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Bodenkunde (Subject) / 04. Bodeneigene Stoffklassen (Lesson)
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- 01. Stellen Sie in kurzer Form den Übergang von organischen bzw. mineralischen Ausgangsmaterialien zu den pedogenen sekundären Stoffen unter Verwendung der Fachbegriffe dar (ohne Erklärung der Prozesse). Primäre Ausgangsmaterialien werden durch Mineralisierung und Humifizierung (organische Materialien) oder Verwitterung und Mineralneubildung (mineralische Materialien) zu pedogenen sekundären Stoffen umgewandelt.
- 02. Erläutern Sie den Unterschied zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung. Erläutern Sie mit wenigen Worten 3 Grundreaktionen der chemischen Verwitterung von Mineralen. Welche Reaktion ist in unserem Klima die wichtigste Form der chemisc Physikalische Verwitterung: Fragmentierung der Materialien ohne Beeinflussung der Kristall bzw. Molekularstruktur. Die chemische Verwitterung andert die Struktur der Verbindung. - Hydrolyse: Kristallverband wird durch den Einbau von Wassermolekülen aufgelöst - Protolyse: Säure-Base-Reaktion H+ ersetzt Metallkationen wie K+, Na+, Ca2+, Mg2+. →effizienteste und quantitativ bedeutsamste - Die Oxidation: Fe2+-Ionen werden in dreiwertige (Hydr)oxidformen überführt → Braunfärbung der Böden
- 03. Warum sind die auf thermodynamischen Gleichgewichten beruhenden Stabilitätsdiagramme für die Mineralgehalte der Böden nur von begrenzter Aussagekraft? beruhen auf der Annahme von Gleichgewichtsszuständen → Einstellung braucht länger als konstante Umgebungsbedingungen angenommen werden können
- 04. Nennen Sie ein Beispiel, wie durch chemische Verwitterung eine physikalische Lockerung/Zerlegung des Gesteinsverbandes eintreten kann. Biotit unterliegt durch starke Verkleinerung einer chemischen Umwandlung Kalium-Ionen in Randbereichen werden gelockert→Wassereinlagerung und randliche Aufweitung der Zwischenschichten
- 05. Erläutern Sie, wieso das Tonmineral Illit als Produkt eines Grenzfalls zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung angenommen werden kann. Biotit mit kleiner Korngröße = Tonmineral Illit unterliegt bereits einer chemischen Umwandlung da Kalium-Ionen in Randbereichen werden beweglich → Wassereinlagerung und randlichen Aufweitung der Zwischenschichten
- 06. Welche Ionen sind am isomorphen Ersatz a) in den Tetraedern b) in den Oktaedern beteiligt (wer ersetzt wen, Folgen für die Gitterladung). a) Tetraeder: Si durch Al (es fehlt eine Ladung) b) Oktaedern: Al durch Fe oder Mg Wenn Mg oder Fe(II) durch Fe(III) ersetzt wird kann die negative Schichtladung sogar zunehmen.
- 07. Tonminerale kann man von den Glimmern ableiten. Nennen und erläutern Sie 3 Unterschiede zwischen den bodenbürtigen Tonmineralen und den Glimmern (und anderen gesteinsbürtigen Phyllosilikaten) locker gebundene Ionen kurzfristiger Nährstoffspeicher Ungleichmäßigkeit der OF und geringe Größe Vielfalt für Bodenfunktionen und Lebensraum Quellfähigkeit gleichzeitige Belüftung- und Wasser/Nährstoffversorgung riesigen aktiven Oberflächen: Stabilisierung des Bodengerüsts Träger von Oberflächenreaktionen (mikrobieller) Lebensraum.
- 08. Was versteht man unter der Elementarschicht eines Tonminerals? Wie groß kann man sich den Kristall eines Tonminerals vorstellen, in welcher Größenordnung liegen die Anzahlen der Elementarschichten? Eine Elementarschicht besteht aus Tetraeder-Oktaeder-Tetraederschicht Größe: 0,1 bis 0,15 μm/<2μm Anzahl seiner Elementarschichten: einigen 10er bis 100er -Schichten.
- 09. Nach welchen Kriterien werden Tonminerale eingeteilt? Erläutern Sie drei der Kriterien mit einem Beispiel. Schichtfolge: 2-Schicht (Kaolinit) Basisabstand: Distanz zwischen den Elementarschichten, bei einem variablem Basisabstand kann Wasser eingelagert werden, Smectide variabel - quellfähig, Illonit fix Stärke der Schichtladung: Sehr hohe Schichtladung→Fixierung von Basisabstand und Zwischenschichtionen; fehlende Schichtladung: Kein Kationenaustausch, nicht quellfähig. Ort der Schichtladung: Bei isomorphem Ersatz in den Oktaedern ist das Ladungszentrum weiter entfernt, daher sind die Bindungskräfte geringer: Bessere Quellfähigkeit und besserer Ionenaustausch
- 10. Warum sind Tonminerale mit isomorphem Ersatz in den Oktaederschichten eher quellfähig als solche mit isomorphem Ersatz (Lage der Schichtladung) in den Tetraedern? Wie heißt die Gruppe der besonders quellfähigen Tonminerale? Ladungszentrum weiter entfernt, Bindungskräfte geringer →begünstigt Quellfähigkeit und Ionentausch quellfähigen Tonminerale = Smectite
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- 11. Was kann mit einem Vermiculit (Schichtladung in den Tetraedern) bei starkem K-Überschuss passieren? Kontrahierung zu Illiten
- 12. Was passiert mit den Tonmineralen bei andauernder Desilifizierung (Herauslösung von Kieselsäure)? (Produkte) In welchem Klima wird das begünstigt? führt zu Kaolinit und Oxidanreicherung In tropischem Klima/ hohe Temperaturen
- 13. Nennen Sie die drei wichtigsten Bestandesgrößen im terrestrischen Kohlenstoffkreislauf der Ökosysteme. Im globalen Maßstab: In welchem Mengenverhältnis stehen diese Pools zueinander? C-Gehalt der Atmosphäre (750 Gt) der Böden (1600 Gt) der Biomasse (500 Gt)
- 14. Erläutern Sie die Begriffe „Bruttoprimärproduktion“ und „Nettoprimärproduktion“. Bruttoprimärproduktion: Gesamtmenge der neugebildeten Assimilate pro Zeiteinheit Nettoprimärproduktion: BPP abzüglich der Menge an Assimilaten die die Pflanze für die Aufrechterhaltung ihres eigenen Soffwechsels respiriert hat
- 15. Welches ist der mengenmäßig wichtigste Anteil frischer Streu? Wie hoch ist etwa der Kohlenstoffgehalt von pflanzlicher Trockensubstanz? wichtigster Anteil: Wasser mit ca. 75%. Kohlenstoffgehalt: ca. 50 %.
- 16. Aus welchen 3 organischen Substanzen besteht die pflanzliche Biomasse überwiegend? Erläutern Sie mit einem Satz den Chemismus dieser Substanzen. Cellulose: Polyssacharide aus mehreren tausend Glucose-Monomeren faserförmigen Strukturen Hemicellulose: Polyssacharid besteht aus verschiedenen Monomeren mit Seitenketten und Verzweigungungen Lignin: dreidimensionales Polymer besteht aus Phenylpropanoide aromatisches Molekül
- 17. Erläutern Sie den Begriff der Mineralisation, welches sind die Endprodukte, welches ist das dominierende Endprodukt? Mineralisation: vollständiger mikrobieller Abbau in die anorganischen Grundbausteine Kohlendioxid, Wasser und Ionen.
- 18. Was ist Humifizierung? Nennen und erklären Sie kurz 3 grundlegende Eigenschaften der Endprodukte. Humifizierung: Umwandlung von Streubestandteilen in Huminstoffe Sie sind amorph, dunkel gefärbt, meist sauer reagierend.
- 19. Was ist gemeint, wenn Huminstoffe als „supramolekular“ bezeichnet werden? Sie sind Assoziationen aus zahlreichen Monomeren.
- 20. Erläutern Sie zwei wichtige, sauer wirkende funktionale Gruppen der Huminstoffe. Carboxyl- und phenolischen Hydroxylgruppe Beide besitzen eine variable Ladung hoher pH-Wert: H+ Konzentration in der Umgebung gering, Protonen werden dissoziert, Kationen Können anbinden. KAK ist hoch niedriger pH-Wert: freie Stellen der variablen Ladung werden mit Protonen besetzt KAK ist niedrig
- 21. Welche ökologische Bedeutung habe die prinzipiell sauren, dissoziierbaren Hydroxyl- und Carboxylgruppen der Huminstoffe? Denken Sie an den Begriff der „variablen Ladung“. Die Ladung in den Huminstoffen hängt von dem pH-Wert der Umgebung ab niedrigen pH-Werten →Kaum KAK Bei hohen pH-Werten →sehr hohe KAK Saure Böden,problematisch beiVerfügbarkeit von Nährstoffen
- 22. Was versteht man unter „Fulvosäuren“? organische Säuren mit uneinheitlicher Zusammensetzung entstehen bei der Humifizierung geringere molare Masse und stärker sauren Charakter wie Huminsäuren besser in saurem Milieu löslich
- 23. Nennen und erläutern Sie, warum humusreiche Böden als fruchtbar gelten? Gibt es aus Sicht der Bodenfruchtbarkeit ungünstige Anreicherung von Humus? Hauptbestandteil von Humus = Huminstoff Aggregatstabilität Bodenbelüftung gute Quelleigenschaften → Wasserspeicher Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorspeicher kann zur KAK beitragen dunkle Färbung verringert die Reflexion der Sonnenstrahlen →Absorption von Wärme und Anregen des bakteriellen Stoffwechsels (positiv für die Mineralisierung)
- 24. Warum sollten Humifizierung und Mineralisierung in einem ausgewogenen Verhältnis stehen? Gesunde Böden brauchen sowohl Mineralien für den Nährtoffkreislauf, als auch Wasser und Huminstoffe als Basis zum Leben.
- 25. Unter welchen Bedingungen sind Huminstoffe besonders gut vor Abbau geschützt? Vor Abbau geschützt, wenn:• durch Wechselwirkungen mit der Mineralphase stabilisiert• räumlich (z.B. durch Einschluss) von den Zersetzern getrennt