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Ökochemie (Subject) / Schwermetalle (Lesson)
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- Wie werden Schwermetalle definiert? Metalle mit spezifischem Gewicht > 5 g/cm³, nicht alle giftig
- Was wird bei der Bodenbewertung unter dem Begriff Filtereigenschaft der Böden für Schwermetalle verstanden? Wie unterscheidet sich diese Definition von der rein naturwissenschaftlichen Definition für „Filterung“. Filtereigenschaft eines Bodens: Die Fähigkeit, Schwermetalle zu binden beziehungsweise zu immobilisieren.Naturwissenschaftliche Definition: Aus dem Kreislauf herausnehmen
- Welche Gesteinsgruppe weist besonders hohe Schwermetallgehalte auf? Alle Minerale enthalten Schwermetalle (an den Austauscherplätzen von Silizium und Aluminium)Ultra-basische Gesteine enthalten viel Chrom und Nickel; Tonstein viel Arsen und Kupferolivinreiche Vulkanite (viel Cu, Ni, Co)Mergel-/Muschelkalk (Pb, Zn)
- Wie sind Schwermetalle in Gesteinen häufig gebunden? Wie gut löslich sind diese Bindungsformen? - An den Austauscherplätzen von Silizium und Aluminium (langsame Freisetzung)- Bei der Verwitterung können sie herausgelöst beziehungsweise in andere Bindungen überführt werden- nicht silikatisch gebunden: schnelle Freisetzung
- Was verändert sich an ursprünglich mineralbürtigen Schwermetallen während der Pedogenese? - werden bei der Verwitterung freigesetzt, bleiben in sekundären Mineralen oder werden aus dem Kristallgitter mobilisiert (in anderen Verbindungen)- Bei der Bodenbildung kommt es zu Anreicherung, Verlagerung und Abreicherung von SM- können gelöst, dispergiert oder gebunden vorliegen- da elektronegativ, liegen sie meist als Kationen vor- bilden Koordinationsverbindungen (komplexe Verbindungen mit organischen und anorganischen Liganden)
- In welcher Konzentrationsspanne liegen die Cd und Pb Gesamtgehalte unbelasteter Oberböden häufig? Cd: < 0,5mg/kg Pb: 2-60 mg/kg
- 7. Welche zwei Möglichkeiten gibt es, die „Hintergrundkonzentration“ an Schwermetallen in Böden zu definieren? Was würden Sie tun, um diese zwei verschiedenen Arten von Hintergrundkonzentration in einer Region zu ermitteln? I. „Hintergrundkonzentration“ als Stoffkonzentration die aus natürlichen geochemischen und bodenbildenden Prozessen resultiert (Ermittlung aus dem Stoffgehalt im Gestein)II. „Hintergrundkonzentration“ als Stoffkonzentration, die sowohl natürliche geochemische und bodenbildende Prozesse mit einbezieht, als auch den diffusen Eintrag (Ermittlung eines repräsentativen Wertes, z.B. 50 oder 90% Perzentil)
- Was sind die wichtigsten Quellen für Cd-Einträge in Böden in der BRD? Nennen Sie drei. - Atmosphärischer Eintrag (anthropogene Quellen, Import aus anderen Ländern, Kohle-/Ölverbrennung, Müllverbrennung...)- Klärschlamm- P-Dünger
- Welche Bindungsformen gibt es für Schwermetalle in Böden? Nennen Sie drei Beispiele und ordnen Sie diese nach ihrer Bindungsfestigkeit. okkludiert (an Mn-Oxiden) – nicht besonders festorganisch Gebunden - festerokkludiert (an Fe-Oxiden) – noch fester→ oder ist damit so was wie „gebunden an organische Substanz“ und „silikatisch gebunden“ gemeint? Leicht löslich -----> schwer löslichOlvin, Augit, Titanit, Zircon
- Welche Bodeneigenschaften werden für die Bewertung des Filtervermögens von Böden für ein bestimmtes Schwermetall herangezogen? pH-Wert, Tongehalt, Humusgehalt, Skelettgehalt
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- Welches sind relevante Einflussgrößen der Verfügbarkeit und Mobilität von Schwermetallen in Böden? - Gesamtgehalt an nichtsilikatisch gebundenem Schwermetall- pH des Bodens (je höher, desto mehr kann generell mobilisiert werden)- Gehalt des Bodens an Adsorbenden (Mn-Oxide, Fe-Oxide, Al-Oxide, Huminstoffe, Tonminerale)- Anwesenheit löslicher anorganischer und organischer Komplexbildner- Bildung schwerlöslicher Schwermetallverbindungen (Metallsulfide, -carbonate, -phosphate)
- Was ist der wesentliche Unterschied zwischen der Dynamik von Pb und Cd in Waldökosystemen? Cd geht bei niedrigem pH-Wert mehr in Lösung als reines Pb beim selben pH-Wert. Pb setzt sich demnach fest, während sich Cd eher in Lösung begibt. Gleich bei beiden ist jedoch, dass ihre Mobilität mit steigendem pH-Wert sinkt.Prozentual gesehen kommt in Waldökosystemen mehr Cd im Boden an als Pb.
- 14. Welche Möglichkeiten gibt es, die Konzentration an mobilen Schwermetallen in einer Bodenprobe zu ermitteln? Mit welchem Messinstrument wird die Konzentration bestimmt (ein Beispiel genügt)? - Prüfung der Gesamtmenge/Gesamtbelastung -> starke Extraktionsmittel- Prüfung der Bindungsform -> Verfügbarkeit, Mobilisierbarkeit, schwächere Extraktionsmittel/sequenzielle Extraktionen- Beispiel: Lysimeter zur Erfassung des Sickerwassers
- Skizzieren Sie eine Sorptionsisotherme von Cu und von Cd an einen Oberboden? Zahlen müssen in dem Diagramm nicht angegeben werden, bitte achten Sie aber auf korrekte Achsenbeschriftung (inklusive der Einheiten). X-Achse: Gehalt adsorbiert (mg/kg)Y-Achse: Gehalt gelöst (mg/l)Zuerst gehen beide gerade nach oben, bis sie dann nach rechts „abbiegen“ bzw. „abweichen“ (auf Acker später als auf Wald)Cu mobilisiert beim pH-Wert 4,5Cd mobilisert beim pH-Wert 6,5 (wird früher freigesetzt, daher muss die Kurve flacher)
- Skizzieren Sie in einem Diagramm die Wirkung von Pb und Cu auf Organismen. xAchse ist die Konzentration, y der Effekt auf die Pflanzen (sowohl positiv, als auch negativ)Pb hat eigentlich nur negative Effekte, Cu erst positive, dann negative Effekte (bei steigender Konzentration)