Bodenkunde (Subject) / Hydromorphe Böden (Lesson)

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• 2. Erläutern Sie 3 Gruppen hydromorpher Böden, die in der deutschen Klassifikation eine Rolle spielen. 1.terrestrische Böden (Stauwasserböden)  = Pseudogley 2. semiterrestrische Böden 1. Grundwasserböden =Gley 2. Auenböden:= Böden im Einflussbereich von Fließgewässern→ episodisches Zuschusswasser  kiesig, darüber sandig, und im Oberboden schluffig keine Redoximorphiemerkmale (sauerstoffreiches Wasser, kurze Überflutungsdauer).  3. Marschböden = wassergeprägter Bodenbereich an an den flachen Meeresküsten  3. Moore 
• 1. Hydromorphe Böden entstehen durch die Wirkung von Zuschusswasser. Erläutern Sie 3 Formen von Zuschusswasser und benennen Sie mit wenige Stichworten die dabei ausgelösten Prozesse der Bodenbildung. Hydromorphe Böden= Böden, die von Zuflusswasser geprägt sind. Also nicht durch den typischen Gang des Wassers (Niederschlag, Drainage, Versickerung, Evaporation und Transpiration) sondern durch den Effekt des Zuschusswassers (Grundwasser, Druckwasser, Stauwasser, Überflutung, Gezeiten) Wasser und Bodenluft teilen sich das gleiche Porensystem, in wassergesättigten Böden kann Sauerstoff viel schlechter diffundieren, die Bodenbelüftung ist extrem eingeschränkt Grundwasserzuschuss: Teile  sind ganzjährig mit Wasser gesättigt, über dem Grundwasserspiegel wird Fe(II) durch den vorhandenen Sauerstoff oxidiert und fällt aus (immobil) und der Boden wird rot. Unter dem Grundwasserspiegel ist kein Sauerstoff vorhanden, Eisen fungiert als Elektronenakzeptor und wird reduziert zu Fe(II) Ionen, die sind mobil und können ausgespült werden oder aufsteigen, der Boden erbleicht. (Gleyböden) Überflutung: Da die Überflutung nur kurzzeitig ist und viel O2 im Wasser vorhanden ist, sieht man keine Redoximorphiemerkmale. Dafür sind die Böden geschichtet, durch die Sedimentablagerung. geschichtet (kies, sand, schluff)  (Auenböden) Stauwasser: Wasser ist nur saisonal anstehend, es kann nicht absickern, Nassphase, Frühjahr: die  mobilen Ionen diffundieren in das Aggregatinnere. Trockenphase, Herbst: Die Makroporen sind nun mit Luft gefüllt und Sauerstoff dringt bis ins Aggregatinnere. Dort wird nun Fe(II) zu Fe(III) oxidiert.  (Pseudogley)
• 3. Warum spricht man grundsätzlich von Redox-Reaktionen und nicht getrennt von Oxidation und Reduktion, was ist dabei das Redoxpotential? → Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der ein Reaktionspartner Elektronen auf einen anderen überträgt/ aufnimmt. Da keine freien Elektronen direkt vorhanden sind wird immer gleichzeitig ein Stoff reduziert (Elektronenaufnahme , Ladung wird verringert) und der andere oxidiert (Elektroenenabgabe, Ladung wird erhöht). -->  korrespondierende Redoxpaare Redoxpotential= Das Redoxpotential ist eine Messgröße zur Beschreibung von Redoxreaktionen= wie bereitwillig wird ein Stoff reduziert/oxidiert Das Redoxpotential ist die gemessene elektrische Spannung zwischen einer Wasserstoff-Halbzelle und einer anderen Halbzelle. Augrund der Spannungsdiffernez können Elektroenen fließen. Liegt das Potential E° unter 1 Elektronenvolt (EV) werden Elektronen an die Normalwasserstoffelektrode NWE abgegeben. Li ist gegnüber der NWE besonders bestrebt ein Elektron abzugeben, es ist das stärkste elementare Reduktionsmittel. E°=-3.04 Volt Generell gilt: unedle Metalle geben gerne Elektronen ab und liegen dann oxidiert vor (als Kation)edle Metalle nehmen gerne Elektronen auf und liegen dann reduziert vor 
• 4. Definieren Sie die Begriffspaare Oxidation/Reduktion, Oxidationsmittel/ Reduktionsmittel. Ordnen Sie die Begriffe „Elektronendonator“ und „Elektroneakzeptor“ diesen Definitionen mit einem Beispiel aus dem Boden zu. Die Reduktion ist die Elektronenaufnahme. Die Oxidation ist die Elektronenabgabe. Oxidationsmittel: entziehen einem Stoff Elektronen, selber werden sie in der Reaktion reduziert (nehmen also Elektronen auf)  Reduktionsmittel: geben Elektronen ab, selber werden sie daher oxidiert (geben also Elektronen ab)  Beispiel Boden: oxidative Immobilisierung: reduziertes Eisen Fe(II) dient als Elektronendonator (gibt Elektronen ab, wird oxidiert) und Sauerstoff als Elektronenakzeptor (nimmt Elektronen auf, oxidiert die Eisen, wird reduziert)
• 5. Erläutern Sie den Begriff der Redoximorphose, wo kommt sie vor, welche Stoffe und Prozesse sind daran beteiligt? Redoximorphie = Das Aussehen des Bodens ist von Redoxprozessen geprägt.  Durch die Reduktion /Oxidation von Eisen und Mangan und durch Transport- und Akkumulationprozesse der Eisen /Manganionen ist der Boden charakteristisch gefärbt wird. Fe/Mn sind alternative anaerobe Elektronenakzeptoren. Reduktive Mobilisierung: unlösliches Fe(III) und Mn(ox) dienen anaeroben Bakterien als e-Akzeptoren, werden zu löslichem Fe(II=red) und Mn(red) und können mit der Bodenlösung transportiert werden  Oxidative Immobilisierung: Fe(II) und Mn(red) dienen aeroben Bakterien als Elektronendonatoren in ihrem Stoffwechsel → Oxidation zu unlöslichem Fe(III) und Mn(ox) → Anreicherung bei wieder mit Sauerstoff versorgten Bereichen des Bodens  Redoximorphiemerkmale sind sehr persistent unter oxischen Bedingungen: → Nur mechanische Durchmischung kann die Fe-Verteilung rückgängig machen →Fe(III) verbindungen haben sind unlöslich und haben rötliche, orangene, braune Färbung → reduzierung von Fe(III) zu Fe (II) führt zu einer Entfärbung des Bodens und Grau-,schwarz, grün/blau- Färbung 
• 6. Wie und wo entsteht eine „extrovertierte Redoximorphie“? Redoximorphose= Boden wird farblich durch Oxidation und Reduktion geprägt extrovertiert= nach außen gerichtet   wo: In Aggregatoberflächen und Wurzelkanälen wird mobiles Fe(II) oxidiert zu immbolien Fe(III). Diese sind dann mit oxidierten roten und orangen Eisenverbindungen (FeIII) überzogen. Innen ist das Aggregat gebleicht. wie: Wasser mit mobilem Fe(II) dringt von den gesättigten Mikroporen nach außen an die Makroporen, wo viel Sauerstoff ist (gut belüftet). Hier fällt das in dem Wasser gelöste Fe(II) dann als Fe(III) (immobil) aus.  Dadurch ist das Aggregat innen bleich, da das Eisen hier herausgelöst wurde, aber außen rot, weil es hier ausfällt im Kontakt mit Sauerstoff. Tritt in Grundwasserböden auf (Gley)
• 7. Beschreiben Sie die Merkmale der extrovertierten und die introvertierten Redoximorphie. Nennen Sie Bodentyp/Horizont(e) die, von von diesen Prozessen maßgeblich geprägt sind. Redoximorphose= Boden wird farblich durch Oxidation und Reduktion geprägt extrovertiert= nach außen gerichtet   wo: In Aggregatoberflächen und Wurzelkanälen. Diese sind dann mit oxidierten roten und orangen Eisenverbindungen (FeIII) überzogen. Innen ist das Aggregat gebleicht. wie: In den gesättigten Mikroporen  wurde Fe(III) reduziert (diente als Elektronenakzeptor statt Sauerstoff) zu Fe(II) was mobil ist. Das Wasser dringt von den gesättigten Mikroporen nach außen an die Makroporen/ Aggregatoberflächen (gut belüftet). Hier fällt das in dem Wasser gelöste Fe(II) dann als Fe(III) (immobil) aus.  → Gley (Grundwasserböden), Go und Gr Horizont  introvertiert = stagnic properties = Pseudovergleyung wo: Wurzelkanäle und die Aggregatoberflächen gebleicht während im Intraaggregatbereich Oxidanreicherungen auftreten. (im Sd Horizont, also im Staukörper von Stauwasserböden (Pseudogley), Sd: Stauwasser-dicht gelagert)  wie: Aufsättigungsphase (Winter/Herbst):  organische Substanz wird in die Schrumpfporen (in der Trockenphase entstanden) im Sd eingeschwemmtdie Poren füllen sich mit Wasser.  mikrobielle Atmung auf der Basis von FeIII (Eisen als alternativer Elektronenakzeptor) → wird reduziert zu Fe(II) (mobil)Die gelösten FeII-Ionen diffundieren in den sehr dichten Interaggregatbereich. hier  kaum Zugang für organische Substanz und Mikroorganismen. Daher herrschen hier höhere Redoxpotentiale: Fe(III) fällt aus.  Austrocknungs-/Trockenphase:  keine Remobilisierung möglich Fe 3+ bleibt in Intraagregatraum. → Der Vorgang muss sich über längere Zeit vielfach wiederholen. →  Sd Horizont, also im Staukörper von Stauwasserböden (Pseudogley)
• 8. Welche Faktoren begünstigen die Entstehung der introvertierten Redoximorphose in Pseudogleyen? → Wechsel von Wassersättigung und Trockenheit, Entstehung von Schrumpfrissen! Staukörper durch primär Ausgangsgestein oder sekundär Eilagerungsverdichtung zB Parabraunerde
• 9. Beschreiben Sie den Bodentyp Pseudogley und seine Horizontierung. → der Stauwasserboden heißt Pseudogley Horizontfolge:  Ah  Sw: S(tauwasser)-w(asserführend)  Sd: S(tauwasser)-d(icht gelagert) → Staukörper  → Sd geprägt durch introvertierte Redoximorphose  es wird unterschieden in  Primärer Pseudogley: Staukörper aus dichter Schicht (also geogene Ursache, schon im Ausgangsmaterial angelegt), z.B. tonhaltige Zwischenlagen im Buntsandstein  Sekundärer Pseudogley: Staukörper durch Einlagerungsverdichtung (aus Parabraunerde) 
• !10.Beschreiben Sie den Bodentyp Gley und seine Horizontierung. Grundwasserboden: vom GW unbeeinflusster Ah-Horizont, darunter rötlicher Go-Horizont, stets nasser, grauer Horizont. Ah: Humusangereicherter Oberboden Go: Gleyhorizont oxidiert: rostfarben, über dem Grundwasserspiegel, Fe angereichert  Gr: Gleyhorizont, reduziert, grau, unter dem Grundwasserspiegel, Fe verarmt
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• 11. Pseudogleye gelten als unfruchtbar. Nennen und erläutern Sie 2 Gründe. → Phasenweise Sauerstoffmangel durch Stauwasser (Frühling/Winter) →  sorgt für Fäulnisprozesse und Freisetzung für die Pflanze ungesunder Stoffe. Außerdem werden Nährstoffe gelöst und unten abgelagert → Austrocknung im Sommer Trockenheit (Sommer/Herbst)
• 12. Erläutern Sie kurz 3 Oxidationsmittel/Elektroneaktzeptoren, die im Boden eine Rolle spielen und damit verbundenen Prozesse. 1. Sauerstoff:  oxidative Immobilisierung: Sauerstoff dient als Elektronenakzeptor bei der xidativen Immobiliserung (nimmt Elektronen auf, oxidiert die Eisen Fe(II) zum Immobilen Fe(III))Bioturbation, Mineralisierung, Wurzelatmung: Sauerstoff oxidiert organische Substanz 2. Fe(III) reduktive Immobilisierung → eisen oxidiert organische substanz und wird zu Fe(II) das ist immobil  3. N2O, NO3:  Denitrifizierung →Nitrat  NO3 oxidiert organische Substanz →  Teilelement des Stickstoffkreislaufes, So4 bei der Sulfurikation -> H2S
• 14. Erläutern Sie 3 Bodentypen mit Grundwasserstand 50, 10 und 0 cm unter GOF auf einem sonst gleichen Substrat (sandig-schluffige fluviale Ablagerungen) die Sie dort erwarten können. Grundwasserböden =Gley Arten von Gleyen: 0 cm: AMoorgleye: Die Wassersättigung reicht  bis zur Oberfläche → kein  Go-Horizont nur Ah – Gr  10 cm: Nassgley: Bis 10 cm Aoh-Horizont (humusangereicherter Oberboden, der stark oxidiert ist), hier tritt ein Go-Ah auf, der oxidierte Horizont ist durch den dunklen Humus des Ah „maskiert“. 50cm: Normgley Ah – Go – Gr 
• 15. Erläutern Sie 3 Merkmale von Marschböden. gehört zu den semiterrestrischen Böden Marsch= wassergeprägter/gezeitengeprägter Bodenbereich an an den flachen Meeresküsten  beinhalten oftmals Prozesse von  Auenböden (Überflutung, Sedimentation) Grundwasserböden (hoher Grundwasserspiegel) Stauwasserböden (undurchlässige Feinsedimente)
• 16. Erläutern Sie, wie und wo in einem Boden mit Schichtung fein auf grob bei episodischer Wassersättigung (z.B. Auendynamik) ein Eisenbändchen (z.B. NadisBoden, Ferillo) entstehen kann Wenn Feinsedimente oberhalb von grobporigen liegen kann ein Eisenbändchen entstehen (sog. Ferillo)  Das Wasser der episodischen Wassersättigung bleibt im Feinsediment erhalten (kapillare Nässe), im darunterliegende Bereich mit gröberer Körnung (zB Kies-/Sand) fließt das Wasser mit sinkendem Wasserspiegel wieder ab und die Schicht wird belüftet. diffundiert nun gelöstes Fe2+ an die Grenze von feuchtem zu Durchlüfteten Boden, wird es an der Luft zu Fe3+ oxidiert und fällt aus, dadurch entsteht das Eisenbändchen. Bei wiederholter Austrocknung und hohen Fe-Konzentrationen kann sich das extrem verhärten und die Bodennutzung einschränken.
• 17.Eine Spatenprobe aus einer Fahrspur riecht nach „faulen Eiern“. Welcher Prozess und welche chemische Verbindung ist dafür verantwortlich? SO4 wird in H2S umgewandelt = fauliger Geruch Bodenverdichtung (zB hier durch Fahrspur) kann zum kleinräumigen Zusammenbruch der Bodenbelüftung führen → anaerobe Bedingungen. Organische Substanz wird dann durch Sulfat SO4 (alternativer Elektroenenakzeptor ) oxidiert, es kommt zur Bildung von Schwefelwasserstoff H2S, was so riecht 
• !!18.Was versteht man unter einem „primären“, was unter einem „sekundären“ Pseudogley? Ah -Sw- Sd (Staukörper) Sekundärer Pseudogley: Staukörper durch Einlagerungsverdichtung (zB aus Parabraunerde, Tonablagerungen)  Primärer Pseudogley: Staukörper aus dichter Schicht (also geogene Ursache)
• 19.Ein Bodenprofil weist einen Horizont auf mit Oxidkrusten auf Aggregatoberflächen und gebleichten Aggregatinnenbereichen. Um welchen Horizont und um welchen Bodentyp handelt es sich? → Gley, Go Horizont, von extrovertierten Redoximorphose geprägt
• 20. Erläutern Sie einige Charakteristika der Auenböden. Was unterscheidet sie von Gleyen und Niedermooren? → episodische Überflutung, keine Redoximorphimerkmale, da Übrflutungswasser O2 reich, Sedimentation bei überflutung, Schichtung von unten nach oben: Kies, Sand, Schluff Wasser nicht immer da (Niedermoore) Auenböden zeichnen sich durch episodisches Zuschusswasser aus, das aber auch die Bodenoberfläche überfluten kann. Gley hingegen ist nicht überflutet, sondern steht unter dem Einfluss des Grundwassers, d.h. der Wasserstand beeinflusst die unteren Teile des Bodens. Pseudogley ist halbjährlich komplett überflutet und trocknet dann ab. Niedermoore stehen konstant unter Wasser →Torfbildung.

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