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Boden als Klimaanlage - Kühlungsfunktion

Das Klima beeinflusst nicht nur den Boden, sondern der Boden hat auch einen Einfluss auf das Klima, denn Boden und Atmosphäre tauschen wechselseitig Energie aus.

Weg des Wassers: Atmosphäre - Boden - Pflanze © ahu AG

Grundprinzip der Kühlungsfunktion

Das Grundprinzip besteht in der Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern und den Pflanzen zur Verdunstung zur Verfügung zu stellen. Für die Verdunstung benötigt die Pflanze Energie. Diese bezieht sie von der Sonne. Die Sonnenenergie wird durch die Pflanze in latente und nicht in fühlbare Wärme umgewandelt: Der Luft wird Wärme entzogen, dadurch kühlt sie sich ab, es entsteht Verdunstungskälte. Wetterbedingungen, die Vegetation, die Bodeneigenschaften sowie der Anteil von versiegelten Flächen werden als Haupteinflüsse auf die Verdunstung verstanden.

Boden und Atmosphäre tauschen wechselseitig Energie aus © C. Molt

Bodenkühlung in Zahlen

1 Hektar Boden, der optimal mit Wasser versorgt ist, verdunstet gemeinsam mit der Vegetation rund 5.000 m3 pro Jahr. Durch diese „Ökosystemdienstleistung“ des Bodens wird die Lufttemperatur um bis zu 5 °C abgekühlt; die Reichweite beträgt bis zu 100 m. Um die Kühlleistung eines Hektar Bodens technisch zu erbringen, sind Energiemengen notwendig, die je nach Energieträger ca. 500.000 Euro pro Jahr kosten.

Je grüner der Boden desto kühler die Luft © C. Molt

Rolle der Pflanzen

90 % der Verdunstung ergeben sich in Deutschland aus der Transpiration und der Interzeption der Pflanzen. Bei der Interzeption verdunstet das von außen durch Niederschläge auf die Pflanze gelangte Wasser. Die Transpiration ist dagegen ein aktiver durch die Pflanze regelbarer Vorgang. Sie nimmt das zur Transpiration benötigte Wasser mit ihren Wurzeln aus dem Boden auf und gibt es über die Stomata der Blätter als Wasserdampf an die Atmosphäre wieder ab. Sinkt das pflanzenverfügbare Wasser im Boden, reagiert die Pflanze mit dem Schließen der Spaltöffnungen, um einen zu starken Wasserentzug zu vermeiden. Das vermindert die Verdunstungsmenge.

Sonden zur Ermittlung der Bodentemperatur zeigen wie stark sich ein Boden aufheizen kann © M. Kastler

Rolle der Böden

Pflanzen können nur die Wassermenge verdunsten, die pflanzenverfügbar im Boden gespeichert ist. Ein trockener Sandboden ohne ausreichend Wasserversorgung heizt sich fast genauso auf wie eine Asphaltfläche. Das Ausmaß der Bodenwasserspeicherkapazität ist daher trotz der ganzjährig hohen Niederschläge in Deutschland sehr wichtig für die Kühlungsfunktion der Böden.

Böden mit Bauschutt im Untergrund neigen zur Trockenheit weil sie wenig Wasser speichern können © S. Höke

Kühlwasser aus dem Bodenwasserspeicher

Die Wassermenge, die ein Boden gegen die Schwerkraft halten kann, nennt man Feldkapazität. Pflanzen decken ihren Wasserbedarf aus dieser Feldkapazität. Dabei können sie jedoch nur den Teil des Wassers nutzen, den ihre Wurzeln aus dem Boden „saugen“ können – diesen Wasseranteil nennt man nutzbare Feldkapazität. Das ist der pflanzenverfügbare Anteil am Bodenwasserspeicher.
Das Wasserspeichervermögen der Böden wird durch ihre physikalischen Eigenschaften wie die Größe und Lagerung der Bodenpartikel beeinflusst. Aber auch ein aktives Bodenleben trägt dazu bei, ein ideales Porensystem und einen großen Bodenwasserspeicher auszubilden.
Insbesondere in den anthropogen überprägten Böden der Städte schränken jedoch Verdichtungen und ein höherer Anteil grober Partikel (z.B. Kies, Steine, Beton-, Schlacke-, Ziegelbruchstücke etc.) den Speicherraum für pflanzenverfügbares Bodenwasser ein.
Die Wasserspeicherfähigkeit ist also eine wichtige Eigenschaft der Böden, denn nur so steht Pflanzen auch in einer Phase der Trockenheit Wasser zur Verfügung und nur so kann Verdunstungskälte entstehen.

Städte heizen sich stärker auf als das dünner besiedelte Umland © M. Hopp

Kühle Luft für überhitzte Städte

Insbesondere in unseren Städten sind die Folgen des Klimawandels zu spüren. Im Sommer bilden sich hier regelrechte Hitzeinseln – mit Temperaturen, die bis zu 8 Grad höher als im Umland sind. Mit der Verdunstung von Wasser durch die Pflanzen und von der Bodenoberfläche ist eine fühlbare Abkühlung der umgebenden Luft verbunden. Deshalb sind die Böden unserer Parks und Freiflächen als Wasserspeicher für die Pflanzen wichtig für das Stadtklima.

Hitzestress in der Stadt © C. Molt

Bodenkühlung - ein ungenutztes Potential?!

Gerade in Städten kann die Kühlleistung der Böden gut genutzt oder auch verbessert werden. Anpassungs- und Optimierungsmaßnahmen für die Bodenkühlleistung sollten in stadtklimatische Programme aufgenommen werden. Denn funktionsfähige Böden sind ein wichtiger Baustein, wenn es im Sommer um die Vermeidung von Hitzestaueffekten in urbanen Räumen geht.