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Bodenkunde (Fach) / Bodenentwicklung auf Kalkgestein (Lektion)

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• 1.) Definieren Sie die Begriffe Carbonat, Kalkstein, Kohlensaurer Kalk, Branntkalk, gelöschter Kalk. Was ist Kalkmörtel? Carbonate: Salze der Kohlensäure,  Calciumcarbonat CaCO3, Dolomit, Calcit CaCo3 Kalkstein: Gesteine, die überwiegend aus Calciumcarbonat bestehen  (i.d.R. Aus Mineral Calcit), Bodenkundlich „Carbonatgesteine“ > 75 % CaCO3  „Kohlensaurer Kalk“ = Handelsname von Calciumcarbonat CaCO3  Branntkalk = “Calciumoxid”,CaO, ist eine chemische Verbindung aus Calcium und Sauerstoff. Es entsteht beim Verbrennen von Calciumcarbonat CaCO3 → Durch Erhitzen von CaCO3 entweicht CO2 und es entsteht CaO → wichtiger Industrierohstoff  Gelöschter Kalk= Calciumhydroxid, entsteht wenn man Branntkalk (Calciumoxid) mit Wasser versetzt, nimmt dann Wasser auf, also beim  „Löschen“ von Branntkalk.  Kalkmörtel= auch Mauermörtel, verfestigt sich an der Luft. Ist eine Mischung aus gelöschtem Kalk (Calciumhydroxid) und (Quarz-)Sand 
• !!2.) Nennen sie bodenkundlich relevante 3 Carbonatminerale mit ihrer Summenformel sowie ihre Entstehungsbedingungen. Calcit CaCO3: entsteht beim Auskristallisieren von CaCO3 Dolomit CaMg(CO3)2: durch Einsickerung magnesiumhaltiger Wässer in unverfestigte CaCO3 Schlämme → Schichten mit Calcium und Schichten mit Magnesiumionen bilden sich Natron Na2CO3, arides Klima, slazböden
• 3.) Wie wird Calcit im Gelände nachgewiesen? Wie wird Dolomit im Gelände nachgewiesen? Calcit ist chemisch gesehen Calciumcarbonat CaCO3. Nachweis durch Auftropfen verdünnter Salzsäure  (10 % HCl). die starke Säure HCl treibt die schwache Säure aus dem Salz CaCO3 heraus. Aufbrausen mit unterschiedlicher Intensität zeigt an, dass CaCO3 vorhanden ist.  Dolomit reagiert nur, wenn die Salzsäure erwärmt wird. 
• !!4.) 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? → die Säurestärke kann man mit dem pKs- Wert beschrieben, je kleiner der pKs-Wert, desto stärker die Säure, desto stärker dissoziiert sie in Wasser Kohlensäure ist eine recht schwache Säure, ihr pKs-Wert liegt bei nur 6,4 (d.h. die Hälfte der Kohlensäuremoleküle liegen bei pH=6 deprotoniert  Bei pH-Werten um 9 liegt Kohlensäure einfach protoniert als HCO3- Hydrogencarbonats. → alkalische Wässer können mehr CO2 aufnehmen, weil viel CO2 (aq) in die dissoziierten Formen übergeht
• !!5.) a)Nennen Sie den typischen Bereich der CO2-Partialdrücke in gut belüfteten Waldböden. b)Wieviel Calcium löst sich unter diesen Bedingungen, wenn man annimmt, das das Calcit im Gleichgewicht mit der Kohlensäure und dem Wasser steht?  c)Warum löst sich unter den Bedingungen natürlicher Böden bei höheren Temperaturen in der Regel mehr Carbonat als bei niedrigen Temperaturen? a) Der durchschnittliche CO2 Partialdruck in Waldböden liegt bei 0,3-1,5 kPa. b) Es löst sich etwa zwischen 70 und 130ml/l Calcit CaCO3 C) Löslichkeit Carbonat: Zwar sinkt die Löslichkeit von CO2 mit zunehmender Temperatur, aber die Aktivität der Mikroorganismen und Vorgänge 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.
• !6.) Wie entstehen Tropfsteine in Höhlen? Zusatzfrage: Wie entstehen Tropfsteine an Betonbauwerken u.ä.? in Höhlen: - Versickerndes Wasser löst CO₂ aus Bodenluft und Boden und ist CO2 übersättigt - Anschließend fließt es durch den Karst (Carbonatgestein) und löst dabei Carbonate auf - Wenn das carbonatgesättigte Wasser an der Decke einer Höhle entlangfließt, bildet es Tropfen aus und gibt CO2 an die Umgebungsluft ab, da diese wenig CO₂ enthält (ausgasung) - Carbonathaltiges Wasser braucht CO2 um das Carbonat in Lösung zu halten → es fällt Carbonat aus Betonbauwerke: In älteren Bauwerken findet sich oft Calciumhydroxid  Ca(OH)₂ im Beton. Wenn Wasser durch das Material perkuliert, nimmt es etwas Calciumhydroxid auf und verliert CO₂. die Lösung ist gegenüber der Außenatmosphäre an CO2 verarmt und enthält gelöstes Ca(OH)2 (Calciumhydroxid). Dieses fällt bei Kontakt mit der (CO2-reicheren) Außenluft als CaCO3 aus. 
• !7.) Nennen und beschreiben Sie kurz 4 Carbonatgesteine und ihre Enstehungsbedingungen. Was sind gebankte Kalke, was sind Massenkalke. Warum sind Massenkalke verwitterungsresistenter? 1. Schillkalk: weißes Gestein, durch Diagenese von Muschel- und Schneckenschalen 2. Marmor: metamorphe Umwandlung von Kalkstein unter hohem Druck und hoher Temperatur  3. Sinterkalk:  Calcitablagerung durch CO2-Ausgasen von Kohlensäuregesättigtem Wasser bei Temperatur- und Druckänderungen (zB Tropfsteinhöhlen) 4. Kalkstein: Weißes, dichtes Gestein: Calcitausfällungen in flachen Gewässern bei Temperaturanstieg  Gebankte Kalke = schichtweise abgelagerte Carbonatgesteine. (unterschiedliche Ablagerungsbedingungen)  Es bilden sich vertikale und horizontale Klüfte, die Wasser versickern lassen und Angriffspunkte für die chemische Verwitterung sind. Massenkalke= meist als Korallenriffe entstanden, homogenun dichter und dadurch verwitterungsresistenter. 
• 8.) Unter welchen Umweltbedingungen lagern sich Carbonatgesteine ab? Nennen sie 3 Erdzeitalter, in denen in Mitteleuropa diese Bedingungen geherrscht haben, also aus denen Carbonatgesteine stammen. → entstehen unter marinen/limnischen Bedingungen in warmen und flache Gewässer. Und die CO2-Gehalte der Atmosphäre dürfen nicht zu hoch sein, da sonst eine Ablagerung verhindert wird -Jura, Kreide, Tertiär
• !!9.) Welches sind die 4 profilprägenden Prozesse in Carbonatböden? Welche Bodentypen entwickeln sich aus Carbonatgesteinen? 1. Humusakkumulation (bei hohen Ca2+-Konzentrationen) 2. Gefügebildung 3. Entcarbonatisierung 4. Anreicherung von pedogenem Sekundärcarbonat → Böden die auf Carbonatgestein enstehen fasst man zur “Kalkserie” zusammen: dazu gehören Carbonat-Syrosem, Rendzina, Terra Fusca
• !10.) Beschreiben Sie die Rendzina, die bodenbildenden Prozesse und die Eigenschaften des Ah Horizontes. Rendzina: Ah-C-Böden, entwickelt sich auf Carbonatgesteinen Der AhHorizont: - makroporenreiches Krümelgefüge- mächtig, dunkelgefärbt und humusreich- Freies Carbonat ist bis zur Oberfläche vorhandenhohe biologische Aktivität Bodenbildende Prozesse: 1. Humusakkumulation: Stabilisierung der Huminstoffe , weil Ca2+Ionen sättigen die negativ geladenen Gruppen der Huminstoffe ab („Calcium-Humate“) → Stabilisierung --> weniger mikrobieller Abbau 2. Gefügebildung: bilden sich durch hohe Aktivität der Regenwürmer (Krümel), den hohen Tongehalten (Polyeder) und Gefügestabilisierung durch die hohen Ca2+ Konzentrationen  3. Entcarbonatisierung: biologische Aktivität: produziert CO2, Auflösung CaCO3, Wegfuhr als Ca2+ 
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• !11.) Warum sind die Ah-Horizonte der Rendzinen besonders humusreich und dunkel gefärbt? der hohe Gehalt an Humus beruht auf der Stabilisierung von Huminstoffen durch Ca2+ Ionen, Ca2+Ionen sättigen die negativ geladenen Gruppen der Huminstoffe ab (bilden „Calcium-Humate“). sie sorgen auch für eine dunkle Farbe. Daraus folgt einerseits eine Verwitterungsbeständigkeit (Schutz vor mikrobiellem Abbau) der Humate und reichern sich an.
• 12.) 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? AUs Rendzina bildet sich Terra Fusca, wenn der Oberboden carbonatfrei ist. Also bildet sich der Boden aus Lösungsrückständen, welche allerdings nur einen sehr geringen Anteil im Carbonatgestein haben. Also dauert die Bildung lange.
• 13.) 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 unterscheidet er sich von der Terra Fusca? Terra Fusca ist ein Bodentyp, der sich auf einem Untergrund aus Kalkstein entwickelt.  -  plastischer, tonreicher und dichter Boden, gutes Wasserspeichervermögen- carbonatfreie Oberboden (Ah), tonreicher Unterbodenhorizont (T), carbonhaltiges Ausgangsgestein (cC). Entstehung:  Terra Fusca entsteht aus den Lösungsrückständen von Carbonatgestein. Als Lösungsrückstände reichern sich Ton und Eisenverbindungen an, die durch Oxidation verbraunen Stundenböden= Böden mit sehr zähem Tonanteil, die schwer zu bearbeiten sind.  Zu trocken → wird sehr hart, zu nass → schmierig Terra Rossa weist ähnliche ökologische Eigenschaften auf zur Braunerde: auf Carbonatgestein/ auf Silikatgestein
• !14.) Warum sind Böden aus Carbonatgestein oft sehr tonreich? Tonreiche Böden können quellen und schrumpfen. Handelt es sich um symetrische Prozesse? Carbonatgesteine entstehen unter marinen oder limnischen Bedingungen in flachen und warmen Gewässern, in denen sich gelöste Schwebestoffe befinden, die in die Carbonatgesteine mit eingebunden werden und so für die tonreichen Carbonatböden sorgen. Quellung/ Schrumpfung ist keine symetrische Hin- und Rückreaktion: Die Schrumpfung ist nicht reversibel. Bei Wassermangel entsteht zwischen Tonpartikeln eine Zugspannung durch Wassermenisken, die den Abstand zwischen den Partikeln verringert und das Gefüge schrumpfen und reißen lässt. Umgekehrt entstehen aber bei Wasserüberschuss aber keine Druckkräfte, die die Partikel wieder verbinden könnten
• 15.)Beschreiben Sie das Polyedergefüge. Warum quellen die Markroporen zwischen den Polyeder bei starkem Regen nicht zu? Das Polyedergefüge (Absonderungsgefüge) entsteht abiotisch durch Schrumpfungsprozesse in Folge von Austrocknung tonreicher Böden. Die Bruchstellen weisen scharfe Kanten auf. Quellung/ Schrumpfung ist keine symmetrische Hin- und Rückreaktion. Die Schrumpfung ist nicht reversibel. Bei Wassermangel entsteht zwischen Tonpartikeln eine Zugspannung durch Wassermenisken, die den Abstand zwischen den Partikeln verringert und das Gefüge schrumpfen und reißen lässt. Umgekehrt entstehen aber bei Wasserüberschuss keine Druckkräfte, weshalb die Makroporen zwischen den Polyedern bestehen bleiben.
• !16.) Was ist Sekundärcarbonat? Sekundäres oder auch pedogenes Carbonat entsteht durch Ausfällung aus der Bodenlösung, meist nach Verlagerung vom Ort der Aufösung des Primärcarbonates (also das was im Gestein ist).Sekundäres Carbonat fällt immer aus, wenn das Lösungsgleichgewicht der Bodenlösung verschoben wird. z.B. durch Abnahme der CO2-Partialdrücke, durch Verdunstung oder oberflächennahe Erwärmung Sekundärcarbonat spielt in vielen Böden arider Bereiche eine profilprägende Rolle. 
• !17.) Woraus entsteht die Terra Rossa, wie sieht sie aus, wo kommt sie häufig vor?  Ah/Tu/cC → auf Carbonatgestein -Carbonatgestein verwittert -Lösungsrückstände (Ton und Eisenverbindungen) reichern sich an, die durch Oxidation verbraunen - starke rote Färbung durch Eisenoxide  - Entsteht in wärmeren Klimaten (zB Mittelmeerraum) 

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