Hydrologie en archeologie - een samenvatting
Introductie
Waterverzadiging is één van de belangrijkste factoren voor de conservering van archeologisch materiaal in de bodem. Water is van cruciaal belang omdat het zuurstof uitsluit, waardoor bepaalde degradatieprocessen, zoals roesten of mineralisatie, niet plaatsvinden. Ook voor de herkenbaarheid van grondsporen is de invloed van de waterhuishouding groot.
Inzijging en verdamping, stagnatie, capillaire werking en lokale en regionale kwel bepalen de mate waarin bodemvocht en waterverzadiging voorkomen. Deze processen worden op hun beurt beïnvloed door het reliëf, de opbouw en samenstelling van de bodem én door menselijk handelen als ontwatering en afdekking. Al deze processen en factoren vormen samen het hydrologisch systeem (Zie Afb. 1).
Water in de ondergrond
Waterverzadiging in de bodem vindt plaats wanneer poriën, de holle ruimten tussen de bodemdeeltjes, helemaal gevuld zijn met water. Wanneer poriën niet of niet volledig gevuld zijn met water, wordt er gesproken van de onverzadigde zone (Zie Afb. 2.).
De verzadigde zone bestaat uit het grondwater en de volcapillaire zone. De grondwaterspiegel wordt begrensd door het vlak in de verzadigde zone waar de waterdruk gelijk is aan de atmosferische druk, dus bepaald door de zwaartekracht. De volcapillaire zone is de laag boven de grondwaterspiegel, waar de poriën door de aanzuigende opwaartse waterbeweging volledig gevuld zijn. In de onverzadigde zone zijn de poriën niet meer volledig gevuld. In de opencapillaire zone zijn enkel de kleinere poriën nog gevuld met water. De onverzadigde zone wordt gecomplementeerd door de grond op veldcapaciteit, water dat een verzadigde bodem tegen de zwaartekracht in vast kan houden, en het hangwater, water dat in de bovenste lagen vastgehouden wordt en meestal door neerslag is aangevoerd.
De hoeveelheid water dat wordt vastgehouden in de onverzadigde zone is afhankelijk van het bodemsoort type. Hierbij beïnvloedt bodemsoort de poriëngrootte tussen de deeltjes. Poriën bij kleibodems zijn veel kleiner dan bij zandbodems, waardoor water makkelijker wordt geadsorbeerd aan het oppervlak van de bodemdeeltes. Bij veen ligt dit anders, omdat dit voornamelijk bestaat uit dode plantencellen die gevuld zijn met water dat zich alleen bij afbraak van de celwanden kan verplaatsen. Bodemsoorttypen bepalen ook de infiltratiesnelheid van neerslag in de grond (met een lagere waterdoorlaatbaarheid voor bodemsoorten met kleinere korrelgrootten).
Veranderingen in de diepte van de onverzadigde zone (en dus ook de verzadigde zone) wordt beïnvloed door een samenspel van aanvoer en afvoer van water (de waterbalans). Verdamping zorgt voor een vermindering van het bodemvochtgehalte, en daarbij met de capillaire werking voor een lagere grondwaterstand. Dit proces gaat door tot de grondwaterspiegel te diep komt te liggen en de capillaire aanvoer richting de wortels van de vegetatie en de bovenste bodemlagen stopt. Afwatering (sloten, draingage) en onttrekking (beregening, drinkwaterwinning, industriewaterwinning) zorgen voor een directe onttrekking vanuit het grondwater, en dragen dus bij aan een directe daling van de grondwaterspiegel. Bij afwateringen is het voor de waterverzadiging van belang dat de verzadigde zone op veldniveau kan fluctueren, waarbij tijdens natte perioden water niet volledig wordt afgevoerd en een bolle grondwaterspiegel ontstaat (hogere grondwaterstanden in het midden van het perceel). Daarnaast kan tijdens een droge periode juist een holle grondwaterspiegel ontstaan.
Het conserverend vermogen van een waterverzadigde bodem
De hoeveelheid zuurstof in de bodem dat beschikbaar is voor afbraakprocessen hangt af van de bodemsamenstelling en de waterverzadiging. Des te natter de grond en hoe fijner de poriën, des te langzamer de aanvoer van lucht in de bodem gaat. Het zuurstofgehalte van water is daarbij erg laag, en wordt snel geconsumeerd door aerobe micro-organismen. In minder waterdoorlatende bodems (veenbodems, kleibodems) met enig organisch materiaal (voedsel voor bodemleven) is het inzijgende water daarom op geringe diepte al zuurstofloos. Ook in waterverzadigde organische materialen (hout, bot) ontstaan door zuurstofconsumptie door micro-organismen snel anaerobe condities. Omdat door waterverzadiging bepaalde degradatieprocessen veel langzamer plaatsvinden, zoals organische stof afbraak, is waterverzadiging dus van cruciaal belang. Veranderingen in de waterverzadiging kunnen voor problemen zorgen, met mineralisatie en bioturbatie als gevolg. Vooral onverkoold organisch materiaal (hout, bot, leer, plantenresten) is hiervoor zeer gevoelig.
Instandhoudingsproblemen
Sinds de jaren vijftig van de vorige eeuw is de grondwaterstand in grote delen van Nederland met gemiddeld 20 tot 40 cm verlaagd, met verdroging van bodems als gevolg. Dit komt vooral door het aanpassen van het watersysteem aan de eisen van het moderne grondgebruik, zoals verbeterde draagkracht van de bodem voor landbouwmachines en vee. Daarnaast spelen onttrekkingen en stedelijke uitbreiding hierin een rol (snelle afwatering regenwater dat zorgt voor minder aanvulling grondwater). Grondwaterstandverlaging vormt vooral een bedreiging voor ondiep gelegen archeologische monumenten met een onverkoolde organische component, maar ook voor andere kwetsbare vondstgroepen zoals ijzerhoudende objecten. Vaak zijn hierdoor maatregelen op perceelniveau noodzakelijk om de effecten van droogte tegen te gaan en de blootstelling aan zuurstof te verminderen. Hierbij valt te denken aan het waterpeil lokaal verhogen door het plaatsen van stuwtjes, of door het verminderen van verdamping door het opbrengen van een grondlaag, het aanbrengen van een afdekking, of door aangepast vegetatiebeheer. Het aanbrengen van een grondlaag kan hierbij de capillaire werking afremmen, en zorgt tevens voor een betere bescherming tegen bijvoorbeeld bodembewerking. Andere vegetatie, met name ondiep wortelende gewassen, onttrekken minder water en zorgen daarbij voor minder uitdroging. Het toepassen van afdekkingen zorgt ervoor dat verdamping en horizontale grondwaterstromingen worden tegengegaan, waarbij regenwater nog wel kan infiltreren en een kunstmatig hoog waterpeil wordt gecreëerd.
Zie de brochure voor een uitgebreidere uitleg van toepassingen met daarbij praktijkvoorbeelden van archeologische conserveringsmethoden.
Dit artikel is een samenvatting van de brochure 'Hydrologie en archeologie: Basiskennis over bodemwater en bodemarchief".
Zie ook
ArtikelenGrondwater, bodemvocht, waterverzadiging, droogte, organische resten
Begrippen
Specialist(en)Deze pagina is voor het laatst bewerkt op 7 mrt 2024 om 04:00.