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Bodenkunde (Subject) / 13. Böden auf Carbonatgesteinen (Lesson)
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- 01. Definieren Sie die Begriffe Carbonat, Kalkstein, Kohlensaurer Kalk, Branntkalk, gelöschter Kalk. Was ist Kalkmörtel? Carbonate Salze der Kohlensäure , Anion CO32- Kalkstein Gestein aus Calciumcarbonat CaCO3. CaCO3 Gehalt über 75% Kohlensaurer Kalk Handelsname für Calciumcarbonat. Brantkalk Trivialname für Calciumoxid CaO. Gewonnen wird es durch starkes Erhitzen von Calciumcarbonat auf mindestens 800°C. Gelöschter Kalk ist Calciumoxid (CaO), dass mit Wasser zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2) abreagiert hat. Kalkmörtel ist Gelöschter Kalk, der mit CO2 wieder zu Calciumcarbonat und Wasser abreagiert. Er enthält Zusatzstoffe wie Quarzsande.
- 02. Nennen sie bodenkundlich relevante 3 Carbonatminerale mit ihrer Summenformel sowie ihre Entstehungsbedingungen. Caclit (CaCO3): Entsteht aus Überresten von Lebewesen wie Skelleten oder den Schalen von Muscheln / Schnecken, etc. Kann auch als Umkehrung des Lösungsprozesses (Carbonatverwitterung) aus einer übersättigten Lösung ausfallen. Der Zeitfaktor ist eine wichtige Bedingung. Dolomit (CaMg(CO3)2): Entsteht durch Einsickern von magnesiumhaltigem Wasser in unverfestigte CaCO3-Schlämme. Aragonit: Ausfällung von Calcit aus erhitzten Lösungen (kommt sehr selten vor). Natron, Soda (Na2CO3): Leicht lösliches Salz, dass im ariden Klima durch aufwärtsgerichteten Wasserstrom im Boden abgelagert wird.
- 03. Wie wird Calcit im Gelände nachgewiesen? Wie wird Dolomit im Gelände nachgewiesen? Nachweis Calcit: Bei Zugabe von Salzsäure Abspaltung von CO2 Aufschäumen Wasser bleibt als Nebenprodukt Indikator → Grad der Aufschäumung Dolomit: Gleiches Verfahren, jedoch ist es notwendig die Salzsäure zu erwärmen oder länger zu warten.
- 04. Welche Ionen existieren in einem System, dass nur aus Wasser, CO2 und Calcit besteht? Carbonationen Ca2+ OH- H+
- 05. Durch welche Kenngröße wird die in Wasser gelöste Konzentration des CO2 beschrieben? Von welchen Parametern ist diese Konzentration abhängig? Durch den CO2-Partialdruck * Henry-Konstante ( ~ 0,4 Mol/kPa bei gleicher Temperatur). Abhängigkeit: Von Luft- und Lösungstemperatur sowie dem pH-Wert der Bodenlösung.
- 06. Wie ist die Säurestärke der Kohlensäure? Kann man diese mit einer einfachen Zahl angeben? In welcher Form findet sich Kohlensäure bei pH-Werten um 9? Eine Angabe in einer Zahl ist nicht möglich, da Kohlensäure zwei Dissoziationsstufen besitzt. Allerdings dominiert die erste Dissoziationsstufe mit einem pKs-Wert von 6,35, während die zweite Dissoziationsstufe mit einem pKs-Wert von 10,33 nicht ganz so bedeutend ist. Kohlensäure bei pH-Werten um 9: hpts. Hydrogencarbonat geringere Konzentration von Carbonat
- 07. Bereich der CO2-Partialdrücke in gut belüfteten Waldböden? Wie viel Calcium löst sich, wenn man annimmt, das das Calcit im Gleichgewicht mit der Kohlensäure und dem Wasser steht? Warum löst sich unter den Bedingungen natürlicher Böden bei höheren Bodentypische CO2-Partialdrücke liegen zwischen 0,3 kPa und 1,5 kPa. Wie viel Calcium: Es lösen sich 70 – 130 mg Löslichkeit Carbonat: Zwar sinkt die Löslichkeit von CO2 mit zunehmender Temperatur aber die Aktivität der biologischen Aktivität im Boden nimmt zu. So steigt bei zunehmender Temperatur der CO2-Partialdruck in der Bodenluft. Das Angebot an CO2 und mit ihm der Gehalt in der Bodenlösung nimmt also zu
- 08. Wie entstehen Tropfsteine in Höhlen? Zusatzfrage: Wie entstehen Tropfsteine an Betonbauwerken u.ä.? Kohlendioxidhaltiges Wasser fließt durch den Karst (Carbonatgestein) und löst dabei Carbonate auf, bis die Kalksättigung erreicht ist. Wenn das carbonatgesättigte Wasser an der Decke einer Höhle entlangfließt, bildet es Tropfen aus und gibt CO2 an die Umgebungsluft ab. Da auch in Höhlen meistens Winde gehen, kommt es niemals zu einer Sättigung der Umgebungsluft mit CO2, weswegen sich der Kohlendioxidverlust immer fortsetzt. Carbonathaltiges Wasser braucht CO2 um das Carbonat in Lösung zu halten (Siehe auch Geomorphologie). Wenn zu viel Kohlendioxid verlorengeht, fällt Carbonat aus. An der Decke bilden sich hängende Tropfsteine, die Stalaktiten. An diesem rennen weitere Tropfen entlang, die auf den Boden fallen und dort wieder CO2 abgeben. Erneut fällt Carbonat aus und bildet einen Stalagmiten. Was ist mit untersättigter Lösung? → Der Tropfen hat viel CO2 und hat in der Höhle Zeit auszugasen/gerinnen. → Deshalb eine übersättigte Lösung! Zusatzfrage: In älteren Bauwerken findet sich oft Ca(OH)2 im Beton. Wenn Wasser durch das Material perkuliert, nimmt es etwas Calciumhydroxid auf und spült dies nach außen. Dort reagiert mit dem Kohlendioxid in der Luft. Das ausgefallene Calciumcarbonat bildet dann einen Tropfstein. → untersättigt, da sich kein CO2 im Wasser befindet
- 09. Nennen und beschreiben Sie kurz 4 Carbonatgesteine und ihre Enstehungsbedingungen. Was sind gebankte Kalke, was sind Massenkalke. Warum sind Massenkalke verwitterungsresistenter? Sinterkalk: Calcitische Kalke, die Pflanzenvergesellschaftungen interstieren Travertin: Entstehung an Quellen, Seen, resultiert aus Zufluss vulkanisch aufgeheizten Grundwassers dichte Kalksteine: Entstehung aus abgelagertem und verfestigtem Kalkschlamm. Klastische Carbonatgesteine: abgelagerte Reste von Schalentieren (geringe Bedeutung für Bodenbildung) gebankte Kalke schichtweise abgelagerte Carbonatgesteine mit horizontalen und vertikalen Klüften durch die Wasser versickern kann. Massenkalke homogen, verwitterungsresistenter, weil sie keine Zwischenräume und damit weniger Angriffsfläche für Verwitterung aufweisen.
- 10. Unter welchen Umweltbedingungen lagern sich Carbonatgesteine ab? Nennen sie 3 Erdzeitalter, in denen in Mitteleuropa diese Bedingungen geherrscht haben, also aus denen Carbonatgesteine stammen. Unter marinen oder limnischen Bedingungen Erdzeitalter Das Devon Das Jura Die Kreidezeit
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- 11. Welches sind die 4 profilprägenden Prozesse in Carbonatböden? Welche Bodentypen entwickeln sich aus Carbonatgesteinen? 1) Humusakkumulation 2) Die Gefügebildung 3) Entcarbonatisierung 4) Anreicherung von pedogenem Sekundärcarbonat Bodentypen aus Carbonatgesteinen: Carbonatsyrosem, Rendzina und Terra Fusca
- 12. Beschreiben Sie die Rendzina, die bodenbildenden Prozesse und die Eigenschaften des Ah-Horizontes. Eigenschaften: Ah-Horizont humusreich und ist dunkel gefärbt Freies Carbonat ist bis hin zur Oberfläche vorhanden Ausgeprägtes Krümel- bis Polyedergefüge im Ah-Horizont Viele Makroporen im Ah-Horizont Hohe biologische Aktivität Prozesse: Der hohe Gehalt an Humus beruht auf der Stabilisierung von Huminstoffen durch Ca2+-Ionen, welche Caclium-Humate bilden, und somit die negativ geladenen, funktionellen Gruppen der Huminstoffe absättigen. Daraus folge einerseits eine großen Verwitterungsbeständigkeit (Schutz vor mikrobiellem Abbau) und andererseits die dunkle Färbung (durch Lichtabsorption). Abgesehen davon wird die chemische Stabilisierung einerseits durch eine hohe Bioturbation (Regenwürmer) und andererseits durch die Bildung von Ton-Humus-Komplexen (hoher Tongehalt) begünstigt. Gefügebildung
- 13. Warum sind die Ah-Horizonte der Rendzinen besonders humusreich und dunkel gefärbt? Stabilisierung von Huminstoffen durch Ca2+-Ionen (Caclium-Humate) Verwitterungsbeständigkeit (Schutz vor mikrobiellem Abbau) dunkle Färbung (durch Lichtabsorption)
- 14. Im Vergleich zu Silikaten lösen sich Carbonate unter den Bedingungen des Bodens relativ schnell auf, dennoch ist der Übergang von der Rendzina zur Terra Fusca sehr langwierig. Warum? Der Tonhorizont der Terra Fusca bildet sich aus den „Unreinheiten“ im Carbonatgestein (alles, das nicht CO32- ist). Da diese Rückständig mengenmäßig nur eine kleine Rolle spielen, dauert es lang, bis sich eine entsprechender Horizont gebildet hat
- 15. Beschreiben Sie die Entstehung und die Eigenschaften der Terra Fusca. Warum wird die Terra Fusca bei landwirtschaftlicher Nutzung auch als Stundenboden bezeichnet? Welcher Bodentyp hat sehr ähnliche ökologische Eigenschaften, wodurch unterscheide Eigenschaften: Terra Fusca bezeichnet wird. International wird dieser Bodentyp aber zu den Cambisols gezählt, welche der Braunerde entspricht. Grund dafür ist die Prägung durch einen hohen Tongehalt (T-Horizont in der Grafik) und das Polyedergefüge des Ah-Horizonts. Die Terra Fusca ist mit mäßig sauer und hat aufgrund der Tonfraktion eine gutes Wasserspeichervermögen. Der Ah- und der T-Horizont sind carbonatfrei. Da es sich bei der Terra Fusca handelt (Erläuterung, siehe unten), wird sie oft als Wald- oder Weideland genutzt. Stundenböden sind humusarme Karbonatböden mit sehr zähem Tonanteil, die schwer zu bearbeiten sind. Sie können nur in einem engen Zeitfenster gepflügt werden, wenn sie einen bestimmten Wassergehalt haben (Siehe Fragekatalog „Einstieg in die Bodenphysik“). ähnliche ökologische Eigenschaften bedingt durch den hohen Tongehalt hat die Terra rossa. Unterschied zur Terra Fusca: Diese ist im Mittelmeerraum verbreitet, allerdings humusärmer und weist eine rotbraune bis rote Färbung auf, die durch das Eisenoxidmineral Hämatit (Fe2O3) verursacht wird, wobei auch das kontrastreiche Klima im Mittelmeerraum eine Rolle spielt.
- 16. Warum sind Böden aus Carbonatgestein oft sehr tonreich? Tonreiche Böden können quellen und schrumpfen. Handelt es sich um symetrische Prozesse? Carbonate verwittert sehr schnell. Was zurückbleibt sind schwerer verwitterbare Rückstände wie z.B. Quarz. Carbonatgesteine sind recht homogen, weswegen diese Rückstände meistens zur Tonfraktion gehören Nein. Beim Aufquellen entstehen Vielflächner, die sich um ein Zentrum herum ausbilden, auf das die Zerrspannung aus allen Richtungen zugeht. Dann bilden sich Risse, senkrecht zur den Linien der maximalen Spannung.
- 17. Beschreiben Sie das Polyedergefüge. Warum quellen die Markroporen zwischen den Polyeder bei starkem Regen nicht zu? Polyedergefüge ist gekennzeichnet durch: die Bildung von scharfkantigen Polyedern, die dadurch entstehen, dass sich zw. Partikeln im Bewegungsgleichgewicht ("Schrumpfzentren") in geraden Linien Zugspannungen ausbilden und senkrecht zu diesen Linien Risse entstehen. Durch diese symmetrische Kraftwirkung verlaufen die Risse gerade und bilden polygonale Strukturen. die Irreversibilität des Schrumpfungsvorgangs siehe FRAGE 16 Die Meniskuskräfte, welche zur Zerrspannung führt, kann nur Zusammenziehend aber nicht Kontrahierend wirken. Darum kann der Boden nicht wieder „zuquellen“. Allerdings können die Spalten zum Beispiel durch Mikroturbation wieder geschlossen werden. Das Aufquellen durch Hydratisierung von Tonmineralen ist hingegen reversibel. Bei bestimmten 3-Schicht-Tonmineralen kann Wasser in die Zwischenschicht eingelagert werden. Bei Wassermangel wird das Tonmineral dehydratisiert.
- 18. Was ist Sekundärcarbonat? Sekundärcarbonat ist solches, dass aus der Bodenlösung ausgefällt wird, nachdem es von Ort der Auflösung (gesteinsbürtig oder als Primärcarbonat) wegtransportiert worden ist.
- 19. Woraus entsteht die Terra Rossa, wie sieht sie aus, wo kommt sie häufig vor? durch fortschreitende Verwitterungsprozesse aus der Terra fusca stark rot gefärbte da rot gefärbte Eisenoxide im Mittelmeerraum ist sie ein weit verbreiteter Bodentyp auf Carbonatgestein