Bodenkunde (Subject) / Anorganische Ausgangsmaterialien der Bodenbildung (Lesson)

Schacki

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• 1. Was versteht man unter „primären“ Bestandteilen von Böden? Erläutern Sie diesen Begriff für die anorganischen (mineralischen) und organischen Komponenten. „primär“ → kaum verändert, mechanisch zerkleinert (phys. Verwitterung) → org. Substanz → abgestorbenes org. Material/Streu (Blätter usw.) → anorg. Substanz → Gestein, das vor Ort vorhanden war
• 2. Erklären Sie die Begriffe „Mineral“ und „Gestein“, erläutern Sie den definitorischen Unterschied. Mineral → chem. Formel, homogen, auskristallisiert (Ionengitter) / teilweise amorph Gestein → Gemisch versch. Minerale, keine chem. Formel, heterogen
• 3. Erklären Sie den Unterschied zwischen einem „amorphen“ Mineral und einem „kristallisierten“. kristallisiert → geordnetes Ionengitter amorph → chaotische Anordnung der Moleküle, Atome / kein Ionengitter, manchmal zähflüssig  
• 4. Was versteht man unter der Mineraleigenschaft „Bruch“? Geben Sie ein Beispiel. Minerale sind in versch. Richtungen spaltbar (innere Kristallstruktur) → je nachdem bilden sich glatte Oberflächen bzw. muschliger Bruch Aussage über Spaltbarkeit → gibt Auskunft über die Kristallstruktur z.B. Quarz bildet nie glatte Bruchflächen! → muschliger Bruch (da unsortierter Aufbau) Bei Feuerstein extrem scharfe Knaten, die mit O2 reagieren und stumpf werden (Quarz kann amorph oder kristallin auftreten)
• 5. Erläutern Sie die Härteskala nach Mohs. Geben Sie drei Beispiele (Mineralname, Härte) aus der Härteskala. Mohs ist eine relative Härteskala, bei der das vorangehende Mineral immer noch vom Folgenden geritzt werden kann. Talk (1) → Gips (2) Feldspat (6) → Quarz (7) Korund (9) → Diamant (10)
• 6. Welche sind der Reihenfolge nach die 4 wichtigesten Elementbestandteile der Erdkruste und welchen Gesamtanteil machen diese Elemente aus? 1.     Sauerstoff 2.     Silizium 3.     Aluminium 4.     Eisen => 90% der Masse der Erdkruste
• 7. Kohlenstoff und Silizium sind benachbarte Elemente der 4. Hauptgruppe des PSE. Welches sind die stabilsten Formen, d.h. die Anhydrite (Wasserabspaltung) der Kiesel- bzw. Kohlensäure, und wie unterscheiden sie sich? Anhydrit (Kieselsäure) = (SiO2)n (Quarz) → intermolekulare Wasserabspaltung → fest Anhydrit (Kohlensäure) = CO2 → intramolekulare Wasserabspaltung → gasförmig
• 9. Erläutern Sie kurz die Struktur und die Eigenschaften von Quarz. iO2 → Si-Tetraeder vollständig über Si-O Bindungen vernetzt      => ungeordnete, teilweise spiralige Struktur → an allen Randsituationen wird das Sauerstoff mit (H+) Protonen abgesättigt      => Silanolgruppen -Si-OH sind schwach sauer → Härte 7 (ritzt Fensterglas, nicht mehr mit Taschenmesser ritzbar) → nicht spaltbar → da „unsortierter“ Aufbau → muscheliger Bruchflächen → verwitterungsresistent
• 10. Erläutern Sie kurz die Struktur der Feldspäte als Gerüstsilikate und gehen dabei auf den Begriff „isomorpher Ersatz“ ein. Gerüstsilikate: zwischen den Tetraedern liegen Kationen, um negative Ladung durch isomorphen                         Ersatz auszugleichen → Bindung (elektrostatische Kräfte) isomorpher Ersatz: wenn nicht genügend Si vorhanden (wäre sonst Quarz), kann es auch durch                                z.B. Al ersetzt werden                                 → es entsteht meist Überschussladung (negativ)                                      → jeder Tetraeder 1 Überschussladung → Kationen zum Ladungsausgleich                                 → muss zunächst räumlich passen (Al3+ ähnlicher Durchmesser als Si4+),                                      dann erfolgt Ladungsausgleich   Zusatz: → Feldspäte geordnet nach begleitende Kationen –      Kalifeldspäte (rein): Orthoklase K+[AlSi3O8]-  oft rötlich –      Alkalifeldspäte, Na-&K-Feldspäte zusammen Na+[AlSi3O8]- (mit Na heißen Albite) –      Plagioklase: unterschiedliche Anteile Na&Ca  (Na,Ca) [(AlSi)]4O8] –      Anorthite: Ca++[Al2Si2O8] --
• 11. Erläutern Sie kurz Ketten-, Band-, und Inselsilikat. Kettensilikate: → Aneinanderordnung von Tetraedern (über Si-O-Si Verknüpfungen) zu lang gestr.                             Strukturen                                                                        => z.B. Augite Bandsilikate: → Aneinanderordung 2 Ketten nebeneinander                      => z.B. Hornblende                      → elektrostatisch über Kationen zusammengehalten                         '→ in Si-armen Böden                      → faserige Minerale                                                                                   (tropische Böden)  Inselsilikate: → Tetraeder ohne Si-O-Si Bindung auskristallisiert                      → sehr hohe negative Gitterladung (SiO4) 4-   (durch Kationen kompensiert)                      → Zusammenhalt nur elektrostatisch                                      => z.B. Olivin
• 12. Was sind Blatt-(Phyllo-)Silikate? Was hat die geringere Härte des Talks damit zu tun, dass seine „Kristallblätter“ ungeladen sind? Blattsilikate → Anordnung der Tetraeder ringförmig in einer Ebene → blättrige Struktur, spaltbar in                         einer Ebene (wichtig, da auch sekundären Tonminerale dazugehören!)                     → zusätzlich bestehen aus Oktaedern mit Al (bzw. Mg) als Zentralatom 2 Arten: → TO = Zweischichtsilikate: jeweils eine Silikatschicht und eine Oktaederschicht liegen                                              aufeinander → über die gemeinsamen Sauerstoffatome miteinander                                               verbunden sind → TOT = Dreischichtsilikate: Eine (Aluminium)-Oktaeder Schicht wird von 2 Si-Tetraederschichten                                                eingeschlossen Talk: Kristallblätter ungeladen → zusammengehalten nur durch Van-der-Waals Kräfte, extrem             schwach => geringe Härte (Mohs-Härte 1, Speckstein)    
• 13. Erläutern Sie den Aufbau des hellen Al-Glimmers (Muskovit) unter Verwendung der Begriffe „isomorpher Ersatz“, „Aluminium-Oktaerder“ und „Zwischenschicht-Kationen“. Welche makroskopischen Eigenschaften lassen sich aus dem Kristallaufbau erklären? Muskovit = Blattsilikat (3-schichtige Phyllosilikate) → ca. ¼ der Tetraeder: Si durch Al ersetzt (isomorpher Ersatz) → keine Veränd. der Tetraeder → Zwischenschicht-Kationen (Kalium) gleichen Ladungsunterschied (durch isom. Ersatz) aus → Schichtabfolge: Si-Tetraeder, Al-Oktaeder, Si-Tetraeder (Dreischichtaufbau) → Schichtzusammenhalt extrem stark, da Si-O-Al Bindungen (O wird von beidem „benutzt“) → extreme Stabilität in Plattenrichtung (Atombindung innerhalb stärker) → Spaltbarkeit zwischen den Blättern
• 14. Definieren Sie kurz Magmatit, Sedimentgestein, Metamorphit. Welchen Mengenanteil haben Magmatite a) an der Erdkruste b) an der Erdoberfläche? Magmatit: Aufschmelzung vorhandener Gesteine, komplette Neubildung! (→ Erstarrung                 silikatischer Schmelzen) Sedimentgestein: Anlagerung von Sedimenten (Gesteinspartikel aber auch biogen,chemisch,..) in                              Schichten                              → durch hohen Druck/Temperatur wird Stein „gebacken“ (Diagenese) Metamorphit: Anschmelzung des Gesteins durch hohe Temperatur/Druck (keine vollständige                       Aufschmelzung), Neubildung der Moleküle, … Magmatite: a) in der Erdkruste ~90%                    b) an der Erdoberfläche ~1/4, kleiner Teil, meistes von Sedimentgestein (75% der                         Erdoberfläche) verdeckt
• 15. Erklären Sie die Begriffe Plutonit (Tiefengestein) und Vulkanit (Ergussgestein). Wie unterscheiden sie sich makroskopisch? Plutonit: kühlt unter Erdoberfläche aus→ langsames Abkühlen → große Kristalle (heterogen)               '→ viel Si/wenig Fe               (z.B. in Räumen unter Faltengebirgsbildungen durch aufdringende silikatische Schmelzen) Vulkanit: kühlt nach Eruption aus → schnelles Abkühlen → geringe Kristallgröße (heterogen)                '→ wenig Si/viel Fe (Magmatite sind richtungslos körnig >< Sedimente = geschich./ Metamorphite = geschief./gebänd.)
• 16. Was versteht man unter „basischen“ und „sauren“ Gesteinen? Wie unterscheiden sich diese makroskopisch. Nennen Sie für jede Gruppe einen häufigen Vertreter und ein Hauptgemengeteil (Mineral). Basische Gesteine: - quarzarm, dunkel, marphig (viel Mg & Fe)                                 - Minerale: Olivin, Augit, Hornblende                                 - 45% - 52% SiO2-Gehalt (kieselsäurearm)                                 - z.B. Basalt (Vulkanit), Gabbro (Plutonit)   saure Gesteine: - quarzreich, hell, felsig (viel Si)                            - Minerale: Quarz, Feldspat, Glimmer (Biotit)                            - 65% - 100% SiO2-Gehalt (kieselsäurereich)                            - z.B. Granit (Plutonit), Ryolith (Vulkanit)
• 15.1 Beschreiben Sie für Granit und Basalt in welchen typischen Bildungen diese in der Landschaft auftreten. Granit: Wollsackverwitterung Basalt: Säulen (schnelle Abkühlung)             - parallel → tief liegend             - strahlenförmig → unter einer Kuppe
• 15.1 Beschreiben Sie für Granit und Basalt in welchen typischen Bildungen diese in der Landschaft auftreten. Granit: WollsackverwitterungBasalt: Säulen (schnelle Abkühlung) - parallel → tief liegend - strahlenförmig → unter einer Kuppe
• 17. Wie verändern sich die Lockersedimente entlang eines Flußlaufes von steilen Gebirgslagen im Oberlauf bis hinter die Mündung im Meer? Steile Gebirgslage                                                                                                   Mündung im Meer groß-----Geröll---------------------Kies---------------------------Sand---------------------------Ton---------->klein              Oberlauf                    Mittellauf                           Unterlauf              Mündungsbereich   je größer die Transportentfernung, desto kleiner die Korngröße (Kornsortierung = Klassierung)
• 18. Wie nennt man den Prozess, der aus einem Lockersediment ein Festgestein macht? Erläutern Sie zwei möglliche Abläufe eines solchen Prozesses. Lockersediment ----Diagenese----> Festgestein (Sedimentgestein) versch. Formen der Diagenese: –      von Ton --durch---Zusammenpressung/Entwässerung/Entsalzung---zu--> Tonstein –      von Sand –druch---Drucklösung(an Berührungspunkten hoher Drücke)---zu--> Sandstein mit unmittelbarer Kornbindung –      von Sand –durch---chemische Ausfüllung des Porenraumes---zu--> Sandstein mit kalkigem Bindemittel –      von Kalkschlamm –durch---Zersetzung org. Subst./Umkristallisation/Sammelkristallisation---zu--> dichtem Kalkstein [- äolischer Transport von Material geringer Korngröße → Ansammlung an Hindernis → Überdeckung (Zusammenpressen durch Auflast → Entwässerung/Entsalzung) => Druck → Diagenese - am Meeresboden → Anlagerung von Material → Überdeckung → Diagenese]
• 19. Beschreiben Sie kurz den Materialbestand von 4 Sedimentgesteinen. - Kalkgestein → Calcit - Konglomerat → abgerundete Komponenten in feinerer Matrix - Breccie → nicht abgerundete                    – '' – - Kalksandstein → Quarzsand & Calcit (als Bindemittel) - Quarzsandstein → Quarzkörner 0,063 – 2mm - Mergelgestein → Calcit und Tonfraktion
• 20. Was versteht man bodenkundlich unter Silikat-, Carbonat- und Mergelgesteinen? Abhängig vom Chemismus (Ausgangsgestein) Silikatgestein: unter 5% CaCO3 (Calcit) → über 95% Silikat Carbonatgestein: über 75% CaCO3 → unter 25% Silikat Mergelgestein: zwischen 5% - 75% CaCO3
• 21. Erklären Sie den Begriff der Schieferung bei metamorphen Gesteinen, wie entsteht sie? Schieferung bzw. Bänderung = Musterung, die durch Metamorphose, Anschmelzung des Gesteins,                                                   entsteht => Einregelung der Kristalle unter Druck/Temp. (möglich,                                                   da Gefüge weich wird)                                                    Häufiges Auskeilen der Schieferblätter mit variabler Dichte
• 22. Was sind Ortho-, was sind Paragneise? Orthogneise: aus magmat. Gestein (meist Granit) entstanden → hoher Quarzanteil Paragneise: aus Sedimentgestein entstanden → reich an basischen Kationen Kalkgestein → Marmor (Paragneis) Tongestein → Tonschiefer (Paragneis)
• 23. Wie können Sie eine geologische Karte nutzen, um sich über die in einem Gebiet vorkommenden Gesteine zu informieren? Geol. Karten geben Auskunft über das Erdzeitalter, in dem die oberflächennahen Sedimente abgelagert wurden => Grundkenntnisse über histor. Geologie nötig
• 24. Erläutern Sie kurz 3 typische Oberflächenbedeckungen (Lockersedimente), die Ausgangsmaterialien der Bodenbildung sind. Flugsande, Löss → durch äolischen Transport Kiese, Sande, Hochflutlehme → durch fluvialen Transport Sander, Endmoränen → durch glazialen Transport Permafrost, Kryoturbation, Lagenbildung → periglazial vulkanische Aschen
• 16.1 Was versteht man unter physikalischer Verwitterung? Erklären Sie die Frostsprengung. - Physikal. Verwitterung = mechanische Zerkleinerung => klastisches Gut   → besonders stark wenn Vegetationsbedeckung fehlt   → grobkörnige Gesteine besonders leicht angreifbar an Korngrenzen - Frostsprengung → Wasser dringt in Gesteinsklüfte (flüssig), bei sinkender Temperatur Volumenzunahme um 9% (Eis → Dichteanomalie von Wasser), Absprengung von Gesteinsfragmenten
• 8. Erläutern Sie mit einer einfachen Skizze die Tetraederdarstellung für die SiO4 Bausteine der Silikate und unterscheiden zwischen chemischen Bindungen und graphischen Hilfslinien.              O O           Si      O                O

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