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Ökochemie (Subject) / Erosion (Lesson)
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- Erläutern Sie die drei Phasen eines Bodenerosionsvorganges. - Mobilisierung [Bodenmaterial wird transportierbar] (z.B. durch Wind! Fluid Impact → Teilchen durch Winddruck ausgelöst und davon getragen; oder: Particle Impact → durch herunterfallende schwerere Partikel werden größere Teile herausgelöst; mit Wasser ähnlich, z.B. Splash [Bodenaggregate/Poren durch Tropfeneinschlag zerstört] Wichtig: auf Teilchen wirkende Kräfte müssen größer sein als Kohäsionskräfte zwischen den Teilchen. )- Transport (Kriechen [Partikel behält Kontakt zum Boden, wird z.B. angeschoben, haupts. Grobsandpartikel], Saltation [Teilchen werden herausgeschlagen und springen ?], Suspension [haupts. bei Schluffpartikeln, die dann mit dem Wind transportiert werden])- Sedimentation (Ablagerung der Teilchen nach dem Transport)- Transport durch Wind sortiert viel mehr als Transport durch Wasser!
- Erklären Sie die Begriffe „off-site“ und „on-site“ Schaden anhand von Beispielen Off-Site-Schäden entstehen nicht am Ort der Erosion, sondern auf dem Transportweg und dort, wo die Masse abgelagert wird. (z.B. Anreicherung von Schadstoffen im Sedimentationsgebiet) On-Site-Schäden entstehen direkt am Ort des Geschehens (z.B. Bodenverlust durch Landwirtschaft)
- Der Vorfluter in einem landwirtschaftlichen Einzugsgebiet mit 15 ha Fläche wird jährlich mit 150 t Sediment befrachtet. Erläutern Sie, wie den durchschnittlichen Mächtigkeitsverlust des Oberbodens schätzen können? Erosionsverlust mit Bodenporosität zu m³ umzurechnen, durch die Einzugsgebietsfläche teilen -> Höhenverlust /ha/aHier beispielsweise: Porosität: 50% >> 1,5 t/m³ => 150t = 100m³100m³/15000m² = 1m/150 = 6,66 mm => Fläche wird um 6,66 mm/ha/a tiefer gelegt
- In welchen 3 Formen werden Bodenteilchen durch die Windwirkung verlagert? Saltation (Feinsand), Transport (in Suspension; Schlufffraktion), Kriechen (Grobsand)
- Welcher Faktor kontrolliert die Erosivität des Windes? Erklären Sie diesen Faktor mit wenigen Worten. Windgeschwindigkeit, von Rauhigkeitslänge abhängig → wird mit Schubspannungsgeschwindigkeit umgerechnet. Die Schubspannungsgeschwindigkeit (Wind verursacht Winddruck auf Teilchen. Wird ein bestimmter Wert überschritten kommt es zum Fluid Impact.)
- Erklären Sie die Begriffe „fluid impact“ und „particle impact“ bei der Winderosion. Fluid Impact: Teilchen aus Verband heraus gelöst, indem Winddruck die Kohäsionskräfte überwindet (je größer das Teilchen, desto mehr Kraft wird benötigt; direkte Windwirkung auf das Objekt) Particle Impact: Ein zuvor herausgelöstes Teilchen fällt wieder zu Boden → Beschleunigung und Aufprall sind stark genug um eventuell größere/schwerere Teilchen heraus zu lösen (teilweise werden Aggregate zertrümmert; indirekter Windeinfluss)
- Was sind die positiven Auswirkungen einer Windschutzhecke und wie weit reichen diese? - steigert Taubildung auf Leeseite- verringert Verdunstung und Windgeschwindigkeit (und somit auch weniger Erosion auf trockenen Böden)- maximale Auswirkungen: hinter der Hecke, bis etwa 5-fache ihrer Höhe (spürbar aber noch bis zum 10-20-fachen ihrer Höhe)- Hecke müsste diverse Meter hoch sein um einen nennenswerten Effekt für die Landwirtschaft zu haben (eventuell andere Probleme)
- Erläutern Sie, wie Bodenteilchen bei Windwirkung mobilisiert werden können, die dem Strömungsdruck des des Windes standhalten. → Particle Impact und Avalanching (in Bewegung befindliche Teilchen stoßen weitere an und beschleunigen sie)
- Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Bodenfeuchte und Winderosion. Je trockener der Boden desto anfälliger ist er für Winderosion. Bei feuchten Böden bilden sich Menisken zwischen den Bodenpartikeln, deren Oberflächenspannung sie zusammenhält.
- Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Bewegungsgeschwindigkeit des Wassers und der Mobilisierbarkeit bzw. Transportfähigkeit für bestimmte Korngrößen bei der Bodenerosion. Hjulström-Diagramm - Zusammenhang zwischen Fließgeschwindigkeit und Transport ist etwa linear, irgendwann jedoch die Grenze erreicht weil das Teilchen zu groß/schwer wird.
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- Was ist der Splash-Effekt? - Regentropfen sind so groß und schwer (genug Energie) um Bodenaggregate zu zerstören- die Bruchstücke werden in den Interaggregatraum gespült und verstopfen ihn- Abfluss wird behindert → verstärkter Oberflächenabfluss (mit höheren Fließgeschwindikeigen, also auch höherer Erosion entlang der Fließbahn)- besonders wirksam an Hängen
- Formulieren Sie die allgemeine Bodenabtragsgleichung (USLE) und erläutern Sie mit wenigen Worten die Koeffizienten. Unterscheiden Sie dabei zwischen Basis- und Korrekturfaktoren. USLE: Universal Soil Loss Equation = allgemeine Bodenabtragsgleichung [Standard: 9° Neigung, vegetationslos, 22,1m lang, in Fallrichtung gepflügt]→ Quantifizierung der Erosionsgefährdung! A = R * K * LS * C * P A = Abtrag (der Bodenverlust in Tonnen pro Hektar und Jahr) das Produkt einiger empirisch bestimmter EinflussgrößenR = mittlere Erosivität (Berechenbar über den EI30-Index; Basisfaktor mit Einheit)K = Erodierbarkeit (eines Bodens mit Standarthanglage; Bodentextur, Humusauflage, Aggregierung etc. gehen mit ein; Basisfaktor mit Einheit)LS = Korrekturfaktor für K (gibt die Abweichung zur definierten Normallage ein, Topographie des Hangs; dimensionslos)C = Vegetationsbedeckung (zeitlich variabel, dimensionslos)P = Erosionsschutz (anthropogener Anteil; dimensionslos)
- Wir wird die Erosivität des Niederschlages in der USLE geschätzt? Erläutern Sie kurz die Herleitung des Parameters. ∑EI30 = R über ein Jahr an Standort; EI30 ist maximaler Niederschlag in 30min-Intervall (Einzelregenereignisse in mehrjährig repräsentativem Zeitraum)
- Warum sind die Oberböden der Parabraunerde (lessivierte Böden) besonders empfindlich gege Erosion? - geflockte Tone und Ton-Humus-Komplexen fehlen (in den Unterboden verlagert), die oberen Bodenhorizonte haben größere Körner (leicht erodierbar)- kaum Aggregatstabilität
- Erläutern Sie den Vorgang der Mobilisierung von Bodenteilchen bei der Bodenerosion durch Wasser! a) Oberflächenabfluss (abhängig von Korngröße und Fließgeschwindigkeitb) Splash-Effekt verringert die Infiltrierbarkeit des Bodens → beschleunigter Oberflächenabfluss c) Suspension/Lösung von Teilchen
- Erläutern Sie die Wirkung von 5 Faktoren die die Bodenerodierbarkeit im Hinblick auf Erosion durch Wasser beeinflussen. (Dies ist nicht beschränkt auf die Parameter der KFaktor Gleichung aus der USLE!) - Hangneigung (Zunahme der Fließgeschwindigkeit)- Hanglänge (Zunahme der Wassermenge und dadurch der Fließgeschwindigkeit)- Oberflächenabfluss durch Abdichtung der Makroporen und somit Verhinderung der Infiltration bspw. durch Splash-Erosion oder Bodenverdichtung- Strukturbildungsprozesse (Bildung von Sekundärporen -> Infiltration)- Bodentextur → Korngrößenverteilung (z.B. Stauschichten in lessivierten Böden) -> verschlechtert Drainage (mehr Abtrag an der OF)- Anthropogene Einflüsse- Abdeckung / Vegetation- Bodenorganismen (Drainagekanäle)
- Wie ist die Hanglänge im LS-Faktor der USLE definiert und warum nimmt mit zunehmender Hanglänge der Bodenabtrag zu? - „Standardmäßig“: Hanglänge: 22m mit Neigung von 9° aus- Bodenabtrag hängt auch von Dicke der abfließenden Wasserschicht ab (Dicke von Hanglänge abhängig) - LS (für Length and Steepness): Abweichung von der Standardhangneigung von 9° und Standardhanglänge 22,1m. (zunehmende Hanglänge erhöht den Bobenabtrag → Fließgeschwindigkeit hoch und splash-Effekt) - Je steiler das Gefälle, desto schneller der Abfluss, desto größere Partikel können mobilisiert werden ~> höhere Erosion
- Was sagt das Ergebnis aus, wenn man in der Universal Soil Loss Equation (USLE) den örtlichen R-Faktor mit dem örtlichen K-Faktor multipliziert? R = mittlere Erosivität der Niederschläge; Berechnung über EI30K = bodeneigene Erodierbarkeit (Körnung, Humus, Aggregierung, Infiltrationsrate) = Bodenabtrag eines Standardhanges von 22,1m Länge und 9° Neigung im Zustand der Schwarzbrache (LS=C=P=1) - um das Ergebnis genauer an den jeweiligen Standort anzupassen müssen der LS-Faktor, der C-Faktor und der P-Faktor als Korrekturfaktoren mit einbezogen werden