Bodenkunde (Subject) / Bodeneigene Stoffklassen (Lesson)

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• 1. 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). organische Ausgangmaterialien -> Mineralisierung/ Humifizierung -> pedogene sekundäre Stoffe mineralische Ausgangsmaterialien -> Verwitterung/Mineralneubildung -> pedogene sekundäre Stoffe
• 2. 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 chemischen Verwitterung? physikalische Verwitterung: keine Veränderung der Molekularstruktur, nur Fragmentierung chemische Verwitterung: Veränderung der Struktur Hydratation (Lösung in Wasser, keine chem. Reaktion) Hydrolyse: Einbau von Wassermolekülen löst Kristallverband auf Protolyse: Säure-Base Reaktion Oxidation: Reaktion mit Sauerstoff, Elektronenabgabe bedeutendste: Protolyse
• 3. Warum sind die auf thermodynamischen Gleichgewichten beruhenden Stabilitätsdiagramme für die Mineralgehalte der Böden nur von begrenzter Aussagekraft? es wird von Gleichgewichtszuständen ausgegangen die sehr lange brauchen um sich einzustellen. Dazu kommt es meistens nicht. Umgebungsbedingungen sind nicht konstant genug
• 4. Nennen Sie ein Beispiel, wie durch chemische Verwitterung eine physikalische Lockerung/Zerlegung des Gesteinsverbandes eintreten kann. Biotit: Kalium  Ionen im Randbereich werden beweglich -> Wassereinlagerung -> Aufweitung der Zwischenschichten -> Tonmineral Illit
• 5. Erläutern Sie, wieso das Tonmineral Illit als Produkt eines Grenzfalls zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung angenommen werden kann. - Biotit mit kleiner Korngröße = Tonmineral Illit - Biotit durch physikalische Verwitterung stark zerkleinert -> Kationen am Rand beweglich -> Hydrolyse -> Aufweitung der Schichten
• 6. Welche Ionen sind am isomorphen Ersatz a) in den Tetraedern b) in den Oktaedern beteiligt (wer ersetzt wen, Folgen für die Gitterladung). Tetraeder: Al3+ ersetzt Si4+ (negative Ladung) -> Silizium-Tetraeder Oktaeder: FeII/Mg2+ ersetzt Al3+ (Mg/FeII kann wiederum durch FeIII ersetzt werden) (negative Ladung) -> Aluminium/Magnesium-Oktaeder
• 7. Tonminerale kann man von den Glimmern ableiten. Nennen und erläutern Sie 3 Unterschiede zwischen den bodenbürtigen Tonmineralen und den Glimmern (und anderen gesteinsbürtigen Phyllosilikaten) Tonminerale & Glimmer: Phyllosilikate (Blattsilikate) Tonminerale: - Austausch von Ionen möglich - Quellfähigkeit (Belüftung, Wasserversorgung) - kleine Kristallgröße -> riesige aktive Oberfläche (mikrobieller Lebensraum, Reaktionen)
• 8. 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 - Elementarschicht: Tetraeder - Oktaeder - Tetraeder Schicht - Größe: 0,1 bis 0,15 um/ <2um - Anzahl seiner Elementarschichten: einige 10er bis 100er Schichten
• 9. Nach welchen Kriterien werden Tonminerale eingeteilt? Erläutern Sie drei der Kriterien mit einem Beispiel. Schichtfolge: 2-Schicht(Kaolinit), 3-Schicht, 4-Schicht Basisabstand: Distanz zwischen den Elementarschichten (variabler Basisabstand: Einlagerung von Wasser) Smectite: quellfähig, variabel. Illonit: fix Stärke der Schichtladung: hohe Schichtladung -> Fixierung von Basisabstand. fehlende Schichtladung: auch nicht quellfähig Ort der Schichtladung: bei isomorphen 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? - Oktaeder bessere Quellfähigkeit da Ladungszentren weiter entfernt, Bindungskräfte geringer -> begünstigt Quellfähigkeit und Ionenaustausch - quellfühige Tonminerale: Smectite
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• 11. Was kann mit einem Vermiculit (Schichtladung in den Tetraedern) bei starkem K-Überschuss passieren? - K-Kationen Überschuss: Fixierung in Schichtzwischenräumen - Kontrahierung zu Illiten
• 12. Was passiert mit den Tonmineralen bei andauernder Desilifizierung (Herauslösung von Kieselsäure (Si))? (Produkte) In welchem Klima wird das begünstigt - führt zu Kaolinit und Oxidanreicherung - in tropischen 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)C- Gehalt der Böden (1600 Gt)C-Gehalt der Biomasse (500 Gt)
• 14. Erläutern Sie die Begriffe „Bruttoprimärproduktion“ und „Nettoprimärproduktion“. -BPP: Gesamtmenge der neugebildeten Assimilate pro Zeiteinheit-NPP: BPP abzüglich der Menga an Assimilaten die die Pflanze für die Aufrechterhaltung ihres eigenen Stoffwechsel respiriert hat
• 15. Welches ist der mengenmäßig wichtigste Anteil frischer Streu? Wie hoch ist etwa der Kohlenstoffgehalt von pflanzlicher Trockensubstanz? wichtigster Anteil frischer Streu: Wasser mit ca 75%Kohlenstoffgehalt von pflanzlicher Trockensubstanz: ca 50%
• 16. Aus welchen 3 organischen Substanzen besteht die pflanzliche Biomasse überwiegend? Erläutern Sie mit einem Satz den Chemismus dieser Substanzen. Zellulose: Polysasacharide aus mehreren tausend Glucose-Monomeren, faserförmigen Strukturen (Zellwände) Hemicellulose: Polysaacharide, besteht aus verschiedenen Monomeren mit Seitenketten und Verzweigungen Lignin: dreidemensionales Polymer, besteht aus Phenylpropanoide, aromatisches Molekül (Holzstoff)
• 17. Erläutern Sie den Begriff der Mineralisation, welches sind die Endprodukte, welches ist das dominierende Endprodukt? Mineralisation: vollständiger mikrobieller Abbau von organischer Substanz (Streu) in die anorganischen GrundbausteineEndprodukte: Co2, Wasser, (Ionen)
• 18. Was ist Humifizierung? Nennen und erklären Sie kurz 3 grundlegende Eigenschaften der Endprodukte. Humifizierung: Umwandlung von organischer Substanz (Streu) in organische, pedogene Verbindungen (Huminstoffe)amorph, dunkel gefärbt, sauer reagierend
• 19. Was ist gemeint, wenn Huminstoffe als „supramolekular“ bezeichnet werden? - werden nicht als Makromoleküle verstanden sondern als Assoziationen aus zahlreichen Monomeren
• 20. Erläutern Sie zwei wichtige, sauer wirkende funktionale Gruppen der Huminstoffe. -Carboxyl- und phenolische Hydroxylgruppe-beide besitzen eine variable Ladung -hoher pH-Wert: H+ Konzentration in der Umgebung gering, Protonen werden dissoziiert,    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“ -variable Ladung: die Ladung in den Huminstoffen hängt von dem pH-Wert der Umgebung ab (anders als Tonminerale: permanente Ladung) -sauer: niedrigen pH-Wert (Protonenüberschuss) → saure Gruppen sind mit Protonen belegt → geringe KAK (positive Ladung) -alkalisch: hoher pH-Wert (wenige Protonen) → Anlagerung von Kationen → sehr hohe KAK (negative Ladung) saure Böden (niedriger pH- Wert) → problematisch bei Verfügbarkeit von Nährstoffen
• 22. Was versteht man unter „Fulvosäuren“? -organische Säuren mit uneinheitlicher Zusammensetzung - entstehen bei Humifizierung - geringere molare Masse und stärkerern sauren Charakter als Huminsäuren
• 23. Nennen und erläutern Sie, warum humusreiche Böden als fruchtbar gelten? Gibt es aus Sicht der Bodenfruchtbarkeit ungünstige Anreicherung von Humus? Hauptbestandteil von Humus: Huminstoffe -> Aggregatstabilität Bodenbelüftung gute Quelleigenschaften (Wasserspeicher) Kohlenstoff-, Stickstoff-, Phosphorspeicher trägt zur KAK bei dunkle Färbung -> Adsorption von Wärme -> Anregung des bakteriellen Stoffwechsel - Mineralbodenhumus(-> Tonminerale, Huminstoffe gut durchgemischt)  vs. Auflagehumus (-> zu viel Streu, nicht zerkleinert)
• 24. Warum sollten Humifizierung und Mineralisierung in einem ausgewogenen Verhältnis stehen? - gesunde Böden brauchen sowohl Mineralien für den Nährstoffkreislauf, als auch Wasser und Huminstoffe als Basis zum Leben
• 25. Unter welchen Bedingungen sind Huminstoffe besonders gut vor Abbau geschützt? Stabilität: → Anlagerung an Tonminerale → Lignin verhindert Abbau räumlich (zb. Durch Einschluss) von den Zersetzern getrennt

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