Q&A Flashcards
Was ist ein Paläoboden und woran erkennt man einen Paläoboden?
Paläoboden oder auch Paläosol sind Böden oder Reste von Böden, die in einem früheren geologischen Zeitraum, zum Teil unter anderen Umweltbedingungen entstanden sind.
Ein Paläoboden ist ein alter Boden, der sich unter vergangenen klimatischen und ökologischen Bedingungen gebildet hat. Man erkennt ihn anhand seiner charakteristischen Merkmale wie Farbe, Textur und den darin enthaltenen Fossilien oder anderen Anzeichen
Wie wird Boden definiert?
Teil der belebten obersten Erdkruste, der nach unten durch festes oder lockeres Gestein, die Lithosphäre, und nach oben durch eine Vegetationsdecke bzw. die Atmosphäre abgegrenzt ist.
Boden ist ein Naturkörper, bei dem ein Gestein unter bestimmten klimatischen und vegetativen Bedingungen durch bodenbildende Prozesse, wie z.B. Verwitterung und Mineralneubildung, Zersetzung und Humifizierung, Gefügebildung und Verlagerung, umgewandelt wurde.
Boden wird als die oberste Schicht der Erdkruste definiert, die durch physikalische, chemische und biologische Prozesse beeinflusst wird.
Welche bodenbildenden Prozesse kennen sie?
Verwitterung, Mineral(neu)bildung, Zersetzung, Humifizierung, Gefügebildung, (Ton)verlagerung, Reduktionsvorgänge, Podsolierung, Turbation.
Bodenbildung umfasst physikalische, chemische und biologische Prozesse wie Verwitterung, Humifizierung und Podsolierung.
Was ist Streu?
Organisches Material, bei dem die ursprünglichen Strukturen noch vorhanden sind. z.B.: verwelkte Blätter, die noch Struktur und als Blatt erkannt werden können.
Streu bezeichnet tote Pflanzenmaterialien, die auf der Bodenoberfläche liegen und langsam abgebaut werden.
Was ist die Pedosphäre?
Die Pedosphäre ist der Bereich der Erdoberfläche, der von Boden bedeckt ist und durch biologische Aktivität geprägt wird.
Wichtige Element der Pedosphäre
Die Pedosphäre umfasst Bodenbestandteile wie Mineralien, organische Substanzen, Wasser und Luft.
Sauerstoff (O), Silizium (Si), Aluminium (Al), Kohlenstoff (C), Calcium (Ca), Kalium (K), Eisen (Fe), Stickstoff (N), Wasser (H2O)
Woraus besteht Boden und wie setzen sich diese Bodenbestandteile quantitativ zusammen?
Boden besteht hauptsächlich aus Mineralen, organischer Substanz, Wasser und Luft.
5% organische Materialen, 25% Luft, 25% Wasser, 45% Minerale
Was ist ein Pedon?
Ein Pedon ist eine dreidimensionale Einheit des Bodens, die zur Untersuchung und Klassifizierung verwendet wird.
Permafrostböden: Entstehungsbedingungen und Entstehungsprozess
Permafrostböden sind Böden, die das ganze Jahr hindurch gefroren sind. Man spricht von einem Permafrostboden, wenn er mindestens 2 Jahre ununterbrochen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufweisen kann.
Permafrostböden entstehen dort, wo die Jahresdurchschnittstemperatur -1°C und der Jahresniederschlag 1000mm nicht übersteigt. Die großen Permafrostareale der Erde liegen daher in den Polargebieten.
Nennen sie 6 Bodenfunktionen und beschreiben sie diese?
Grundsätzlich lassen sich Bodenfunktionen in abiotische, biotische und Flächenfunktionen kategorisieren.
Beispiele für konkrete Funktionen sind:
* Lebensraum für Bodenfauna;
* Nahrungs- und Futtermittelproduktion (biotisch): gezielte Nutzung des Bodens für die Landwirtschaft;
* Genressource (biotisch): enthalten Großteil der genetischen Diversität der Erde;
* Abbau und Umbau organischen Materials (biotisch): Mikroorganismen mineralisieren und stellen es bspw. Pflanzen zur Verfügung;
* Umwandlung in stabilen Humus als Nährstoffspeicher;
* CO2 Speicherung (biotisch);
* Filter und Puffer im Wasserkreislauf (abiotisch): Beeinflussung des Wasserhaushaltes durch Aufnahme des Niederschlagswassers und langsame Abgabe an Pflanzen;
* Filterwirkung für anorganische Anionen/ Kationen;
* Roh- & Baustofflieferant (Flächenfunktion): Torfe, Lehme, Ton;
* Tragfähigkeit: Fläche für Siedlung, Infrastruktur, Verkehr und Abfälle;
* Verkehrswege: tragen unsere Infrastruktur
Welche bodenbildenden Faktoren kennen sie?
- Abiotische Faktoren (Ausgangsgestein [Gefüge, Körnung], Klima [Temperatur, Niederschlag], Relief, Bodenwasser)
- Biotische Faktoren (werden in Gesamtheit von abiotischen Faktoren beeinflusst): Flora, Fauna, Mensch, Zeit (unterschiedliche Geschwindigkeit z.B. je nach Verwitterungsstabilität)
Welche Parameter beeinflussen die jeweils verschiedenen abiotischen Bodenbildungsfaktoren?
- Ausgangsgestein: Gefüge, Körnung, Mineralbestand
- Klima: Temperatur, Niederschlag, relative Luftfeuchtigkeit, Wind
- Relief: Höhe über Meeresniveau, Geländeform, Exposition
- Bodenwasser
Beschreiben Sie das Verhalten des Biomasseabbaus bei verschiedenen Temperaturen und Feuchtebedingungen
- Der Biomasseabbau ist bei höheren Temperaturen und Feuchtebedingungen schneller, da dies die Aktivität der mikrobiellen Zersetzung erhöht.
- Grundsätzlich steigt Biomasseproduktion mit höherer Temperatur
- Belüftete Böden haben grundsätzlich höhere Abbauleistung als nasse Böden;
- Zersetzungsleistung aber bis ca. 10-15° bei beiden nicht wirklich vorhanden => steigt dann bei belüfteten Böden stärker
Wie beeinflusst das Klima die Bodenbildung?
- Das Klima beeinflusst die Bodenbildung durch Temperatur, Niederschlag und Witterungsbedingungen, die Verwitterungsraten, Humusbildung und Bodenentwicklung beeinflussen.
- (Sonnenenergie & Strahlung wichtige Treiber): Bodentemperatur (wirkt auf Zersetzung, Verwitterung & Mineralneubildung)
- Niederschlag: Kohlenstoffmenge steigt mit N. (wichtig für Lösungs- und Verlagerungsvorgänge); wichtig ist auch Verhältnis zwischen Niederschlägen und Verdunstung, bspw. Wenn negative Wasserbilanz => Anreicherung chemischer Abfallprodukte, Versalzung
- Relative Luftfeuchtigkeit & Wind (wichtig für Verdunstung); Wind erhöht Verdunstung, welche wieder davon abhängig ist, wie viel Wasser vorhanden ist.
Wie beeinflusst das Relief die Bodenbildung?
- Das Relief beeinflusst die Bodenbildung durch die topografische Lage, Hangneigung und Erosion, was zu unterschiedlichen Bodenhorizonten und -eigenschaften führt.
- Lage der Hänge kann zum Beispiel mit Kombination des Klimas zu unterschiedlichen Druchfeuchtungsgraden führen, was sich auf die Bodenbildung auswirkt.
Wie beeinflusst Bodenwasser die Bodenbildung?
- Bodenwasser beeinflusst die Bodenbildung durch Erosion, Transport von Materialien, chemische Reaktionen und Verwitterungsprozesse.
- Niederschlagswasser, das durch Infiltration (Eindringens von Niederschlägen in den Erdboden) und Perkolation (Durchfließen von Wasser durch ein festes Substrat) in den Boden gelangt, entweder den Pflanzen zur Verfügung steht oder als Sickerwasser das Grundwasser neu bildet. Nur der wasserhaltige Boden ist in der Lage, chemisch zu verwittern, den Pflanzenwurzeln Nährstoffe in gelöster Form bereitzustellen und organische Masse hervorzubringen.
Biotische Bodenbildungsfaktoren: welche Faktoren wären das und was ist ihre Bedeutung?
- Biotische Bodenbildungsfaktoren umfassen Pflanzenwachstum, Bodenlebewesen und mikrobielle Aktivitäten, die organische Substanz zersetzen und den Boden strukturieren.
- Flora: bildet Schutzmantel für Boden, schützt vor Austrocknung, Erosion und gibt Stabilität; Vegetation liefert mit Streu organisches Ausgangsmaterial für Humifizierung
- Fauna: Ausscheidung organischer Säuren, teils für Verwitterungsvorgänge zuständig, Bildung stabiler Aggregate
- Mensch: durch Eingreifen in die Umwelt bspw. Durch Landwirtschaft, Besiedlung, Abfallprodukte/ Deponien etc.; im Vergleich zu restlichen Faktoren recht jung
- Zeit (unterschiedliche Geschwindigkeit z.B. je nach Verwitterungsstabilität)
Holozän und Pleistozän: welche Zeiträume umfassten diese beiden Erdzeitalter?
Das Holozän ist das gegenwärtige geologische Zeitalter, das vor etwa 11.700 Jahren begann. Das Pleistozän ist das vorherige geologische Zeitalter, das vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann und vor etwa 11.700 Jahren endete.
Beschreiben sie den Schalenaufbau der Erde (Hauptbestandteile, Tiefen…)
Der Schalenaufbau der Erde besteht aus der Lithosphäre (äußere starre Schale), dem Mantel (halbfeste Schale) und dem äußeren und inneren Kern (feste Schalen).
1) Erdkruste (10-80 km)
2) Erdmantel
* Oberermantel
a) Lithosphäre (30-100 km)
b) Asthenosphäre (100 - 410 km)
c) Übergangszone (410 - 660 km)
* Unterer Mantel (660 – 2886 km)
3) Erdkern
* Äußerer Kern (flüssig, 2886 – 5156 km)
* Innerer Kern (fest; 5156 – 6365 km) ca. 6300 °C Metall auf Grund hohen Drucks fest
Stellen Sie den Kreislauf der Lithosphäre dar
Die Lithosphäre umfasst die äußere Schale der Erde, die aus der Erdkruste und dem oberen Teil des Mantels besteht. Durch Plattentektonik bewegen sich die Lithosphärenplatten, was zu Gebirgsbildung, Vulkanismus und Erdbeben führt.
Primäres Material: Magma > Kristallisation > magmatische Gesteine > Verwitterung & Pedogenese > Boden > Ablagerung & Transport > Sedimente > Diagenese > sedimentäre Gesteine > Metamorphose > metamorphe Gesteine (> Anatexis/ Wiederaufschmelzen > Magma)
Was ist der Unterschied zwischen Magma und Lava?
Magma ist geschmolzenes Gestein unter der Erdoberfläche, während Lava geschmolzenes Gestein ist, das an die Erdoberfläche austritt.
Tiefengesteine – was sind Charakteristika?
- Tiefengesteine bilden sich tief unter der Erdoberfläche durch Hitze und Druck und weisen eine kristalline Struktur auf.
- Tiefengesteine, oder auch Plutonite, sind magmatische Gesteine, die in großer Tiefe durch extrem langsame Abkühlung von Magmen entstehen.
Vulkanite – was sind Charakteristika?
Vulkanite sind Gesteine, die durch vulkanische Aktivität entstehen und oft porös sind, da sie schnell abgekühlt sind.
Vulkanit, oder auch Eruptivgestein, ist ein Gestein, welches infolge kontinentaler oder ozeanischer vulkanischer Aktivität durch eine rasche Abkühlung einer Gesteinsschmelze an der Erdoberfläche oder oberflächennahe entsteht.
Erklären Sie die Begriffe Diagenese und Metamorphose
Die Begriffe “Diagenese” und “Metamorphose” beziehen sich auf zwei verschiedene Prozesse der Gesteinsbildung:
Diagenese: Dieser Prozess umfasst die physikalischen und chemischen Veränderungen, die Gesteine durchlaufen, nachdem sie sich gebildet haben, aber bevor sie metamorphosiert werden. Diagenese umfasst typischerweise Prozesse wie Kompaktion, Zementation, Lösung und Rekristallisation.
Metamorphose: Dieser Prozess bezeichnet die Umwandlung von Gesteinen unter dem Einfluss von Druck, Temperatur und chemischen Reaktionen, die typischerweise in den Tiefen der Erdkruste stattfindet. Während der Metamorphose werden vorhandene Gesteine in neue Gesteine umgewandelt, ohne dass sie schmelzen.
Wie entstehen Sedimentgesteine?
Sedimentgesteine entstehen durch die Ablagerung und anschließende Kompaktion von Sedimenten, die sich aus erodiertem Material von Gesteinen oder organischen Ablagerungen bilden (Diagenese).
Was sind Minerale?
Minerale sind natürlich vorkommende anorganische Feststoffe mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung und kristalliner Struktur.
Welche Mineralgruppen kennen Sie?
Zu den Mineralgruppen gehören Primäre Silikate, Tonminerale, Carbonate, Oxide, Sulfide und Sulfate, Phosphate.
Erklären Sie die verschiedenen Strukturen primärer Silikate
Primäre Silikate können in Schichtsilikate, Ketten- oder Kettensilikate und Gerüstsilikate unterteilt werden.
Gerüstsilikate: Verknüpfung von Silikatketten zu Gerüsten, die in drei Dimensionen unbegrenzt sind; dreidimensionale Netzwerkstruktur
Ketten-Band-Schichtsilikate: entweder eher eindimensionale Ketten-Band-Silikate oder aufgeschichtete Slikate, die aus an den Ecken verknüpften SiO4-Tetraedern bestehen; Ladungsausgleich zwischen jeweils 2 Ketten durch Ca++, Mg++, Fe++; daher Zusammenhalt schwächer, leichter spaltbar
Nennen sie die wichtigsten primären Silikate – welche Unterschiede bestehen zwischen den verschiedenen primären Silikaten?
Zu den wichtigsten primären Silikaten gehören Quarz, Feldspate und Glimmer. Sie unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung und Kristallstruktur.
Erklären sie den prinzipiellen Aufbau primärer Silikate
Primäre Silikate bestehen aus Silizium-Oxid-Tetraedern oder Al-OH-Oktaeder, die mit Sauerstoffatomen verbunden sind und in verschiedenen Strukturen angeordnet sind.
Aufbau und Bedeutung von Tonmineralen
- Tonminerale sind Schichtsilikate, die sich aus dünnen Schichten von Silizium-Oxid-Tetraedern und Aluminium-Oxid-Oktaedern zusammensetzen. Sie sind wichtig für die Bodenentwicklung und -struktur.
- Tonminerale sind H2O-haltige Al-Silikate, die wesentlich die Eigenschaften von Böden bestimmen, da sie bspw. Plastizität, Quellfähigkeit, Adsorption von Ionen/ Molekülen beeinflussen.
- Basis: SiO4 Tetraeder und Oktaeder (Al, Mg, Fe als Ersatz) über O-Brücken verbunden Zwischenschichten bestehen aus Ionen (K), hydratisierten Ionen (Mg. H2O) oder Oktaedern.
Welche Tonminerale kennen Sie, was sind ihre Charakteristika?
- Zu den Tonmineralen gehören Illit, Vermiculit und Kaolinit. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Oberfläche, Quellfähigkeit und Austauschkapazität aus.
- Kaolinit/Halloysit 1:1 (nicht aufweitbar): Besetzung des Zwischenschichtraums mit H2O (Halloysit)
- Illit/Glaukonit 1:2 (nicht aufweitbar): Besetzung des Zwischenschichtraums mit K, Vorkommen in Böden aus Sedimenten
- Vermiculit/Smcetit 1:2 (aufweitbar): Starke Quellung/Schrumpfung, Besetzung des Zwischenschichtraums mit austauschbare Kationen, Vermiculit – K‐Fixierung
Was sind 1:1 Tonminerale und wie unterscheiden sie sich von 2:1 Tonmineralen?
- 1:1 Tonminerale haben eine Schichtstruktur, bei der eine Schicht Silizium-Oxid-Tetraeder mit einer Schicht Aluminium-Oxid-Oktaeder abwechselt. 2:1 Tonminerale haben zwei Schichten Silizium-Oxid-Tetraeder zwischen einer Schicht Aluminium-Oxid-Oktaeder.
- Unterschied liegt also im Aufbau und den damit einhergehenden Fähigkeiten des Tonminerals: Dreischichtminerale haben eine höhere KAK und deswegen liegt meist auch eine höhere Bodenfruchtbarkeit vor.
Beschreiben sie die Bildung von Tonmineralen durch den Prozess der Veränderung der Zwischenschicht am Beispiel des Glimmers
Der Glimmer wird zerkleinert (durch physikalische Verwitterung) und K-Anion wird rausgelöst => dann wird der Glimmer zum Illit; werden hier nochmal 2 K Ionen gelöst und 2 Mg Ionen hinzugefügt, entsteht ein Smectit, welcher durch ein hinzukommendes Al Ion zu einem sekundären Chlorit werden kann. Je niedriger der pH-Wert, desto schneller läuft der Prozess ab.
Beschreiben sie die Umwandlung von Tonmineralen am Beispiel des Glimmers
Glimmer kann durch chemische Verwitterung und Umwandlung in andere Tonminerale wie Illit oder Montmorillonit umgewandelt werden.
Silikatschichten bleiben erhalten, aber die Ionenbelegung im Zwischenraum wird verändert. Es erfolgt eine mechanische Zerkleinerung. Vom Rand werden Kalium Ionen aus dem Glimmer herausgelöst und durch Metall Ionen ersetzt.
Beschreiben sie die Bildung von Tonmineralen durch Neubildung aus Zerfallsprodukten von Silikaten
- Tonminerale können durch die chemische Umwandlung von Silikatmineralen oder die Ausfällung von gelösten Ionen aus dem Bodenwasser neu gebildet werden.
- Wenn Silikate zerfallen, das heißt, dass bestimmte Ionen (Mg, K, Na, Ca, Si) nicht mehr vorhanden sind, entstehen Zerfallsprodukte, aus denen mithilfe anderer Ionen Tonminerale gebildet werden (welche sich bilden ist abhängig von den involvierten Ionen).
Erklären sie den Begriff der spezifischen Oberfläche; wovon ist diese abhängig?
Die spezifische Oberfläche ist das Verhältnis der Oberfläche eines Feststoffs zur Masse. Sie ist abhängig von der Art und Größe der Oberfläche.
In welcher Größenordnung liegt die innere und äussere Oberfläche der Tonminerale Illit, Vermiculit und Montmorillonit
Die innere und äußere Oberfläche der Tonminerale liegt im Bereich von mehreren hundert bis tausend Quadratmetern pro Gramm.
Extern (m²/g) Intern Total
Illit 93 0 93
Vermiculit 1 780 781
Montmorillonit 47 753 800
Was ist die elektrische Doppelschicht?
- Die elektrische Doppelschicht ist eine Grenzfläche zwischen einer festen Oberfläche und einem umgebenden Medium, an der sich Ladungen ansammeln und eine elektrische Potentialdifferenz erzeugen.
- Bringt man zwei Phasen, von denen eine meist ein Metall, die andere eine wässrige Elektrolytlösung ist, in Kontakt, findet häufig ein Übergang von Ladungsträgern (Elektronen oder Ionen) zwischen ihnen statt.
Beschreiben sie die Ladungsverhältnisse von Silikatschichten der Tonminerale
- Silikatschichten in Tonmineralen können negative Ladungen aufweisen, die durch den Austausch von Kationen in der Struktur entstehen.
- Theoretisch sollte negative Ladung der O- und OH-Ionen durch positive Ladung der Zentralkationen ausgeglichen sein => Nettoladung = 0;
- In der Natur schon Austausch beim Aufbau der Tonminerale => negativer Ladungsüberschuss = isomorpher Ersatz;
- Bei Tonmineralen ist Nettoladung stets negativ, eine „permanente (pH-unabhängige)“ negative Ladung => wichtigste Kationenaustauscher
Charakterisieren sie die wichtigsten Oxide und Hydroxide
- Oxide und Hydroxide sind anorganische Verbindungen, die Sauerstoff- oder Hydroxidionen enthalten. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Bodenchemie und können als Mineralien vorkommen.
- Quarz (SiO2): aus SiO4-Tetraedern aufgebaut; 12% der Lithosphäre
- Al-Oxide (Al(OH)3): bei Verwitterung Al-haltiger Silikate
- Fe(III)-Oxide: entsteht durch Oxidation von Fe(2+) aus Mineralen, wenn H2O vorhanden;
- schwer löslich, wird in anaeroben Bedingungen zurückgelöst; kleine Kristalle => relativ große spezifische Oberfläche;
- Manganoxide (Mn(IV)): entsteht bei Verwitterung Mn-haltiger Silikate; schwer löslich; dunkle Konkretionen/ Flecken in Böden
Charakterisieren sie die wichtigsten Karbonate
Karbonate sind chemische Verbindungen, die das Carbonat-Ion enthalten. Zu den wichtigen Karbonaten gehören Calcit (Kalziumkarbonat) und Dolomit (Magnesiumkarbonat).
* Calcit (CaCO3): Hauptbestandteil der Gesteine Kalksein und Dolomit; wenn Klimate humid => Calcit gelöst und in tieferen Bereichen ausgefällt
* Siderit (FeCO3): anaerobe Verhältnisse
* Anhydrit (CaSO4)
* Gips (CaSO4*2H2O)
* Dolomit (CaMg(CO3)2): Hauptbestandteil der Gesteine Kalkstein und Dolomit
Worin besteht der Unterschied zwischen Calcit und Dolomit?
Calcit besteht aus Kalziumkarbonat, während Dolomit aus Magnesiumkarbonat besteht. Mit verdünnter Salzsäure (Calcit schäumt sofort unter Bildung von freigesetztem CO2 auf, Dolomit nicht) ist dies allerdings unproblematisch möglich.
Wie entstehen Lösskindel?
Lösskindel entstehen durch die Akkumulation von feinen Partikeln, insbesondere Quarz- und Tonmineralen, die durch Windtransport über weite Strecken transportiert und dann abgelagert werden.
Sie sind das Ergebnis oberflächennaher Kalkauswaschungen, wobei der Kalk durch kohlendioxidhaltiges Sickerwasser in tiefer gelegene sandige Erdschichtengelangte und sich dort ablagerte.
Wie ist das Edaphon definiert?
Das Edaphon bezeichnet die Gesamtheit aller Bodenorganismen, die im Boden leben und ihn beeinflussen.
Wie können die Bodenlebewesen eingeteilt werden?
Bodenlebewesen können in verschiedene Gruppen eingeteilt werden:
* Prokarioten: Archae, Bakterien
* Eurkarioten: Myxomyceten, Fungi, Algen, Mikrofauna, Mesofauna, Makrofauna
Einteilung der Bodenlebewesen und Charakteristika
Bodenlebewesen werden in verschiedene Gruppen eingeteilt, darunter Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze, sowie wirbellose Tiere wie Regenwürmer und Nematoden. Sie spielen eine wichtige Rolle im Bodenlebensraum und beeinflussen verschiedene Bodenprozesse.
Allgemeine Charakteristika von Bakterien, Pilzen, Actinomyceten…..
Bakterien sind einzellige Mikroorganismen, Pilze sind meist mehrzellige Organismen mit fadenförmiger Struktur, und Actinomyceten sind eine Gruppe von Bakterien mit eigener taxonomischer Einordnung, die Eigenschaften von Bakterien und Pilzen aufweisen.
* Bakterien: einzellig, schleimumgebende Organismen, vorwiegend heterotroph (organische Substanz als Energiequelle)
* Algen: autotroph, betreiben Photosynthese, wg Lichtbedarf an oberster Bodenschicht
* Actinomyceten: 1-10% der Bakteriengesamtpopulation; einzellig, bilden Mycel, vorwiegend aerob; können schwer abbaubare Verbindungen nutzen bspw. Lignin; im Boden oft Streptomyceten (verantwortlich für Erdgeruch)
* Pilzen: Eukaryoten, stets aero, heterotroph, meist saprophytisch; Hauptverantwortlich für Abbau organischer Masse; bestehen aus Netzwerk aus langen Hyphen, durch die sie Stoffwechselprodukte transportieren können
Welche spezielle Bakteriengruppen im Boden kennen sie und welche Funktionen üben diese aus?
- N-bindende Bakterien: Luft-N zu organischem N machen
- Nitrifizierende Bakterien: oxidieren NH4 Ammoniumstickstoff zu Nitratstickstoff NO3
- Denitrifizierende B.: reduzieren Nitratstickstoff NO3 zu Ammoniumstickstoff NH4
- Schwefel-, Eisen-, Mangan-Bakterien: oxidieren diese Elemente zu höherwertigenVerbindungen
Was sind Mykorrhiza,welche Funktionen üben sie im Boden aus und welche Vorteile entstehen durch ihre Existenz?
Mykorrhiza ist eine Symbiose zwischen Pilzen und Pflanzenwurzeln, bei der die Pilze Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen und sie an die Pflanzen liefern, während die Pflanzen den Pilzen Kohlenhydrate zur Verfügung stellen. Dadurch verbessert sich die Nährstoffaufnahme der Pflanzen und ihre Toleranz gegenüber Umweltstress.
Sie vergrößern die Wurzeloberfläche und stellen enge Verbindung mit Bodenpartikeln her. Sie tauschen Kohlenhydrate gegen Nährstoffe.
Nennen sie einige Klassifikationssysteme zur Einteilung der Bodenfauna, geben sie jeweils Beispiele
- Systematische Einteilung: Art – Gattung – Familie
- Körpergröße: Mikro, Meso, Makro, Mega-Fauna
- Fortbewegung im Boden: Schlängler, Schwimmer, Hafter, Wühler
Aufgaben, Tätigkeiten und Wirkungen von Regenwürmern
Regenwürmer tragen zur Belüftung und Durchmischung des Bodens bei, erhöhen die Bodendurchlässigkeit, fördern die Zersetzung organischer Substanz und verbessern dadurch die Bodenstruktur und die Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen.
Gräbt organisches Material in die Tiefe und mineralisches Material an die Oberfläche und trägt zur Ton-Humuskomplexbildung bei.
Wir haben den Begriff der Bioporen besprochen – was sind die Charkteristika?
Bioporen sind Hohlräume im Boden, die durch das Aktivitäten von Bodenorganismen wie Regenwürmern entstehen. Sie verbessern die Bodendurchlässigkeit und ermöglichen den Wasser- und Luftaustausch im Boden.
In welchen Größenordnungen kommen die unterschiedlichen Bodenorganismen im Boden vor?
Bodenorganismen kommen in einer breiten Größenordnung vor, von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen, die mikroskopisch klein sind, bis hin zu Regenwürmern und anderen wirbellosen Tieren, die sichtbar sind.
Pro 1L Boden:
Bakterien 1Mrd- 1 Bio Individuen
Protozoen, Pilzen 1 Mio- 1Mrd Individuen
Algen, Nematoden 10.000- 10Mio Individuen
Collemolen, Milben 100- 10000 Individuen
Wie setzt sich die organische Substanz eines Bodens zusammen (Größenordnungen)?
1) 85% Humus
2) 10% Pflanzenwurzeln
3) 5% Bodenflora & Bodenfauna
* 40% Pilze & Algen
* 40% Bakterien und Actinomyceten
* 12% Regenwürmer
* 5% Makrofauna
* 3% Meso- & Mikrofauna
Ökologische Ansprüche der Bodenfauna
Die ökologischen Ansprüche der Bodenfauna variieren je nach Art, umfassen jedoch in der Regel Aspekte wie Feuchtigkeit, Temperatur, Nahrung und Lebensraumstrukturen.
* Nur in Grobporen (außer Protozoen)
* Vorkommen abhängig von Porengröße
* Abnahme mit zunehmender Tiefe
* Gestalt verrät, wo das Tier lebt (Körperform, Extremitäten, Pigmentierung)
Ökologische Ansprüche der Bodenflora
Bakterien: benötigen leicht umsetzbare org. Substanz, viel Feuchte, schwach sauer bis alkalische Reaktion
Pilze: eher auf trockeneren Standorten, schwar saure bis saure Reaktion, auch schwer zersetzbare org. Substanz
Actinomyceten: bezüglich Nahrung und Feuchtigkeit Mittelstellung, Reaktion wie Bakterien
Welche primären und sekundären Prozesse der Bodenbildung kennen sie?
Primäre Prozesse der Bodenbildung umfassen physikalische und chemische Verwitterung, Erosion und Sedimentation, Akkumulation von organischer Substanz, Aggregierung. Sekundäre Prozesse umfassen Podsolierung, Lössbildung, Humifizierung und Pedogenese.
Beschreiben sie die unterschiedlichen Arten der Verwitterung
Es gibt physikalische, chemische und biologische Verwitterung, welche nochmals in die einzelnen Vorgänge unterteilt werden können.
* Physikalische Verwitterung bezeichnet eine mechanische Zerlegung des Gesteins bspw. Durch Salzsprengung.
* Chemische Verwitterung passiert durch Einwirkung von Wasser, anorganischen und organischen Säuren und Gasen auf die inneren und äußeren Mineraloberflächen. Es folgen chemische Reaktionen, die die Bindungen zwischen Ionen aufheben und so den Mineralaufbau verändern oder gänzlich auflösen.
* Biologische Verwitterung meint alle physikalischen und chemischen Prozesse die durch die Lebenstätigkeit von Pflanzen, Tieren, Mikroorganismen in und auf Gesteinen sowie Böden ablaufen.
Erklären sie den Prozess der thermischen Verwitterung
Bei häufigem Wechsel zwischen Erwärmen und Abkühlen durch die unterschiedliche Sonneneinstrahlung im Laufe des Tages entstehen Spannungen im Gestein, vor allem wenn die einzelnen Minerale verschiedene Farben und somit mal stärkeres bzw. schwächeres Adsorptionspotential haben. So passiert es, dass sich einzelne Teile des Gesteins abschuppen, was man Desquamation nennt. (v.a. In warmen bis heißem Klima mit starken täglichen Temperaturschwankungen)
Erklären sie den Prozess der Frostverwitterung
Frostverwitterung tritt auf, wenn Wasser in Gestein eindringt, gefriert und sich ausdehnt, wodurch das Gestein gesprengt wird.
Wenn Wasser im Gestein bzw. den Gesteinsporen und es gefriert, dehnt sich das gefrorene Wasser um 10% aus, was zu Sprengungen und so zu einer mechanischen Zerkleinerung des Gesteins führen kann.
Wie funktioniert Salzverwitterung?
Salzhaltige Lösungen dringen in Gesteinshohlräume ein und verdunsten dort. Der Kristallisationsdruck der zurückbleibenden Salzkristalle lockert den Gesteinsverband. Die Druckwirkung wird erheblich verstärkt, wenn Salze durch bspw. Niederschlag wieder befeuchtet und ihr Volumen um 30 bis 100% vergrößern. Dann kommt es zu Hydrationssprengung, Desquamation und somit dem Zerfall von Gestein.
Beschreiben sie die verschiedenen Prozesse der chemischen Verwitterung
1) Lösungsverwitterung: Die randlichen Ionen des Kristallgitters werden in Kontakt mit Wasser hydratisiert und somit gelockert und aus dem Kristallverband herausgelöst (Ionendissoziation). Dieser Prozess betrifft vor allem leicht wasserlösliche Alkali- und Erdalkalichloride, -sulfate und -nitrate. (=> Böden aus Gipsgestein, Entsalzung von Salzböden)
2) Hydrolyse, Protolyse: Betroffen sind hier vor allem Salze, die aus einer schwachen Säure oder Base gebildet sind, also vor allem Carbonate und Silikate. Hydrolyse und Protolyse wirken in unterschiedlichen Puffer-(pH) Bereichen. Sie greifen zuerst die leichter löslichen Minerale an: Carbonatverwitterung und Silikatverwitterung
3) Oxidation
4) Komplexierung:
* Einfache organische Säuren (Citronensäure,Weinsäure,Fulvosäuren) wirken außer protolytisch (bauen Proteine ab) auch komplexierend, indem sie mit Fe-, Mn-, Al- und Schwermetallionen stabile Komplexe bilden => es werden auch wasserlösliche metallorganische Komplexe (Chelate) gebildet, die mit dem Sickerwasser verlagert oder ausgewaschen werden;
* Die Einstellung eines Gleichgewichtes zwischen Mineraloberflächen und Bodenlösung wird verhindert, die chemische Verwitterung geht weiter
Wie funktionieren Carbonatverwitterung und Silikatverwitterung?
Carbonat- und Silikatverwitterung sind Prozesse der Hydrolyse und Protolyse, also chemische Verwitterung.
Bei der Carbonatverwitterung ist eben die Kohlensäure wichtig, die sich zusammensetzt aus dem CO2 der Atmung von Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen und aus dem Bodenwasser bildet. Diese Kohlensäure zersetzt sich in H+ und Hydrogencarbonat(-Ion) und das im Kalkstein vorhandene CaCO3 (Calciumcarbonat/ Kalk) in CO3(2-) Kohlenstofftrioxid und Ca(2+). Daraus bilden sich 2* Hydrogencarbonat (Ist das schon eine Carbonatlösung?), welches dann im Wasser abtransportiert wird. Intensität der Carbonatlösung und damit Entkalkung von Böden und Gesteinen sowie die Wiederausfällung von Kalk wird durch die Konzentration (abhängig vom CO2-Partialdruck und somit der biologischen Aktivität; Je höher, desto höher) und die Stabilität (abhängig von Temperatur; Je kühler, desto stabiler) der Kohlensäure gesteuert.
Silikatverwitterung:
* In der Bodenlösung werden die OH—Ionen von Protonen der Säuren neutralisiert und die (K+)-Ionen ausgewaschen, adsorbiert oder von Pflanzen als Hauptnährstoff aufgenommen
* Weitere Anlagerung von Protonen und (OH-)-Ionen an das Kristallgitter des Feldspats führt zu einer Lösung der Si-O und Al-O-Bindungen innerhalb der Tetraeder
* Mineralstruktur zerstört und Bildung von Aluminiumhydroxid und Kieselsäure als Endprodukte der Silikatverwitterung
Was ist ein Pseudomycel?
Pseudomycele sind Horizonte mit Kalkanreicherungen
Durch Sprossung gebildete, langgestreckte Zellen von Hefen, die zusammenbleiben und einem echten Mycel ähnlich sind; die Querwände der Fäden werden (im Gegensatz zum Mycel) nicht erst nachträglich ausgebildet.
Mit welchen chemischen Reaktionen kann die Carbonatverwitterung dargestellt werden?
Die Carbonatverwitterung kann durch die Reaktion von Calciumcarbonat (CaCO3) mit Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) dargestellt werden:
CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca^2+ + 2HCO3^-
Mit welchen chemischen Reaktionen kann die Silikatverwitterung dargestellt werden?
KAlSi3O8 + H(+) + OH- = HAlSi3O8 + (K+) + OH
HAlSi3O8 + 7H2O = Al(OH)3 + 3H4SiO4
Beschreiben sie die Teilbereiche des Verwitterungsprozesses „Oxidation“
Betrifft besonders die Silikate Biotit, Augit, Hornblende, Olivin sowie Fe- und Mn- Carbonate und-Sulfide, in deren Kristallgittern Fe2+ und Mn2+-Ionen eingebaut sind
Nach ihrer Freilegung durch Hydrolyse erfolgt die Oxidation der Ionen in den Randbereichen der Minerale durch den Luftsauerstoff
Ein Teil der oxidierten Ionen außerhalb des Minerals wird in Form von rostbraunen Fe3+- und schwarzbraunen Mn3+- und Mn4+-Oxiden ausgeschieden
Die Oxide umhüllen das Mineral, wodurch der Boden verbraunt
Wertigkeit der oxidierten Elemente nimmt zu und mit ihr der Ionendurchmesser, wodurch eine Lockerung des Kristallgitters eintritt
Erklären sie verschiedene Typen der biologischen Verwitterung in ihren Unterschieden und ihrer Wirkung
Biologische Verwitterung meint alle physikalischen und chemischen Prozesse die durch die Lebenstätigkeit von Pflanzen, Tieren, Mikroorganismen in und auf Gesteinen sowie Böden ablaufen.
Physikalisch-biologische Verwitterung meint die mechanische Einwirkung von Lebewesen bspw. Durch den Turgordruck der Pflanzenwurzeln, wodurch Risse im Gestein gebildet oder verdichtete Böden aufgelockert werden oder bspw die wühlende Tätigkeit mancher Tiere, die durch die Substratmischung wiederum die chemische Verwitterung fördert.
Chemisch-biologische Verwitterung meint die Zersetzung durch kleinste Lebewesen der Bodenfauna bspw. Flechten oder Mikroorganismen, die durch das Ausscheiden von Flechtensäuren oder organischen Säuren die Gesteinsoberfläche angreifen, aufrauhen und somit an der Gesteinsverwitterung beteiligt sind. Nach Absterben sammeln sich bspw. Zersetzungsrückstände der Flechten und der Gesteinsgrus in Vertiefungen und liefern so wieder Material für weitere Besiedelung durch Mose oder andere Pflanzen sowie Verwitterung.
Andererseits ist die Haupttätigkeit von Bodenbakterien, Pilzen und Actinomyceten die Zersetzung und Mineralisierung organischer Substanzen in Gestein und Boden und die Bildung von H2O und CO2 begünstigt wiederum die chemische Verwitterung.
Diese beiden Arten der biologischen Verwitterung sind also im Prinzip unterstützende Prozesse für die physikalische oder chemische Verwitterung, wirken sozusagen als Katalysator.
Geben sie Beispiele für unterschiedliche chemische Stabilität von Gesteinen – warum sind Gesteine unterschiedlich stabil?
Stabilität abhängig vom Strukturtyp, bspw. Sind Gerüstsilikate stabiler als lineare Strukturen, und wenn der Strukturtyp gleich ist kommt es auf die mineralische Zusammensetzung an und wie leicht löslich die Bestandteil sind, z.B. je mehr Al vorhanden, umso weniger stabil ist das Gestein.
Woher stammt die organische Bodensubstanz?
Die organische Bodensubstanz stammt hauptsächlich aus abgestorbenen Pflanzen- und Tierresten sowie aus dem Stoffwechsel von Bodenorganismen. Sie wird durch den Abbau organischer Materialien und die Humifizierung gebildet.
Organische Bodensubstanz: Lebende Organismen der Bodenflora und -fauna, lebende Pflanzenwurzeln sowie abgestorbene, mehr oder weniger stark zersetzte organische Substanzen pflanzlicher oder tierischer Herkunft; NICHT: pflanzliches Material (Wurzelstöcke), höhere im Boden lebende Wirbeltiere.
Wie stellen sich im globalen Vergleich die oberirdischen und unterirdischen Vorräte an organischem Kohlenstoff dar?
- Verteilung grundsätzlich sehr klimaabhängig
- Unterirdisch: Großteil der Vorräte hier zu finden; bei kühleren Temperaturen eher unterirdisch; boreal feucht, kühl und feucht;
- Oberirdisch hängts sehr von Zusammenspiel Temperatur, Feuchtigkeit ab; tropisch feucht oder nass
Geben sie Beispiele für unterschiedliche Mengen an Bestandesabfällen von Kohlenstoff bei verschiedenen Nutzungsarten an
Bestandesabfall im Wald > Ernterückstände von Acker und Grünland
Laubwald > Nadelwald
Futterpflanzen > Getreide > Hackfrüchte
* Grünland: Tonboden wesentlich höherer C Gehalt als Lehmboden, weil Tonboden mehr innere und äußere Oberfläche, um C anzulagern;
* Grünland vs. Ackerland: bei gleichem Boden wesentlich weniger C im Boden, durch Anbau mikrobielle Abbauprozesse gefördert
C/N Verhältnis: was ist das und warum spielt es eine Rolle im Kohlenstoffkreislauf?
Das C/N-Verhältnis ist das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff in organischen Materialien. Es spielt eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf, da es den Abbau organischer Substanz durch Mikroorganismen beeinflusst. Ein niedriges C/N-Verhältnis deutet auf schnell abbaubare organische Materialien hin, während ein hohes Verhältnis auf langsamer abbaubare Materialien hinweist.
Idee für C-Kreislauf: Wenn bspw. Kleines C/N Verhältnis, also hohe Mikroorganismenaktivität bzw. hohe Zersetzbarkeit der organischen Substanz, dann bedeutet das für den Kreislauf:
- Besseres Pflanzenwachstum, da bessere Versorgung mit N => höhere Netto-Assimilation von C durch Photosynthese
Charakterisieren sie die „Nichthuminstoffe“ der organischen Bodensubstanz – in welchen Größenordnungen kommen sie in Böden vor?
- Wassergehalt: 20-90% der Frischsubstanz, Blätter > Wurzeln, Junge Pflanzenanteile > alte
- Mineralstoffe: Asche – Bestandteile; K, Ca, Mg, P, S, u.a
- Organische Verbindungen: <50% der Frischsubstanz, je nach Wasser- und Mineralgehalt
Was sind Huminstoffe, welche Fnktionen erfüllen sie im Boden?
Huminstoffe sind komplexe organische Verbindungen, die sich aus abgebauter organischer Substanz im Boden bilden. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Bodenfruchtbarkeit, indem sie Nährstoffe binden und speichern, die Bodenstruktur verbessern, die Wasserretention erhöhen und die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen fördern.
Funktion: Mit Tonmineralen sind das die wichtigsten Wasser- und Ionentauscher
Bauprinzip der Huminstoffe
Sie bilden sich aus Bruchstücken und schwer umsetzbaren Resten, die beim Ab- und Umbau abgestorbener organischer Materie – Humifizierung – entstehen. Die Bausteine der Huminstoffe sind Carboxyl-, Carbonyl- und Hydroxylgruppen (sowie aromatische bzw. alicyclische Ringe und Alkylketten) als Seitengruppen, die durch Brücken (O, C,..) an den Kern (bspw. Benzol, Indol) gebunden werden. Außerdem enthalten sie noch Stickstoff, etwas Schwefel und Phosphor und können Kationen binden.
Wie können Huminstoffe eingeteilt werden (klassisch)?
Huminstoffe können klassisch eingeteilt werden in unlösliche Humine und löslich, wobei hier noch in gefällt, Huminsäuren und nicht gefällte Fulvosäuren eingeteilt wird.
Unterschied Nährhumus – Dauerhumus
Nährhumus: leicht umsetzbar, nährstoffreich, dient als Nahrungs- und Energiequelle von Mikroorganismen und werden vorwiegend mineralisiert, liefern CO2 und Nährstoffe
Dauerhumus: eher schwer zersetzbar, mehr für Stabilität da => Wasseradsorption, Strukturstabiliserung, Ionenbindung.
Charakterisieren sie „Ton-Humuskomplexe“
Ton-Humuskomplexe bestehen aus relativ starken und stabilen Bindungen von Nichthuminstoffen oder Huminstoffen mit elektrisch geladenen, ausweitbaren Tonmineralen. Sie wirken strukturstabilisierend.
Beschreiben sie den Umwandlungsprozess der organischen Substanz im Boden
„Primäre“ organische Ausgangssubstanz nach dem Absterben durch Mikroorganismen angegriffen (Zersetzung) und entweder zu Endprodukten abgebaut (Mineralisierung) oder zu neuen „sekundären“ Huminstoffen (Humifizierung) umgewandelt.
Falls das primäre Ausgangsmaterial anorganisch ist bspw. Gesteine, Minerale, dann entstehe durch physikalische und chemische Verwitterung sekundäre Minerale und wasserlösliche Verbindungen welche mit den Mineralisierungsprodukten der Humifizierung dann organo-mineralische Komplexe bildet.
Erklären sie die verschiedenen Phasen des Abbaus organischer Substanz
- Zersetzung: Biochemische Initialphase, mechanische Zerkleinerung und Vermischung mit Mineralboden
- Mineralisierung :Mikrobielle Abbau (biologische Oxidation) – Freisetzung/ Umwandlung der organisch gebundenen Elemente in CO2 bzw. H2O und anorganische Verbindungen wie bspw NH4, Phosphat, Spurenelemente unter Freisetzung von Energie.
- Humifizierung: Wenn mikrobieller Abbau soweit fortgeschritten ist, dass reaktionsfähige Spaltprodukte vorliefen, können stabile Huminstoffe synthetisiert werden.
Was passiert bei der Mineralisierung der organischen Substanz?
Bei der Mineralisierung der organischen Substanz im Boden bauen Mikroorganismen die organischen Moleküle ab und wandeln sie in anorganische Moleküle wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralstoffe um. Dabei wird die gespeicherte Energie freigesetzt und von den Mikroorganismen genutzt.
Wovon hängt die Abbaustabilität des organischen Ausgangsmaterials im Boden ab?
Die Abbaustabilität des organischen Ausgangsmaterials im Boden hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die chemische Zusammensetzung des Materials, der Gehalt an leicht abbaubaren Verbindungen, die Verfügbarkeit von Sauerstoff und Wasser, die Temperatur und der pH-Wert des Bodens sowie die Aktivität von Bodenorganismen.
Was ist Humifizierung?
Humifizierung ist der Prozess, bei dem organische Substanz im Boden durch mikrobielle Aktivität in stabile Huminstoffe umgewandelt wird. Diese Huminstoffe tragen zur Bodenfruchtbarkeit bei, indem sie Nährstoffe speichern, die Bodenstruktur verbessern und die Wasserretention erhöhen.
Wie können Humusformen im Boden charakterisiert werden?
Humusformen im Boden können anhand ihrer Zusammensetzung, ihrer Zersetzungsstadien und ihrer physikalischen Eigenschaften charakterisiert werden. Typische Charakterisierungen umfassen die Unterscheidung zwischen Mull, Moder und Rohhumus sowie deren Mischformen.
Wichtig ist, dass der mikrobielle Abbau soweit fortgeschritten ist, dass reaktionsfähige Spaltprodukte vorliegen.
Welche terrestrische Humusformen kennen sie – was sind ihre jeweiligen Eigenschaften?
- Rohhumus: ungünstigste Humusform nährstoffarmer, biotisch inaktiver Böden; schwer zersetzbare Ausgangssubstanzen sind auf dem Mineralboden akkumuliert als Auflage. Durch die sehr langsame Mineralisierung des organischen Materials gibt es scharfe Grenze zwischen Hund A-Horizont.
- Moder: Bei weniger saurer Reaktion und stärkerer Beteiligung der Fauna, besonders der Arthropoden, entsteht Moder, der sich durch raschere Zersetzung und beginnende Einmischung in den Mineralboden auszeichnet. Moder bildet sich vor allem unter krautarmen Laub- und Nadelwäldern oder unter kühlfeuchten Klimaverhältnissen.
- Mull ist die günstigste Humusform nährstoffreicher, biotisch aktiver Böden; leicht abbaubare Vegetationsrückstände werden schnell zersetzt, humifiziert und durch Bodenorganismen bzw. -bearbeitung im Mineralkörper vermischt; durch hohe Aktivität der Bodenfauna entstehen tiefgründige A-Horizonte, die sehr undeutlich in AB- und B-Horizonte übergehen. Charakteristisch ist das Auftreten von Tonhumuskomplexen.
Geben sie drei Beispiele für die Wechselwirkung zwischen organischer Substanz und Bodeneigenschaften
Die organische Substanz beeinflusst sowohl die biologischen als auch physikalischen Eigenschaften des Bodens, bspw.:
* Biologische Aktivität,also Menge an Mikroorganismen etc., im Boden wird gefördert wenn umsetzbarerer Humus, also Nährhumus vorhanden ist.
* Bodenreaktion
* Aggregatsstabilität, v.a. durch schwer umsetzbaren Humus gefördert.
Welche Prozesse der Gefügebildung kennen sie?
Die Prozesse der Gefügebildung umfassen Quellung und Schrumpfung, Flockung, Verbraunung, Verlehmung und die Bildung von Verwitterungshorizonten.
Wie funktioniert Quellung und Schrumpfung?
Quellung und Schrumpfung wird durch die Wechselwirkung fester Partikel und dem umgebenden Wasser bewirkt.
Je nach Tonanteil entstehen beim Austrocknen Schwundrisse, die mit Wiederbefeuchtung nur teilweise verschwinden; Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung, was bei Austrocknung/Schrumpfung zu Kohäsion (Innere Anziehung zwischen Atomen/ Molekülen desselben Materials) und Adhäsion (Bindungskraft zwischen verschiedenen Stoffen) benetzter Bodenteilchen führt
Wenn Wasser verdunstet, kommt es zu einer Volumenänderung und einem dichteren Aneinanderrücken der Teilchen; Wasseroberfläche wird in die (Boden?)Poren hineingezogen => mehr Wasserverlust als ausgleichbar; Je stärker der Wasserverlust, desto stärker ist der Unterdruck in den Poren und die Kontraktion.
Volumensänderung ist isotrop (in jede Richtung gleich?), aber Druckausgleich kann nur vertikal passieren, weil horizontal nur durch Reibung auf Untergrund oder Wasser im Untergrund möglich => Erste Risse entstehen also vertikal, als Prismen oder Säulen. Je stärker Boden schrumpft und je öfter Wechsel zwischen Schrumpfung und Quellung, desto höher Neigung zur Entwicklung von Segregaten.
Erklären sie den Prozess der Flockung
Flockung ist ein Prozess, bei dem Bodenpartikel durch die Bindung von Tonpartikeln und anderen Partikeln zu größeren Aggregaten zusammengefasst werden. Dies erhöht die Stabilität und Durchlässigkeit des Bodens und verbessert die Bodenstruktur.
Flockung entsteht wenn Teilchen mit gegensinniger Ladung näher zueinander kommen (Koagulation). Mehrwertige, schwächer hydratisierte Kationen, wie z.B. Ca2+, bewirken eine brückenartige Vernetzung mehrerer Tonteilchen. Dieser Vorgang führt zur Kornvergröberung durch Mikroaggregatbildung.
Erklären sie den Prozess der Verbraunung
Verbraunung ist ein Prozess, bei dem organische Materialien im Boden durch mikrobiellen Abbau und Oxidation in Humus umgewandelt werden. Dieser Prozess führt zur Dunkelfärbung des Bodens und zur Bildung von Huminstoffen.
Oxidation von Eisen. Bei der Freisetzung von Fe2+ aus eisenhaltigen Silikaten nach einer pH - Wert Senkung von < 7 setzt die Verbrauung ein. Es ist ein profilprägender Prozess in gemäßigten Klimaten. Die braune Farben in Böden sind ein Zeichen fortgeschrittener chemischer Verwitterung von Silikat-Mineralen und Entstehung von Mineralneubildungen.
Dabei entstehen rot-braun-gelbliche Sesquioxid-Mineralen (v.a. Fe-Oxide wie Goethit, Hämatit, Ferryhydrit, Lepidokrokit) die die Mineralkörner umhüllen Verbraunung merkt man vor allem in Verwitterungshorizonten, wie Bv (Braunerde), Bt (Parabraunerde), Bv (Kalkbraunlehm, Kalkrotlehm), etc.
Erklären sie den Prozess der Verlehmung
Verlehmung ist ein Prozess, bei dem Tonpartikel in den Boden gelangen und sich ansammeln, was zu einer Erhöhung des Tonanteils im Boden führt. Dies kann die Bodenstruktur verändern und die Wasserdurchlässigkeit verringern.
Verlehmung läuft meistens parallel mit Verbraunung und bedeutet Neubildung vor allem von illitischen Tonmineralen aus dem Zerfall der Silikate. Verlehmung reicht bis an die Bodenoberfläche, die Tonakkumulation findet jedoch wie bei den Fe-Oxiden in Verwitterungshorizonten, wie Bv (Braunerde), Bt (Parabraunerde), etc.
Was ist ein Verwitterungshorizont?
Sogenannte B-Horizonte; Unterboden, Bezeichnung für eine unter einem A-Horizont anzutreffende mineralische Bodenlage mit weniger als 75 Volumenprozent Festgesteinsresten. Je nach Art der Bodenentwicklung wird der B-Horizont auch als Verwitterungshorizont (mit Verbraunung, Verlehmung und Neubildung von Tonmineralen) oder Einschwemmungshorizont (mit Anreicherung von Humus, Ton, Eisenverbindungen [Sesquioxiden] oder Salzen) bezeichnet.
Was ist Lessivierung?
Lessivierung ist ein Prozess, bei dem wasserlösliche Substanzen wie Nährstoffe und Mineralien aus oberen Bodenschichten ausgewaschen und in tiefere Bodenschichten verlagert werden. Dies geschieht durch den Einfluss von Wasser, das durch den Boden infiltriert und Nährstoffe mit sich führt.
Auch Tonverlagerung genannt; bezeichnet eine Abwärtsverlagerung von Bestandteilen der Tonfraktion im festen, dispergierten (fein zerteilten) Zustand mit der Bodenlösung; betrifft eher Feintonfraktion und mit Mineralteilchen verbundene Huminstoffe; eher keine grobkörnigen Teilchen; eher in Klimaten mit ausgeprägter Wechselfeuchte, da Schrumpfung wichtiger primärer Prozess
Beschreiben sie die unterschiedlichen Teilprozesse der Tonverlagerung
- Dispergierung im Oberboden: Zerlegung ist Voraussetzung, weil Tonteilchen meist aggregiert und somit zu groß, um verlagert zu werden => trotzdem noch fest aber dispergiert (peptisiert); Voraussetzung für Dispergierung: leichte Versauerung (5-6); wenn CaCO3 vorhanden, keine Dispergierung; wenn pH-Wert tiefer sinkt, wird Al(3+) frei, wirkt koagulierend, keine Dispergierung;
- Transport abwärts: schnell bewegliches Sickerwasser => Grob- und Mittelporen! ; Vertikale Grobporen entwickeln sich durch Schrumpfung (primärer Prozess für Tonverlagerung), daher Trockenperioden wichtig;
- Ablagerung: erfolgt, wenn Dispergierung oder Transport nicht mehr möglich sind; entweder durch verstopfte bzw. undurchlässige vertikale Grobporen oder weil sich pH-Wert im Boden ändert und Tonteilchen wieder ausflocken.
Was sind die Folgen der Tonverlagerung?
- Der Oberboden verliert an Tonfraktion (daher an Kationenaustauschkapazität (KAK)) und an Ca (daher an Strukturstabilität)
- Bestimmte Gefügeformen werden gebildet
Beschreiben sie den Prozess der Podsolierung (Voraussetzungen, Teilprozesse)
- Definition: abwärts gerichtete Verlagerung organischer Stoffe zusammen mit Aluminiumund Eisen
- Voraussetzungen: stark saure Reaktion (weil Nährstoffmangel den mikrobiellen Abbau organischer Komplexbildner hemmt); Wasser (kühlfeuchte Gebiete), durchlässige, saure Böden (silikatische, sandige Ausgangssubstrate), stark saure Reaktion (Nadelwald)
- Unterschied zu Lessivierung: keine Dispergierung !
- Teilprozesse:
- Chelatisierung im Oberboden: Bildung von Chelatkomplexen (metallorganische Komplexe) im A-Horizont nach Freiwerden organischer Säuren aus Nadelstreu und Komplexierung mit Fe- & Al-Ionen aus Silikatverwitterung
- Transport durch den Eluvialhorizont/ Auswaschungshorizont: begünstigt durch grobsandiges Ausgangssubstrat und genügend hohe Niederschläge
- Wiederausfällung im Unterboden: a) wegen Löslichkeit der Chelate: können ausflocken, wenn auf dem Weg mehr Fe- & Al- Ionen gebunden, da Löslichkeit mit steigendem Metall : C – Verhältnis abnimmt. b) pH-Wert Anstieg Richtung C-Horizont => höhere Ca- Sättigung;
- Bilden sich zu höher polymerisierten Verbindungen, Fe- und Al-Humate (Salze der Huminsäuren) um und umhüllen Mineralteilchen; dunkelbraun-rote Verbraunung des Bh-Horizonts
- Die Fe-und Al-Ionen oxidieren und kristallisieren zu Oxiden, allerdings erst dannwenn keine organische Substanz mehr vorhanden ist, und umhüllen ebenfalls die Matrixkörner(gelb-braune Verbraunung des Bs(sesquioxid)-Horizontes)
- Die verlagerten Stoffe trennen sich z.T. in verschiedenen Illuvialhorizonten; Die organischen Stoffe werden im obersten (Bh), die Fe-und Al-Oxide im tieferem (Bs) Illuvialhorizont angereichert
- Podsolierung führt zur Bildung eines Podsols (Bodentyp)
Erklären sie den Prozess der „sekundären Carbonatisierung“
Carbonatisierung ist Bildung und Anreicherung von sekundärem CaCO3 im Boden nach ab- oder aufwärts Verlagerung von Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2.
Sekundäre Carbonatisierung erfolgt, wenn die Konzentration der Bodenlösung an Ca-Hydrogencarbonat durch Wasserentzug steigt und/oder wenn der CO2 - Partialdruck der Bodenluft sinkt.
Carbonate können Matrix fein verteilt durchsetzen, an Aggregatoberflächen weiße Beläge oder Krusten bilden (Pseudomycel) oder als Konkretionen und harte Bänke vorliegen.
Was ist der Unterschied zwischen Tagwassercarbonatisierung, Hangwassercarbonatisierung und Grundwassercarbonatisierung?
Bei der Tagwassercarbonatisierung wird Kalk durch oberflächliches Wasser in den Boden transportiert. Bei der Hangwassercarbonatisierung erfolgt der Transport durch seitliches Hangwasser. Die Grundwassercarbonatisierung bezieht sich auf den Transport von Kalk durch Grundwasser. Die Unterschiede liegen in der Quelle des Wassers und dem Weg, den es durch den Boden nimmt.
* Tagwassercarbonatisierung: Tritt in terrestrischen Böden auf. In sehr feuchten Klimaten werden die Hydrogencarbonate meistens vollständig ausgewaschen, in trockeneren, wechselfeuchten Klimaten dagegen in tieferen Horizonten als sekundäres CaCO3 angereichert
* Grundwassercarbonatisierung: In Grundwasserböden werden Hydrogencarbonate aufwärts verlagert und oft als Carbonatkonkretionen oder Wiesenkalk akkumuliert
* Hangwassercarbonatisierung: Typisch für Landschaften mit einer Wechsellagerung unterschiedlich durchlässiger Carbonatgesteine am Hang. Die Carbonate werden z.B. in einer durchlässigen Schicht über einer tonreicheren Schicht angelagert. Es entsteht z.B. in Schwarzerden aus Löß, durch Grundwasser in Feuchtschwarzerden und Gleye aus carbonathältigen Sedimenten.
Erklären sie den Prozess der Redoximorphose
Bildung redoximorpher Merkmale im Boden, die bei Sauerstoffveränderungen auftreten, bspw. Mangankonkretionen, Rostflecken
O2-Mangel und reduzierende Bedingungen werden durch O2-verbrauchende Organismen geschaffen; I.d.R. Begünstigt kurzfristige Wassersättigung den Sauerstoffmangel => Hydromorphierung; aber auch möglich in nicht wassergesättigten Böden durch Verdrängung von O2 durch CO2 oder CH4
Reduktionsfarben: grün, blau, schwarz; wenn Böden wieder Sauerstoff bekommen: rot, braun,
Grundwasserböden: Go(oxidativ) über Gr(reduktomorph); Stauerwasserböden: Sw(leitet Stauwasser) über Sd(dichte)
Welche Prozesse wirken bei der Versalzung von Böden, welche Versalzungstypen kennen sie und wie können diese charakterisiert werden?
- Anreicherung von wasserlöslichen Salzen in Böden/ Bodenhorizonten
- Tagwasserversalzung (abwärts): Zufuhr von gelösten Salzen durch Niederschläge, entstammen vor allem Meeren => NaCl dominiert; in humiden Klimaten ausgewaschen, aber in ariden angereichert; passiert auch bei falscher Beregnung/ Bewässerung bspw. In der Landwirtschaft.
- Grundwasserversalzung (aufwärts): Zufuhr der Salze durch kapillaren Aufstieg aus dem Grundwasser, Salze steigen auf und werden im Verdunstungsbereich je nach Löslichkeit gefällt; in humiden Klimaten erfolgt natürliche GW Versalzung nur im Einflussbereich des Meeres; im Binnenland, speziell (semi-)arid, v.a. Dort, wo GW aufgrund des geologischen Relief stark mit gelösten Salzen aus salzhaltigem Gestein angereichert; Tiefenfunktion umgekehrt wie bei Tagwasserversalzung => Böden oft immer schlechter gebrauchbar für Landwirtschaft;
- GW Versalzung: Salze erreichen Oberfläche => Salzkrusten, die bei Regen aufgelöst und im Sommer wieder angereichert werden; Erhöhter Salzgehalt => erschwert Pflanzenwuchs (osmotisches Potential des Bodenwassers steigt); Nach Auswaschung bleibt oft hoher NaOH Anteil => pH steigt, destabilisiert Bodenstruktur; Oberbodenverschlämmung und Tonverlagerung (Solonetz)
Beschreiben sie den Effekt der Bioturbation, wo in Österreich kann dieser Prozess beobachtet werden?
Mischung durch Bodenorganismen z.B wühlende Bodentiere zerkleinern und mischen die Streuauflage mit dem oberen Mineralboden und verwischen damit die Grenzen zwischen Humus- und Mineralkörper.
In kontinentalen Steppengebiete (wie z.B. im Pannon, Weinviertel) verursachen grabende Bodentiere (Mäuse, Hamster, Ziesel) und Regenwürmer erhebliche Turbationen, dies führt zu Enstehung von mächtigen Humushorizonten mit bis zu 1m Tiefe.
Intensive Bioturbation erfolgt nur in Böden mit günstigen Wasser-, Luftund Nährstoffverhältnissen und zudem in schlumgen Böden, weil Grobsand und Steine nicht transportiert werden können
Erklären sie den Prozess der Kryoturbation
Kryoturbation bezieht sich auf die mechanische Veränderung von Bodenmaterial aufgrund von Frost- und Auftauzyklen.
Vermischung des Oberbodens durch Gefrieren des Bodenwasser => Da Volumen des Bodenwassers ca. 10% zunimmt, kommt es zu Eissprengung (nur im wassergesättigten Boden ohne Ausweichmöglichkeit für Eis & Wasser)
Temperatur < 0° => Bildung von Eiskeimen im Oberboden, wachsen durch Nachlieferung von Wasser und wenn durch Gefrieren entstandene Wärme an Oberfläche abgegeben werden kann; werden zu Eiskristallen und dann Linsen, die Oberfläche anheben => Umgebung trocknet immer weiter aus, Wasserleitfähigkeit wird geringer bis keine Nachlieferung mehr passiert; => stark ausgetrocknet; Schrumpfung (Frostgare) => Frostgare bleibt nur erhalten, wenn Schmelzwasser schnell abfließen kann => eigentliche Turbation erfolgt durch Hebung und dann durch Senkung beim Tauen
Frosthub von Steinen – wie funktioniert das?
Beim Frosthub von Steinen dringt Wasser in Klüfte und Spalten im Gestein ein. Wenn dieses Wasser gefriert, dehnt es sich aus und erzeugt Druck auf das umliegende Gestein. Bei wiederholten Frost-Tau-Zyklen kann dieser Druck dazu führen, dass kleinere Gesteinsfragmente oder Steine abplatzen oder herausrutschen, was zu einem Anheben oder “Hochhub” von Steinen führt.
Was ist Peloturbation – erklären sie den Prozess
Peloturbation ist ein Prozess, bei dem Bodenteilchen durch das Wirken von Wasser bewegt werden.
* Durchmischung erfolgt bei Peloturbation durch wiederholtes Schrumpfen und Quellen in tonreichen, smectischen Böden;
* In Trockenzeiten: tiefe breite Risse entstehen und lockeres Material fällt hinein, Oberfläche sackt ein; => in Regenzeiten: Oberfläche wird wieder angehoben, findet auch im Verlauf eines Tages statt (Quellung in Morgenstunden, Schrumpfung in Mittagssonne);
* Häufige Wiederholung => starke Mischung von Unter- und Oberbodenmaterial; durch Quellungsdruck werden Bodenaggregate gegeneinander verschoben und bilden Scherflächen (slicken sides); an der Oberfläche: typisches Mikrorelief mit regelmäßigem Netz aus Erhebungen und Senkungen
Wie werden Korngrössen eingeteilt – welche Klassen gibt es hier?
Bodenskelett > 2mm: Grob-, Mittel, Feinkies
Feinboden < 2mm: Sand, Schluff, Ton; Sand und Schluss nochmal in grob, mittel, fein unterteilt
Was ist ein Äquivalentdurchmesser?
Der Äquivalentdurchmesser ist ein Maß für die Korngröße eines Bodens, das angibt, wie groß die Korngröße im Durchschnitt ist. Er wird oft verwendet, um die mittlere Größe der Bodenpartikel in einer Bodenprobe zu beschreiben.
Warum gibt es unterschiedliche Kornformen? Was beeinflusst die Kornform?
- Unterschiedliche Korngrößen entstehen durch unterschiedlichen Chemismus der Ausgangsgesteine, Verwitterungsintensität und Einfluss von Transportvorgängen durch Wind, Wasser etc.
- Kornformen werden v.a. beeinflusst durch Transport und somit Abrieb/-schliff => Abrundung besonders stark, wenn Fraktionen lange rollen & rutschend verfrachtet; schwebend transportierte Teilchen weniger abgerundet
Wie können sie mit der Fingerprobe eine sandige Textur eines Bodens erkennen?
Mit der Fingerprobe kann die Textur eines Bodens grob abgeschätzt werden, indem der Boden zwischen den Fingern gerieben wird. Bei sandiger Textur fühlt sich der Boden grobkörnig an und lässt sich leicht zwischen den Fingern reiben. Er zerfällt nicht leicht und bildet keine klumpigen Strukturen.
Den Boden durch Formen und Reiben prüfen auf Körnigkeit, Mehligkeit und Bindigkeit.
Welche Gefügeformen kann man unterscheiden?
Gefügeformen
* Nach Lagerung der Teilchen:
* Grundstruktur (Primärstruktur, ohne Aggregate)
* Aggregatstruktur (Sekundärstruktur, mit Aggregaten)
Nach der Größenordnung der Teilchen:
* Makrogrobstruktur
* Makrofeinstruktur
* Mikrostruktur
Was ist ein Grundgefüge, Kittgefüge…….?
Grundgefüge: Strukturformen ohne sichtbare Aggregierung
* Einzelkorngefüge: nicht verklebte Primärteilchen, trocken rieselnd, nass zerfließend, humusarme Sand- und Schluffböden
* Kohärentgefüge: Primärteilchen kohäsiv dicht haftend, dadurch ungegliedert; z.B. im Löß
* Kittgefüge: Primärteilchen gleichmäßig mit Metalloxiden, Humus, CaCO3 oder amorpher Kieselsäure überzogen
Aggregatgefüge (gegliedert) - Absonderungsgefüge: große Gefügeeinheiten erkennbar an Makrogrobstruktur, durch wiederholt Quellung und Schrumpfung Segregatbildung; Makrofeinstruktur gut erkennbar;
* Schichtstruktur: relativ große plattige Elemente mit horizontalen Wasserleitbahnen in Sedimentböden (geogen bedingt, durch Außeneinwirkung entstanden)
* Rissgefüge: breite Risse, die auch bei Wiederbefeuchtung bleiben, entstanden durch Absonderung aus bindiger, schrumpfender Kohärentstruktur
* Säulengefüge: Glatte Seiten- und Kopfflächen, abgerundete Stirnseiten und Kanten (>100mm), typische Strukturform der Schwarzalkaliböden (Salzböden)
* Prismengefüge: mehr/ größere Längsachsen als Querachsen, Grobprimen > 1m;
* Prismenstruktur: Längsachsen > Querachsen, Feinprimen (<20mm), senkrecht im Unterboden tonreicher Böden
* Strukturen: Polyederstruktur, Subpolyedertruktur, Plattenstruktur
Aggegratsgefüge (gegliedert) – Aufbaugefüge: Aggregate im engeren Sinn, durch biologische Tätigkeit entstanden
* Krümelgefüge: Rundliche, lose miteinander verbundene Ballungen von Bodenteilchen (<10mm) mit rauher, poröser Oberfläche, sehr stabil.; Beste biogene Strukturform humus- und tonhaltiger Böden, optimale Reaktion und hoher biologischer Aktivität, vorwiegend im Ah- Horizont von Schwarzerden, Rendzinen, Grünlandböden.
* Wurmlosungsgefüge: Traubenförmige, koprogen verklebte Bodenteilchen (<10mm) mit guter Stabilität
* Bearbeitungsgefüge: Durch anthropogene Tätigkeit, Restgefüge, sehr instabil
* Bodenfragmente: Bröckel, Klumpen, Fragmente <5cm
Definition der Feststoffdichte (Angabe der Einheiten nicht vergessen)
Die Feststoffdichte eines Bodens ist das Verhältnis der Masse der Feststoffe im Boden zur Gesamtvolumen des Bodens, ausgedrückt in g/cm³ oder kg/m³.
Definition der Lagerungsdichte (Angabe der Einheiten nicht vergessen)
Die Lagerungsdichte eines Bodens ist das Verhältnis der Masse der Feststoffe im Boden zur Gesamtvolumen des Bodens, einschließlich des Porenraums, ausgedrückt in g/cm³ oder kg/m³.
Definition des Wassergehalts und Wasseranteils (Angabe der Einheiten nicht vergessen)
Der Wassergehalt eines Bodens ist das Verhältnis der Masse des im Boden enthaltenen Wassers zur Masse des trockenen Bodens, ausgedrückt in Prozent (%). Der Wasseranteil ist das Verhältnis der Masse des Wassers im Boden zur Gesamtmasse des Bodens, ausgedrückt in g/g oder kg/kg.
Wie kann der Wassergehalt bestimmt werden?
Nach ÖNORM L 1062
* bei Stechzylinder Vorbereitung der Probe
* Wiegung der feuchten Probe
* Trocknung bei 105°C ± 5°C bis zur Massekonstanz
* Wiegung der getrockneten Probe
Feldmethoden Wassergehalt
* TDR ( Time-Domain-Reflectometry ) – Laufzeitmessung Impuls
* FDR ( Frequency-Domain-Reflectometry ) Frequenzänderungsmessung Impuls
* Neutronensonde - Gammasonde
Definition des Porenanteils (Angabe der Einheiten nicht vergessen)
Der Porenanteil im Boden wird als das Verhältnis des Porenvolumens zum Gesamtvolumen des Bodens angegeben. Die Einheiten dafür sind normalerweise Prozent (%).
Woraus setzt sich das Gesamtporenvolumen (Gesamtbodenvolumen) zusammen?
Gesamtporenvolumen: Volumen des Wassers (V liquid) + Volumen Luft
Gesamtbodenvolumen: Gesamtporenvolumen + Volumen fester Bodenpartikel (V solid)
Was ist eine pF-Kurve?
- Eine pF-Kurve ist eine Kurve, die den Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt und dem Saugspannungspotential im Boden darstellt. Sie wird verwendet, um die Bodenwasserspannung bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen zu charakterisieren.
- In der Bodenkunde kennzeichnet der dimensionslose pF-Wert (p von Potenz, F von freier Energie des Wassers) die Energie, mit der das Bodenwasser entgegen der Schwerkraft in der Bodenmatrix gehalten wird. Je höher der pF-Wert, desto trockener der Boden bzw. desto geringer sein Wassergehalt.
- Der pF-Wert ist definiert als dekadischer Logarithmus des Betrags der Bodenwasserspannung in Hektopascal.
Einteilung der Porengrößen im Boden, welche Funktionen haben die verschiedenen Porengrößen?
- Feinporen <0,2 m: Wasser wird nicht pflanzenverfügbar gemacht => PWP (Permanenter Welkepunkt)
- Mittelporen 0,2-10 m: pflanzenverfügbares Wasser, nFK (nutzbare Feldkapazität: wie pflanzenverfügbar ist das Bodenwasser)
- Enge Grobporen 10-50 m: langsame Wasserleitung Durchlüftung, nFK
- Weite Grobporen > 50 m: schnelle Wasserleitung, Durchlüftung, LK => Luftkapazität! Volumenanteil an weiten Grobporen bei pF 1.8
Erklären sie die Begriffe Haftwasser, Sickerwasser, Grundwasser
Haftwasser ist das Wasser, das im Boden verbleibt und von den Bodenpartikeln festgehalten wird. Sickerwasser ist das Wasser, das durch den Boden hindurch in tiefere Schichten sickert. Grundwasser: füllt Hohlräume des Bodens zusammenhängend aus, steht unter gleichem oder größerem Druck als Atmosphäre.
Was ist Kapillarwasser, was ist der Kapillarsaum?
- Kapillarwassr wird in den kapillaren Zwischenräumen durch Oberflächenspannung festgehalten,
- Kapillarsaum ist eine Zone oberhalb der GW Oberfläche, in der sich gestütztes Kapillarwasser befindet. Dieses Kapillarwasser wird durch die Kapillarkräfte gegen die Schwerkraft gehalten. Der hier wirkende Kapillareffekt entsteht dadurch, dass Flüssigkeit in genügend engen Röhren durch Kohäsions- und Adhäsionskräfte ansteigt bzw. absenkt – in diesem Fall ansteigt, da Wasser eine benetzte Flüssigkeit ist.
Erklären sie das Potentialkonzept
- Arbeit, die notwendig ist, um eine Mengeneinheit Wasser gegen eine Kraft & bezogen auf ein Referenzniveau zu bewegen; Theorie zur Beschreibung des Transports von Bodenwasser in Analogie zum elektrischen Strom
- Durch Bindung an Matrix bekommt das Wasser eine Ladeenergie, d.h. Potentielle Energie
- Beziehung zwischen Wassergehalt und Matrixpotential (Wasserspannung)
- Wasser bewegt sich immer von Stellen höheren Potentials (höherer potentieller Energie) zu solchen niedrigeren Potentials
- Sind alle Potentialunterschiede ausgeglichen => keine Wasserbewegung im Boden
Teilpotentiale: welche gibt es, wie sind sie definiert?
- Gravitationspotential: bewirkt Abwärtsbewegung des Wassers => Arbeit, die erforderlich ist, um Wasser auf bestimmte Höhe anzuheben; abhängig von Niveau des Bodenteilchens über GW stand, positives Vorzeichen; Höhe über GW Stand
- Matrixpotential: beruht auf physiko-chemischen Kräften, die von Festsubstanz (Matrix) auf Wasserteilchen im Porenraum ausgehen => Wasser durch Adsorptions- oder Kapillarkräfte gebunden; negatives Vorzeichen, Je trockener der Boden, desto fester ist Restwasser gebunden und desto kleiner/ negativer ist das Matrixpotential
- Osmotisches Potential: entspricht Arbeit, die geleistet werden muss, um bestimmte Menge Wasser durch semipermeable Membran aus Bodenlösung zu ziehen; hohe Salzkonzentrationen – Anreicherung von Wasser; negatives Vorzeichen, je höher Salzgehalt, umso stärker wird osmotisches Potential verringert (stärker negativ)
- Gaspotential: wenn Luftdruck im Boden nicht mit Druck auf Bezugsebene übereinstimmt; kaum von Bedeutung.
Sie sind definiert als die Energie pro Einheit Masse oder Volumen, die das Wasser im Boden aufgrund unterschiedlicher Kräfte besitzt.
Was ist das hydraulische Potential?
Das hydraulische Potential ist das Potential, das die Bewegung von Wasser im Boden aufgrund von Gravitationskräften, Druckunterschieden und osmotischen Kräften antreibt.
- Gravitationspotential + Matrixpotential
- M.pot.: wird immer negativer / fester gebunden, je weiter weg von GW
- G.pot.: steigt mit Entfernung von GW in die Höhe;
Charakterisieren sie den permanenten Welkepunkt
- Der permanente Welkepunkt ist der Wassergehalt im Boden, bei dem Pflanzen nicht mehr in der Lage sind, Wasser aufzunehmen, da der Saugdruck zu hoch ist.
- Entsteht bspw. Dadurch, dass Pflanzen Wasser aus dem Boden aufnehmen, transpirieren und dieses Wasser somit im Boden ersetzt werden muss. Geschieht dies nicht => verwelken die Pflanzen
In welchen Bereichen des Druckpotentials findet man pflanzenverfügbares Wasser?
Mittelporen 10 - 0,2μm 300 – 15000mbar (Matrixpotential)
Wie ist die Feldkapazität eines Boden definiert? Größenordnungen; Wovon hängt sie ab?
Die Feldkapazität eines Bodens ist definiert als der Wassergehalt, den der Boden nach vollständiger Entwässerung durch Schwerkraft unter Feldbedingungen behält. Sie hängt von der Bodenart, der Bodenstruktur und dem Ausgangswassergehalt ab.
* Nach genügend Wasserzufuhr/ Niederschlag hydraulisches Pot. = 0; nach 1-2 Tage grobes Gleichgewicht erreicht => maximale Haftwassermenge in Vol.-%, Fein- und Mittelporen sind wassergefüllt.
* Abhängig von: Profiltiefe, Horizontabfolge, Körnung und Struktur, organischem Kohlenstoff
* Größenordnung: mittlere FK 260-390 l/ m³ ; 26-39 Vol.-%
Wie ist die nutzbare Feldkapazität eines Boden definiert? (Größenordnungen)
Die nutzbare Feldkapazität eines Bodens ist der Bereich des verfügbaren Wassers zwischen der Feldkapazität und dem permanenten Welkepunkt. Die Größenordnungen variieren je nach Bodenart und -struktur.
* Differenz zwischen Wassergehalt bei Feldkapazität (pF: 1,8-2,5) und PWP (4,2)
* Beliebt für Landwirtschaft, nFK ca. 220-300 mm; viel Wasser für Pflanzen bereitgestellt; bspw. (Para)Braunerde
Erklären sie den Prozess der Verdunstung mit Hilfe des Potentialkonzepts
Der Prozess der Verdunstung erfolgt durch die Umwandlung von flüssigem Wasser in Wasserdampf an der Bodenoberfläche. Dies geschieht aufgrund des Unterschieds im Wassergehalts zwischen dem Boden und der umgebenden Atmosphäre sowie durch Energiezufuhr, wie Sonneneinstrahlung und Wind.
Verdunstung: Matrixpotential an der Bodenoberfläche wird negativer, Gravitationspotential bleibt konstant, hydraulisches Potenzial < 0 => Hydraulisches Potential aus dem Gleichgewicht gebracht, in diesem Fall <0 negativ; => Wasserbewegung nach oben bis Gleichgewicht herrscht => Kapillaraufstieg
Erklären sie den Prozess der Versickerung mit Hilfe des Potentialkonzepts
Die Versickerung ist der Prozess, bei dem Wasser durch den Boden hindurch in tiefere Schichten oder das Grundwasser versickert. Dies geschieht aufgrund von Schwerkraft und Kapillarkräften, die das Wasser durch die Poren im Boden ziehen.
Niederschlag: Matrixpotential an der Bodenoberfläche wird positiver, Gravitationspotential bleibt konstant, hydraulisches Potenzial > 0 => Wasserbewegung nach unten bis wieder Gleichgewicht herrscht => Versickerung; Im Prinzip kann das Wasser wenn Matrixpotential positiver wird, schlechter gebunden/ gehalten werden => versickert.
Welche Parameter der Wärmebilanz kennen sie? Welche Faktoren beeinflussen einzelne Parameter?
Primäre Zufuhrquellen (großflächig wirksam):
* Sonne
* Erdinneres
Energiezufuhr durch die Sonne:
* Direkte Einstrahlung
* Indirekte Einstrahlung und Re=exion und Streuung durch die atmosphärische Luft
* Thermische Ausstrahlung bereits adsorbierter Energie
Energieverluste:
* Ausstrahlung
* Evapotranspiration (die Verdampfungswärme wird dabei dem Boden entzogen)
Extrapedologische Einflussfaktoren:
* Einstrahlungsintensität
* Inklination
* Exposition
Intrapedologische Einflussfaktoren:
* Farbe und Rauigkeit des Bodens (dunkle Böden, mineralische A-Horizonte) reflektieren die adsorbierte Strahlung schlechter, sind daher i.d.R. um > 3°C wärmer als helle Böden
* Spezifisches Adsorptionsvermögen (der nicht absorbierte Teil, Albedo, wird reflektiert)
* 50-80% der die Bodenober=äche erreichenden Strahlungsenergie wird absorbiert, je nach Farbe, Rauigkeit der Bodenoberfläche, Vegetationsdecke
Was ist Albedo?
Die Albedo ist das Verhältnis der reflektierten Sonnenstrahlung zur einfallenden Sonnenstrahlung auf einer Oberfläche. Sie ist ein Maß für die Reflexionsfähigkeit einer Oberfläche und kann Wärmeabsorption und -reflexion beeinflussen.
Wie hoch ist der Luftanteil in Böden abhängig von verschiedenen Bodentexturen?
Der Luftanteil in Böden variiert je nach Bodentextur. In sandigen Böden ist der Luftanteil höher, während in tonigen Böden der Luftanteil niedriger ist.
Luftmenge im Boden von Wassergehalt und somit von den Wasserhaushalt bestimmenden Bodeneigenschaften abhängig; 10-15% gelten als ausreichend gute Belüftung
Luftanteil am Grobporenvolumen: Sandboden 30-40%, Schluffboden 10-25%, Tonboden 5-10%
Wie wird die Bodenfarbe bestimmt, welche Einflussgrößen bestimmen sie?
Die Bodenfarbe wird durch verschiedene Einflussgrößen bestimmt, darunter die Mineralzusammensetzung, die organische Materie, der Gehalt an Eisen- und Manganoxiden, die Feuchtigkeit und die organische Substanz im Boden.
* Hauptverursacher: Huminstoffe im Oberboden; Fe-Mn-Oxide im Unterboden; Ca- Carbonate im Pseudomycel;
* Problem bei Bestimmung ist Wassergehalt => in der Praxis oft Aufsättigung der Probe
Welche Charakteristika sind Teil der Munsell Farbbestimmung?
Charakteristika der Munsell Farbbestimmung umfassen Eigenschaften wie Farbtonbezeichnung, Helligkeitsstufe und Sättigungsstufe des Bodens.
In welchen Bindungsformen liegen Nährstoffe im Boden vor?
- Als Salze
- Adsorbiert bzw. austauschbar an reaktiven Oberflächen
- Schwer austauschbar in Zwischenschichten von Tonmineralen
- In organischer Substanz (als Bestandteil oder Komplex)
- In Biomasse
- Immobil als Gitterbestandteil von Silikaten oder okkludiert im Inneren von Eisen- und Manganoxiden
- Nährstoffe größtenteils nativ aus den Ausgangsgesteinen vorhanden
Was wissen sie über Kalzium, Magnesium, Kalium…….. im Boden?
Kalzium, Magnesium, Kalium und andere wichtige Nährstoffe im Boden beeinflussen das Pflanzenwachstum und die Bodenchemie. Sie spielen eine Rolle bei der Bodenstruktur, der pH-Regulierung und der Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen.
Kalzium
* Eintritt in die Nahrungskette v.a. Aus Boden; CaCO3 aus dem Ausgangsgestein oder Düngung – Löslichkeit von CaCO3 abhängig von CO2-Partialdruck => Bildung von Ca(HCO3)2
* Häufige Gehalte im Boden 0,1-1,2 %, in kalkhaltigen Böden bis zu 60%; essentiell für Pflanzen & Tiere
Magnesium
* Mg in Boden & Pflanzen entscheidend für ausreichende Mg-Versorgung von Mensch & Tier; wesentlich für Pflanzen ist austauschbares Mg bzw. Mg in Bodenlösung
* Baustein wichtiger Pflanzeninhaltsstoffe, bspw. Chlorophyll, und Enzymaktivator
Kalium
* In primären Gesteinen/ Mineralen (Mittel 2.3%); je weiter Boden entwickelt, umso weniger K vorhanden; reichert sich in Meeren an;
* K-Fixierung: Einwanderung in Zwischenschichten von Dreischicht-Tonmineralen; bei fixierenden Böden muss Fixierungskapazität abgesättigt sein => Aufbau von austauschbarem K (Austauschbares K steigt also mit K-Konzentration in Bodenlösung); Austauschverhalten beeinflusst durch Al, Mg, Ca
Natrium Na
* Für Tier und Mensch, einige Halophyten und C4-Pflanzen essentiell, für manche C3 Pflanzen nützlich; natrophil (Zuckerrübe, Spinat) vs. Natrophob (Weizen, Kartoffeln)
* Na-Gehalt: meist 1-10g/kg; Na-Sättigung: meist <3% (in humiden Klimaten ausgewaschen und nicht akkumuliert)
Phosphor P
* Im gesamte P-Kreislauf ist Pedosphäre von großer Bedeutung; globale P-Speicher sind vor allem auch Gesteine (apatite) und P, das im Austausch zwischen Böden, Meeren und Organismen steht;
* Pedogen wird P gewonnen durch Gesteinsapatit, atmosphärische Deposition, Düngung => verloren durch Erosion, Auswaschung und Ernte
* P-Gehalte variieren nach Ausgangsgestein, Textur, Entwicklungsgrad; P-Konzentration steigt mit gefallender Teilchengröße; meist 400-1500 g/kg, nur bei Sandböden <200
Stickstoff N
* Wenig in Ausgangsgesteinen; hängt sehr von externer Zufuhr ab; bestimmt landwirtschaftlichen Ertrag am stärksten
Wie funktioniert Ammonifizierung?
Bei der Ammonifizierung werden organische Stickstoffverbindungen durch mikrobielle Aktivität in Ammonium (NH₄⁺) umgewandelt, wodurch pflanzenverfügbarer Stickstoff entsteht.
Wie funktioniert Nitrifikation?
Bei der Nitrifikation wandeln spezialisierte Bakterien Ammonium (NH₄⁺) zuerst in Nitrit (NO₂⁻) und dann in Nitrat (NO₃⁻) um, wodurch Stickstoff für Pflanzen verfügbar gemacht wird.
Denitrifikation: Erklären sie den Prozess und den Ablauf
Nitrat und Nitrit werden zu Stickstoffoxiden und molekularem N reduziert; biochemischer Weg
Hohe Wassersättigung (=> eingeschränkte Durchlüftung) => bestimmte MO nutzen Nitrat-/Nitritsauerstoff anstelle O2; als Energiespender: leicht verfügbarer C
Einflussfaktoren: Temperatur (ab 5°), pH (6-8), Nitratkonzentration
Biologische Stickstofffixierung: Beteiligte Organismen und Größenordnungen der Fixierung
- Symbiontische vor allem durch Rhizobien (Knöllchenbakterien), sind wirtsspezifisch; Bsp: Erbsen 120 kg/(ha)
- Nicht-symbiontisch durch freilebende MO (Cyanobakterien, aerobe, anaerobe Bakterien)
- Strahlenpilze (mycelartig wachsende Actinomyceten, Bakterien) bei Holzgewächsen, ca. 60 kg/ ha
In welcher Form erfolgt N-Auswaschung? Was ist die besonders kritische Zeit für Auswaschung und warum?
- Erfolgt vor allem als Nitrat, organisches N und Ammonium;
- Großteil der N Auswaschung in vegetationsfreier Zeit, weil nach Ernte zu viel N im Boden verbleibt, der nicht mehr aufgenommen werden kann & Grundwasserbildung v.a. in vegetationsfreier Zeit passiert (da Niederschläge tatsächlich im Boden versickern und nicht gebunden oder aufgenommen werden)
Warum versauern Böden?
Böden versauern aufgrund von verschiedenen Prozessen, einschließlich der Auswaschung von basischen Kationen, der Zersetzung von organischer Substanz und der sauren Deposition aus der Atmosphäre.
Von Bodenversauerung spricht man, wenn von außen oder durch bodeninterne Prozesse mehr Protonen (H+-Ionen) von Säuren eingetragen werden, als der Boden neutralisieren kann. In der Folge bilden sich Oxonium-Ionen (H3O⁺) und der Boden pH- Wert sinkt ab. Die Bodenversauerung wird verstärkt, wenn die basischen Reaktionsprodukte von Neutralisationsreaktionen ausgewaschen werden.
Stellen sie die verschiedenen Puffersysteme des Bodens dar (Gleichungen), in welchen pH-Wert Bereichen wirken diese?
- Pufferung durch Carbonate: CaCO3 + H+ <=> Ca(2+) + HCO(3-)
- Pufferung durch Silikate: Si-O-(Erdalkali K, Mg, Ca, Fe) <=> Si-OH
- Pufferung an variable Ladungen: COO(-) + H+ => (COO)2Ca => (COO)2Ca + 2H+ = (COOH)2 + Ca(2+) oder (AlOH)2Ca + 2H+ = (AlOH2)2 + Ca(2+)
Puffersystem „Funktionelle Gruppen“: welche Prozessschritte gibt es?
Funktionelle Gruppen: Huminstoffe (COOH-Gruppen), anorganische Austauscher wie Tonminerale und Fe-, Al-, Si-Oxide und -Hydroxide
- wirken oberhalb des LNP des festen Teilchens als Kationenaustauscher => abdissoziieren H+ und werden negativ geladen; 2. im neutralen pH-Bereich meist mit Ca(2+) oder anderen Kationen belegt; 3. in dem Zustand werden H+-Ionen gegen Kationen getauscht => Abpufferung; 4. Unterhalb ihres LNP können sie zusätzliche H+-Ionen anlagern ohne Austausch und werden zu positiv geladenen Anionenaustauschern
Charakterisieren sie den Prozess der Entbasung – welche Ionen sind besonders betroffen und welche Effekte hat Entbasung im Boden?
- Entbasung ist der Prozess, bei dem basische Kationen wie Kalzium (Ca²⁺), Magnesium (Mg²⁺) und Kalium (K⁺) aus dem Boden ausgewaschen werden, was zu einer Abnahme des pH-Werts und zu Versauerung führt.
- Je tiefer pH-Wert, desto eher von sauren Kationen verdrängt;
- Im pH-Bereich 7-5 (Bereich, der für Nährstoffaufnahme am günstigsten ist) ist Verlust v.a. Von Ca(2+) für Aggregierung und Stabilität der Bodenstruktur von Bedeutung; Ca wichtig für Lockerung des Bodens und somit Versorgung der Pflanzen und Verlust führt zu abnehmender Wasser- und Nährstoffspeicherfähigkeit
Wann ist Aluminium ein Problem im Boden?
- Wenn der pH – Wert zu niedrig (<4) wird, dann wird sehr viel Aluminium gelöst, welches toxisch im Boden wirkt.
- In stark sauren Böden wirkt Al(3+) stark koagulieren und strukturstabilisierend, was aber physiologisch ungünstig und toxisch für viele Pflanzen ist.
Stellen sie Überlegungen zu optimalen pH-Werten in Böden an, welche pH-Werte sind wann optimal?
- Grundsätzlich Abhängigkeit von Bodenart und verfügbarer Menge organischer Substanz / Nährstoffen
- Bei leichten Böden bspw. Sandböden sind niedrigere pH Werte akzeptabler für die Nutzung als Ackerboden als für schwere Böden wegen der rel. Verfügbarkeit und Konzentration der Nährstoffe; bei Böden mit Ton oder Schluffanteil ist absolut schon mehr vorhanden, da die Böden dichter sind
- Generell höhere ph Werte anzustreben
Was ist der Sorptionskomplex?
Reversibler Austausch von Bodenionen an entgegengesetzt geladenen Oberflächen zwischen Bodenlösung und Bodenaustauschern, wobei Bodenaustauscher geladene Bodenteilchen sind, die Ionen adsorbieren und austauschen können.
Kationenbelag: von welchen Kationen sprechen wir hier?
Ca++, Mg++, K+, Na+, Al+++, Fe+++
Kationenaustauschkapazität: Definition
Maß für die Menge an Kationen, die ein Stoff absorbieren und gegen in einer Lösung befindlichen Kationen wieder austauschen kann => wichtige Bodenkenngröße, steigt mit pH-Wert der Austauschlösung
Basensättigung: Definition
Summe/ Anteil der austauschbaren Basen-Kationen (Ca++, Mg++, K+, Na+) in Prozent der KAK
Was ist der Unterschied zwischen potentieller und effektiver KAK?
Effektiv: KAK bei tatsächlichem pH-Wert des Bodens – Potentiell: KAK bei pH-Wert 8,1
Oxidation – Reduktion. Erklären sie diese beiden Begriffe
- Oxidation: chemische Reaktion mit Sauerstoffaufnahme, Wasserstoffabgabe, Erhöhung der Wertigkeit und generell Abgabe von Elektronen
- Reduktion: entgegengesetzt zur Oxidation wird Sauerstoff abgegeben, Elektronen aufgenommen
- Da bei den Reaktionen auch H+ produziert bzw. verbraucht wird => pH-Änderungen
- Redox-Potential: Gesamtpotential aller im Boden vorhandenen Redoxsysteme; hohe (positive/ oxidierende) Potentiale in gut belüfteten Böden mit viel im Bodenwasser gelöstem Sauerstoff, hohen Anteilen an oxidierten Berbindungen; niedrigere Potentiale (negativ/ reduzierend) in Böden mit Sauerstoffmangel, hohem Anteil an reduzierten Verbindungen.
Was sind Bodenhorizonte – welche Bodenhorizonte kennen sie (inkl. Großbuchstabe)
- Definition: Ein Bodenhorizont ist ein Teilbereich des Bodenprofils, der als geologisches Ausgangssubstrat oder durch bodenbildende Vorgänge entstanden ist, und innerhalb seiner Grenzen annähernd gleiche und somit für den Horizont charakteristische Eigenschaften aufweist.
- Es gibt organische Auflage- und Torfhorizonte, die min. 35 Masse-% organische Substanz, 20 Masse-% des organischen Kohlenstoffs enthalten, bspw. H-Horizont (Huminstoffbildung)
- Mineralbodenhorizonte: unter 35 M-% organische Substanz; Bso: A-Horizont (Auflagehorizont), B-Horizont (Anreicherungshorizont, hier passieren bspw. Viele Verwitterungsprozess), C-Horizont (Ausgangsmaterial)
Suffix: was ist das?
Dienen zur nähere typologischen Kennzeichnung der Horizonte; werden als Kleinbuchstaben zusätzlich zum Horizont angegeben. Sind meist charakteristische Horizonteigenschaften, die aber nicht ausgeprägt genug sind, um eigenen Horizont zu begründen.
Erklären sie das Charakteristikum von organischen Auflagehorizonten – wodurch unterscheiden sie sich?
Min. 35 Masse-% organische Substanz, 20 Masse-% des organischen Kohlenstoffs enthalten
Die verschiedenen Horizonte unterscheiden sich vor allem dadurch, wie stark organisches Material zersetzt und wie sehr es sich vom Ausgangsmaterial unterscheiden lässt.
Welche Mineralbodenhorizonte werden in Österreich unterschieden und was sind ihre Charkteristika?
- A: Auflagehorizont: mineralischer Oberboden, sichtbare Akkumulation organischer Substanz
- B: Verwitterungs-/ Anreicherungshorizont, oft durch Eisenoxid gefärbt
- C: Ausgangsmaterialhorizont; lockeres oder festes Material, das aus dem Boden entstanden ist
- E: Eluvialhorizont; durch Lessivierung/ Tonverlagerung, Podsolierung, Feuchtbliechung oder Solodierung fahl gefärbter Horizont ohne sichtbaren Humusgehalt
- G: Gleyhorizont; durch Grundwasser geprägt
- P: Pseudogley; durch Tagwasser geprägter Horizont; Stauzone
- S: Staukörper; dicht gelagert und durch hohen Ton/ Schluffanteil nahezu wasserundurchlässig; Staukörper von Böden mit Pseudogleydynamik
- Y: Deponieboden; besteht aus künstlich umgelagertem natürlichem / technogenem Material
Wie unterschieden sich Klassifikationssysteme zur Charakterisierung der Bodentypen allgemein?
- Faktoren nicht leicht erfassbar da oft über die Jahrtausende verändert. Ermöglichen die beste genetische Gliederung
- Prozesse (aktuelle leicht zu bestimmen sowie den jeweiligen Zustand, nicht jedoch frühere)
- Merkmale (optisch am einfachsten zu beurteilen, sonst aufwendige Laboranalysen). Genetische Aussagen eingeschränkt
- Alle 3 Kriterien geeignet, jedoch mit unterschiedlichen Anforderungen an Wissensstand und Aussagekraft.
Die österreichische Bodensystematik: welche Ordnungen und welche Klassen kennen sie?
- Ordnung Terrestrische Böden – Klassen: Rohböden, Humusböden/ A-C-Böden, Braunerden, Podsole, Kalklehme, Substratböden, Kolluvien & Anthrosole
- Ordnung Hydromorphe Böden – Klassen: Pseudogleye, Auböden, Gleye, Salzböden, Moore/ Anmoore, Unterwasserböden
