Auswirkungen der historischen Köhlerei auf Bodenlandschaften in West Connecticut, USA
Bodenwissenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
So genannte reliktische Holzkohlemeiler (HKMs) sind kleine anthropogene Reliefformen und markante Hinterlassenschaften der Köhlerei, die in Mitteleuropa und Nordamerika über viele Jahrhunderte ein wichtiges Element der Forstnutzung waren. Im Mittelpunkt dieses Projekts steht die Frage, wie und in welchem Ausmaß die historische Holzkohleindustrie die Verteilung, Entwicklung und Eigenschaften der heutigen Böden in Connecticut, USA, geprägt hat? Grundlage der hier vorgestellten Ergebnisse sind mehrere Feldkampagnen, die insbesondere in den Jahren 2017 und 2018 stattgefunden haben, darüber hinaus wurden verschiedene Laboranalysen und GIS-Auswertungen durchgeführt. Im Nordwesten Connecticuts wurden im Litchfield County, einem Zentrum der historischen Montanindustrie Neuengland, an 52 ausgewählten HKM-Standorten 154 Bodenprofile mittels Schürfgruben angelegt und beprobt. Die resultierende Datenbank umfasst mehr als 1.245 Bodenproben und enthält detaillierte stratigraphische und morphometrische Informationen für alle untersuchte HKM-Standorte. An HKMs lassen sich bis zu drei unterschiedliche Böden bzw. vier Bodenhorizonte gemäß WRB finden: Technosole mit kohlereichen A-Horizonten (Auh Horizonte), mineralische Horizonte, die mehrere Auh-Horizonte teilen (Cu Horizonte) sowie begrabene reliktische Oberböden (Ahb Horizonte) oder begrabene mineralische Horizonte (Bwb Horizonte). Standorte auf flachem Gelände (< 4° Hangneigung) haben in der Regel einen Auh-Horizont, während Standorte auf steilerem Gelände (> 4° Hangneigung) in der Regel zwei, seltener auch drei Auh-Horizonte aufweisen. Das Gesamtvolumen der HKM-Standorte auf Hängen ist positiv mit der lokalen Hangneigung korreliert, d.h. die von der Köhlerei geschaffenen Formen und Böden sind in stärker reliefiertem Gelände ausgeprägter. Im Vergleich zu Referenzböden sind HKM-Böden mit organischem Kohlenstoff angereichert, insbesondere mit pyrogenem Kohlenstoff. Vertikale Gradienten der organischen Kohlenstoffverteilungen in Auh- und Cu-Horizonten deuten auf eine Anreicherung von nicht-pyrogenem organischen Material in Oberböden und eine vertikale Translokation von hocharomatischen Kohlenstoffverbindungen in Cu- und begrabene Bodenhorizonte hin. Verglichen mit Referenzböden haben Auh-Horizonte eine niedrigere Rohdichte, ein höheres Kristallinitätsverhältnis (Fed/Fet) von pedogenen Eisenoxiden und sind an austauschbaren Kationen (Ca2+, Mg2+, Mn2+) sowie an oxalatlöslichen Manganoxiden angereichert. Ein auf Deep Learning basierter, automatisierter Kartierungsansatz namens ARCHMAGE (Automated Relict Charcoal Hearth Mapping and Geospatial Exploration) wurde entwickelt, um eine kontinuierliche, landesweite Datenbank von HKM-Standorten und anderen relevanten geografischen Informationen zu erhalten. Diese Datenbank in Kombination mit der Berechnung von Standort-spezifischen HKM-Volumina und Kohlenstoffgehalten zeigt, dass in Regionen mit hoher HKM-Dichte signifikante Anreicherungen zu lokalen organischen und insbesondere pyrogenen Kohlenstoffvorräten vorhanden sind. Dieser Effekt ist skalenabhängig, mit einem größeren Effekt auf der Landkreisskala und darunter (≤ 1:650.000).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Effects of historical charcoal burning on soil landscapes in West Connecticut - Quantifying pyrogenic and organic soil carbon content of Technosols by FTIR analysis. EGU General Assembly 2019.
Bonhage, A., Mykhailova, S., Hirsch, F., Schneider, A., Raab, T., Fischer, T., Raab, A., Donovan, S. & Ouimet, W.
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Effects of Historical Charcoal Burning on Soil Landscapes in West Connecticut, USA. Soil Science Society of America, International Soils Meeting, Soils Across Latitudes, San Diego 2019
Bonhage, A., Hirsch, F., Schneider, A., Raab, T., Raab, A., Ouimet, W. & Drohan, P.
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Characteristics of small anthropogenic landforms resulting from historical charcoal production in western Connecticut, USA. CATENA, 195, 104896.
Bonhage, Alexander; Hirsch, Florian; Raab, Thomas; Schneider, Anna; Raab, Alexandra & Ouimet, Will
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Stratigraphy and shape of relict charcoal hearths in Connecticut, USA. Virtuelle Jahrestagung des Arbeitskreises für Geomorphologie.
Bonhage, A., Hirsch, F., Raab, T., Schneider, A., Raab, A. & Ouimet, W.
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A modified Mask region‐based convolutional neural network approach for the automated detection of archaeological sites on high‐resolution light detection and ranging‐derived digital elevation models in the North German Lowland. Archaeological Prospection, 28(2), 177-186.
Bonhage, Alexander; Eltaher, Mahmoud; Raab, Thomas; Breuß, Michael; Raab, Alexandra & Schneider, Anna
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Automated large‐scale mapping and analysis of relict charcoal hearths in Connecticut (USA) using a Deep Learning YOLOv4 framework. Archaeological Prospection, 30(3), 251-266.
der, Vaart Wouter Verschoof‐van; Bonhage, Alexander; Schneider, Anna; Ouimet, William & Raab, Thomas
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Comparing prediction algorithms in FTIR-based chemometric analysis to predict soil variables within centuries-old charcoal rich Technosols. Copernicus GmbH.
Ramezany, Shaghayegh; Bonhage, Alexander & Raab, Thomas
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Do small landforms have large effects? A review on the legacies of pre-industrial charcoal burning. Geomorphology, 413, 108332.
Raab, T.; Raab, A.; Bonhage, A.; Schneider, A.; Hirsch, F.; Birkhofer, K.; Drohan, P.; Wilmking, M.; Kreyling, J.; Malik, I.; Wistuba, M.; van der Maaten, E.; van der Maaten-Theunissen, M. & Urich, T.
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Large scale survey of anthropogenic soil landscapes in New England, USA, using state-of-the-art machine learning techniques (Yolov4). Mid-European Geomorphology Meeting 2022
Bonhage, A., Verschoof-van der Vaart, W., Raab, T., Schneider, A., Raab, A., Ouimet, W. & Hirsch, F.
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Pyrogenic carbon in temperate forests - long-lasting impact of historical charcoal production on soils and ecosystems. Copernicus GmbH.
Bonhage, Alexander; Raab, Thomas; Schneider, Anna; Raab, Alexandra; Ramezany, Shaghayegh & Ouimet, William
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Vertical SOC distribution and aromatic carbon in centuries old charcoal‐rich Technosols. European Journal of Soil Science, 73(4).
Bonhage, Alexander; Raab, Thomas; Schneider, Anna; Fischer, Thomas; Ramezany, Shaghayegh; Ouimet, William; Raab, Alexandra & Hirsch, Florian
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From site to state – Quantifying multi-scale legacy effects of historic landforms from charcoal production on soils in Connecticut, USA. CATENA, 232, 107426.
Bonhage, Alexander; Raab, Thomas; Schneider, Anna; Raab, Alexandra; Ouimet, William; Völkel, Jörg & Ramezany, Shaghayegh
