ein Relikt früherer Klimabedingungen. Demnach entstanden sie während des Boreals vor knapp 10.000 Jahren, als das Wetter Mitteleuropas wesentlich trockener und kontinentaler war.

Alternative Entstehungstheorien

Einige Forscher zweifeln die zurzeit gängige Theorie an, da die C14-Alter von Schwarzerden mit 3000 bis 7000 Jahren vor heute (BP) für eine präneolithische Entstehung (also in der borealen Klimaphase Mitteleuropas) zu jung zu sein scheinen. Demnach liefert eine Fixierung des Kohlenstoffs unter den Bedingungen der Steppe bei einer Umsatzrate der organischen Substanz von 30 bis 100 Jahren keine Erklärung für das hohe Alter des Kohlenstoffs. Die heutige Bindung der Schwarzerden an die Steppen zeige demnach die Erhaltungs-, aber nicht die Bildungsbedingungen. Nach neuerem Kenntnisstand sind Schwarzerden außerdem deshalb tiefschwarz, weil sie deutliche Anteile (10–40 % der organischen Substanz) an pyrogenem Kohlenstoff enthalten. Dieser entsteht bei unvollständiger Verbrennung oder Verschwelung und wird auch als black carbon bezeichnet.

Für das Neolithikum (Übergang von Jäger- und Sammlerkulturen zu sesshaften Bauern) kann bei kontinuierlicher Besiedlung mit einer Brandwirtschaft (slash and burn) auf den Äckern von bis zu 3600 Jahren ausgegangen werden. Diese Wirtschaftsweise mit der Bildung und dem Eintrag von black carbon ist durch Untersuchungen an Seesedimenten belegt und kam in der Bronzezeit (Deutschland: ca. 2200 bis 800 v. Chr.) zum Erliegen. Des Weiteren sollen die Bodenwühler erst mit dem erhöhten Nahrungsangebot durch den Ackerbau aufgetreten sein. Die in Form von Wühlgängen (Krotowinen) sichtbare Bioturbation ist zwar ein deutliches Profilmerkmal, bewirke aber nicht die Homogenisierung des Oberbodens. Die Erhaltung der primären Lössschichtung ist u. a. in der Magdeburger und Hildesheimer Börde belegt. Neben der allgemeinen Bodenentwicklung mit Entkalkung, Verbraunung und Tonverlagerung wäre in den neolithischen Siedlungsgebieten der kontinuierliche Eintrag der Verbrennungsreste hinzugekommen. Diese werden über den gesamten Zeitraum in den Boden verlagert und über die Grabegänge (Krotowinen) eingearbeitet. Die Einwaschung und Verlagerung der organischen Substanz hätte demnach für die Bildung der Schwarzerde neben der Durchmischung eine hohe Bedeutung.

Die enge Bindung der Schwarzerden in Mitteleuropa an neolithische Siedlungsgebiete könnte diese Entstehung unterstreichen. Die Bedeutung des menschlichen Einflusses auf die Schwarzerdebildung in Mitteleuropa wird durch Untersuchungen an den Schwarzerden an der Ostsee (Fehmarn, Großenbrode, Poel, Fünen) unterstrichen. Die Datierungen scheinen auch hier nach den Besiedlungsphasen zu liegen und sind mit C14-Altern von 1000 bis 2000 Jahren vor heute deutlich jünger als die der Löss-Schwarzerden. Eine Entstehung der mitteleuropäischen Schwarzerden vor dem Neolithikum wäre demnach nicht gesichert.

Die klassische Lehrmeinung kann allerdings zahlreiche Fragestellungen zur Bildung von Schwarzerden hinreichend erklären. Das stärkste Argument findet sich in der Verbreitung des Bodentyps: Schwarzerden kommen in ihrer Reinform nur auf Flächen vor, die alle fünf Bildungsfaktoren aufweisen. Standorte außerhalb dieser Zone (z. B. in Deutschland) weisen ebenfalls Schwarzerden auf, allerdings stets mit einer Tendenz zur Umwandlung in spätere Entwicklungsstadien. Eine Besiedelung der Flächen durch frühe Ackerbauern trifft zwar auf Mitteleuropa zu, nicht aber auf die Hauptverbreitungsgebiete der Schwarzerden in Zentralasien und Nordamerika. Die enge Bindung von neolithischen Siedlungen mit Schwarzerden lässt sich erklären, da die frühen Bauern mit Sicherheit gute Standorte schlechteren vorzogen. Darüber hinaus sind Brände, als Ursache für pyrogenen Kohlenstoff, in Steppen vollkommen natürliche Phänomene.

Schwarzerden in Mitteleuropa

In Deutschland finden sich Schwarzerden zum Beispiel in der Magdeburger Börde, der Hildesheimer Börde und im Thüringer Becken; in Österreich beispielsweise im Weinviertel oder im nördlichen Burgenland.

In Asel in der Hildesheimer Börde befindet sich das Naturdenkmal Schwarzerdeprofil Asel mit einer Informationstafel. Es ist der einzige Boden, der in Niedersachsen als Naturdenkmal ausgewiesen ist.

Für die klassische Lehrmeinung der Schwarzerdebildung spricht die geografische Verteilung von Schwarzerden und Parabraunerden in Deutschland: Je weiter westlich eine Lössablagerung liegt, desto maritimer und feuchter ist das Klima. Gleichzeitig wird nach Westen hin die Mächtigkeit des humosen Oberbodens immer geringer und nimmt der Schwarzerdecharakter der Standorte ab.

Am westlichsten gelegen sind die Lössablagerungen in der Kölner Bucht und bei Osnabrück (sowie in Belgien oder Frankreich). Die dortigen Böden sind Parabraunerden und zeigen nahezu keine Schwarzerdeeigenschaften. Östlich schließt sich die Hildesheimer Börde an, wo Parabraunerden mit einer Tendenz zur Schwarzerde vorkommen. Wiederum weiter im Osten befindet sich die Magdeburger Börde. Dort dominieren Schwarzerden mit Tendenz zur Parabraunerde. Schwarzerden in Reinform finden sich ganz im Osten Deutschlands sowie im Thüringer Becken im Regenschatten des Harzes. Dort liegen die niedrigsten Niederschläge vor, gekoppelt mit dem kontinentalsten Klima.