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Bodenkunde (Subject) / 05. Oberflächenprozesse (Lesson)
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- 01. Warum sagt die Gesamtmenge an Nährstoff bzw. Schadstoff im Boden wenig darüber aus, wieviel von der Pflanze aufgenommen wird? Manche Stoffe sind an der Bodenfestphase gebunden→ kann nicht aufgenommen. Müssen mobilisiert und in Lösung gehen um pflanzenverfügbar zu werden.
- 02. Welche Prozesse während der Bodenbildung sind dafür verantwortlich, dass die spezifische Oberfläche des Bodens zunimmt? Nennen und erläutern Sie diesen Zusammenhang an zwei Beispiel-Prozessen. Zunahme der spez. Bodenoberfläche: Chemische und physikalische Verwitterung Chemische Verwitterung: Hydrolyse: Einbau von Wasser in die Struktur Physikalische Verwitterung: Frostsprengung: Wasser gefriert in Rissen und Sprengt das Gestein.
- 03. Warum ist toniger Boden in der Regel reaktiver als sandiger Boden? Nennen Sie zwei Beispielreaktionen, die in tonigen Böden intensiver ablaufen als in sandigen. Ton kleiner als Sandpartikel→ größere spezifische Oberfläche → reaktiver Bsp.: 1) Oxidation der Teilchenoberfläche 2) Hydrolyse (Einbau eines H2O-Moleküls)
- 04. „Ein Großteil der Oberfläche von sandigen Oberböden hängt an der organischen Substanz“. Erläutern Sie diese Aussage. Warum ist daher die organische Substanz von besonderer Bedeutung für die Nährstoffversorgung auf Standorten mit der Bodenart Sand Gesamtoberfläche hängt hauptsächlich von der organischen Substanz ab Sand kann nur wenige Nährstoffe speichern ist stark von der kontinuierlichen Nährstoffversorgung über die organische Substanz abhängig Oberflächen sind Träger von Bodenreaktionen auf der Organischen Sub. finden die Reaktionen statt.
- 05. Warum ist es schwierig, die reaktive Oberfläche von Böden zu bestimmen? eingesetzten Gase liefern unterschiedliche Ergebnisse Gase werden mit Böden gemischt und das System abgeküht. Am Kondensationspunkt lagert sich das Gas an der Oberfläche an→ Quantifizierung. Je nach Gas ist beim Kondensationspunkt weniger kin. Energie vorhanden→ einige Fugen und Risse können nicht erreicht werden unterschiedl. Größe der Gasmoleküle.
- 06. Häufig wird für die Bodenfestphase das Modell einer Zwiebel (mit Schale) verwendet. Nennen Sie ein Beispiel für Zwiebel und Schale. Welche ökologischen Konsequenzen hat die „Einschalung“? Ein Tonmineral (Zwiebel) kann von organischer Substanz wie eine Schale umgeben sein Die organische Substanz trägt stark zur spezifischen Oberfläche des Bodens bei Einschalung: hemmt den mikrobiellen Abbau Stabilisierung der organischen Substanz Kohlenstoff wird im Boden angereichert
- 07. Sand besteht zum Großteil aus Quarz, dessen Farbe ist weißgelb. Wie kommt es, dass Sandkörner in Böden dennoch häufig okerbraun oder auch schwarz-grau sind? Was könnte die Ursache für gebleichte Quarzkörner im Boden sein? Anlagerung von organischen Substanzen und Eisenoxide (Verbraunung) Tieferliegende Quarzkörner bleiben bleich da kein Kontakt zu organischer Substanz und Verwitterung
- 08. Der grundwasserbeeinflusste Unterboden eines Standortes ist deutlich bläulich gefärbt. Was könnte die Ursache sein? Angenommen der blaue Belag enthält Eisen: Befinden Sie sich dann auf einem landwirtschaftlich oder einem forstlich genutzten Stand Ursache:blaues Eisen(II)-Phosphat Phosphor reagiert mit vorhandenem Eisen und dem zugänglichen Grundwasser zu Eisen(II)-Phosphat Phosphorkomplexe nur wenn viel Phosphor vorhanden→ landwirtschaftliche Nutzung
- 09. Welche Bodeneigenschaften bzw. Umweltbedingungen entscheiden darüber ob in einem Boden Goethit oder Hämatit gebildet wird? Goethit : gemäßigtes Klima, wenig Verwitterung (wenig Eisen), viel Streu (Neigung zur Komplexausbildung) Hämatit : hohe Bodentemperatur, hohe Dehydratationsrate, geringe periodische Bodenfeuchte, hohe Mineralisationsrate, hohe Verwitterungsrate
- 10. Was versteht man unter der elektrischen Doppelschicht? Oberfläche der Bodenfestphase + angelagerte ausgleichende Ionen
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- 11. Welche Bodenbestandteile tragen im Wesentlichen zur negativen Ladung der Bodenfestphase bei? Die negative Ladung entsteht durch isomorphen Ersatz in den Elementarschichten der Tonminerale Durch den Einbau von Al3+ oder ähnlich-wertigen Ionen fehlt gegenüber dem Si4+ eine positive Ladung Funktionelle Gruppen an der Organischen Substanz (Oxide, Hydroxide, Huminsäuren) tragen außerdem dazu bei.
- 12. Könnte Kalkung zur Verringerung pflanzenverfügbaren Kaliums in Böden beitragen? Kalkung: Ca2+-Ionen in den Boden K+ wird ersetzt durch Ca2+ Kalium wird ausgewaschen → Kaliummangel
- 13. Bei Kalk-Applikation wird teilweise Mobilisierung von Cadmium beobachtet. Erklären Sie dieses Phänomen mithilfe Ihres Wissens zur Kationenaustauschkapazität von Böden. Calium und Cadmium→ gleiche Ionenladung besitzen (Ca2+; Cd2+) Kationen können einfach ausgetauscht werden Ca verdrängt Cadmium (Mengeneffekt) Cd wird gelöst und kann ausgewaschen werden
- 14. Ist es möglich, allein auf der Basis der potentiellen Kationenaustauschkapazität eines Bodens Aussagen über die Versorgung der Vegetation mit basischen Kationen zu machen Nein: potenzielle KAK zeigt lediglich die Gesamtmenge der vorhandenen Kationen bei basischen Umgebungsbedingungen Welcher Anteil davon in austauschbarer Form vom Boden adsorbiert werden kann und damit für die Pflanze verfügbar ist, bleibt unklar.
- 15. Warum wird Al3+ ein „saures“ Kation genannt? Al3+ wird als saures Kation bezeichnet, da es in wässrigen Lösungen durchHydrolysereaktionen Protonen(H+) freigesetzt.
- 16. Warum weisen „alte“, das heißt stark verwitterte Böden häufig geringere KAK auf als schwach verwitterte Böden? viele Kationen aus dem Boden ausgewaschen Je geringer die Anzahl an Kationen ist, desto geringer auch die KAK Auswaschung von Ionenvor allem Siliziumtetraedern, kommt es im Alterungsprozess zur Ladungsumkehr von Bodenoberflächen, die dann positiv geladen sind. Dadurch lagern sich vor allem Anionen an.
- 17. Sandige, humusarme Böden mit niedrigem pH Werten sind gekennzeichnet durch sehr geringe Konzentrationen an pflanzenverfügbarem Mg. Warum? Alle 3 Faktoren (sandig, humusarm, niederiger pH Wert) begünstigen eine hohe Auswaschung an Kationen im Boden. Humus kann Mg2+ binden ist kaum vorhanden → Mg-Mangel Mg wird gegen H(+) ausgetauscht kann ausgewaschen werden
- 18. Vergleichen Sie einen Standort mit 1 % Ton und einen Standort mit 15% Ton, beide pH-Wert 4 hinsichtlich der Filterfunktion für eingetragenes Arsenat und begründen Sie die Risikoabschätzung. Aufgrund seiner negativen Ladung, kann Tonmaterial (wie auch Humus) gut Kationen aufnehmen.As5+ wird also aus der AsO4 Verbindung gelöst und wird im Tonmaterial gebunden. Höherer Tongehalt entspricht damit einer höheren KAK, also einer höherenAufnahmekapazität an Arsen, also einem geringen Risiko für die Umwelt, da As nicht so schnell durch Auswaschung ins Grundwasser gelangen kann. Mehr Ton bedeutet bessere Filterfunktion, somit bindet der 15% Ton mehr Arsenat.
- 19. Standort mit 1 % Ton und einen Standort mit 15% Ton, beide pH-Wert 4: der Grundwasserspiegel an dem Standort steigt an. Warum könnte das zur Mobilisierung von Arsen aber auch von Phosphor führen? Eine höherer Grundwasserspiegel geht mit einer höheren Verwitterung im Boden einher, was eine höhere Auswaschung zur Folge hat.Da As und P in der selben Hauptgruppe stehen, ist es gut möglich, dass beide entweder als Anion oder Kation im Humus oder in Tonmineralen gespeichert wurden und nun ausgewaschen werden, aufgrund der sinkenden KAK. Ton wird gelöst, damit auch das Arsen sowie gebundenes Phosphat. Diese beiden Stoffe werden dann mitgeschwemmt über das Grundwasser
- 20. Nitrat häufig als „konservativer Tracer“. Für stark verwitterte Böden in den Tropen mit niedrigem pH und Hämatit + Kaolinit als dominierende Minerale nicht geeignet. Warum? Sternschicht ist negativ Bodenoberfläche ist positiv geladen tropischen Böden haben eine hohe Anionenaustauschkapazität NO3(-) wird vom Boden aufgenommen