Bodenkunde (Fach) / 12 (Lektion)

Böden auf Carbonatgestein

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• 01. Definieren Sie die Begriffe Carbonat, Kalkstein, Kohlensaurer Kalk, Branntkalk, gelöschter Kalk. Was ist Kalkmörtel? Carbonat: Salze der Kohlensäure, in der Natur häufigstes: Calciumcarbonat CaCO3 Kalkstein: Gestein aus Calciumcarbonat, wichtigstes Mineral Calcit Kohlensaurer Kalk: Handelsname  für Calciumcarbonat Branntkalk entsteht beim Erhitzen von CaCO3, wodurch CO2 entweicht und CaO entsteht, der sehr stark alkalische und hygroskopische Eigenschaften besitzt gelöschter Kalk: Durch Wasseraufnahme von CaO (heftige Reaktion) entsteht Calciumhydroxid Ca(OH)2 „Löschkalk“. Kalkmörtel: Mit Zuschlagstoffen wie Sand wird Löschkalk zu Kalkmörtel gemischt, der unter CO2 Aufnahme und Wasserabgabe aushärtet.
• 02. Nennen sie bodenkundlich 3 relevante Carbonatminerale mit ihrer Summenformel sowie ihre Entstehungsbedingungen. Calcit CaCO3 - entsteht beim Auskristallisieren von CaCO3 Aragonit CaCO3 -entsteht durch Ausfällen aus heißen Lösungen Dolomit CaMg(CO3)2 - entsthet durch Einsickerung magnesiumhaltiger Wässer in unverfestigte CaCO3-Schlämme Soda, Natron Na2CO3 - wird in Salzböden arider Klimate abgelagert
• 03. Wie wird Calcit im Gelände nachgewiesen? Wie wird Dolomit im Gelände nachgewiesen? der Nachweis von Calcit im Gelände erfolgt über Auftropfen von verdünnter Salzsäure (10% - HCl) Dolomit - Salzsäure muss vorher erwärmt werden oder man wartet etwas länger Aufbrausen und Schaumbildung sind die Reaktion
• 04. Welche Ionen existieren in einem System, dass nur aus Wasser, CO2 und Calcit besteht? Ca2+, -, H+, OH-, CO32- HCO3-  CaHCO3+
• 05. Durch welche Kenngröße wird die in Wasser gelöste Konzentration des CO2 beschrieben? Von welchen Parametern ist diese Konzentration abhängig? Die Henry-Konstante beschreibt das Verhältnis von gelöstem CO2 zum Partialdruck des CO2 in der Luft (vorherrschender Volumenprozent- CO2- Anteil der Luft) und ist von der Temperatur abhängig (je wärmer desto weniger gelöstes CO2).  
• 06. 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? 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 vor – starke säuren haben sehr kleine pKs-Werte). Bei pH-Werten um 9 liegt Kohlensäure einfach protoniert als HCO3--Ionen vor.
• 07. Nennen Sie den typischen Bereich der CO2-Partialdrücke in gut belüfteten Waldböden. Wieviel Calcium löst sich unter diesen Bedingungen, wenn man annimmt, das das Calcit im Gleichgewicht mit der Kohlensäure und dem Wasser steht? Warum löst sich Der durchschnittliche CO2 Partialdruck in Waldböden liegt bei 0,3-1,5 kPa. Es löst sich etwa zwischen 70 und 130ml/l Calcit. Bei höheren Temperaturen löst sich in der Regel  mehr Carbonat weil die mikrobielle Aktivität und damit die CO2 - Konzentration in der Luft höher ist.
• 08. Wie entstehen Tropfsteine in Höhlen? Zusatzfrage: Wie entstehen Tropfsteine an Betonbauwerken u.ä.? Versickerndes Wasser löst CO2 aus Böden und Gestein über der Höhle. Beim Eintritt in die Höhle ändern sich Temperatur und Druck der Umgebung und die kohlensäuregesättigte Lösung gibt CO2 ab, entgaast und CaCO3 fällt aus. Dieser Sinter-Kalk bildet den von der Decke herabhängenden Tropfstein. Durch den CO2-Verbrauch im Material ist die Lösung gegenüber der Außenatmosphäre an CO2 verarmt und enthält gelöstes Ca(OH)2. Dieses fällt bei Kontakt mit der (CO2 reicheren) Aussenluft sehr schnell als CaCO3 aus.
• 09. Nennen und beschreiben Sie kurz 4 Carbonatgesteine und ihre Enstehungsbedingungen. Was sind gebankte Kalke, was sind Massenkalke. Warum sind Massenkalke verwitterungsresistenter? Sinterkalk – geschichtete Kalkkruste: Calcitablagerung durch CO2 -Ausgasen von Kohlensäuregesättigtem Wasser bei Temperatur – und Druckänderungen (Tropfsteinhöhlen/ Sinterterrassen) Kalkstein – weißes, dichtes Gestein: Calcitsausfällung in flachen Gewässern aufgrund von Temperaturanstieg Schillkalk – Klastisches, weißes Gestein: durch Diagenese von Muschel-und Schneckenschalen Marmor – je nach Verunreinigung auch farbliches, weiches metamorphes Gestein: durch Metamorphose verändertes Carbonatgestein Gebankte Kalke sind schichtweise abgelagerte Carbonatgesteine. Die Schichtung macht das Gestein heterogen und dadurch verwitterungsanfällig, da vertikale und horizontale Klüfte Angriffspunkte für die chemische Verwitterung darstellen. Massenkalke sind meist als Korallenriffe entstanden, homogen und dadurch verwitterungsresistenter.
• 10. Unter welchen Umweltbedingungen lagern sich Carbonatgesteine ab? Nennen sie 3 Erdzeitalter, in denen in Mitteleuropa diese Bedingungen geherrscht haben, also aus denen Carbonatgesteine stammen. Carbonatgesteine entstehen unter marinen oder limnischen Bedingungen in flachen und warmen Gewässern. Z.B. im Devon: rheinisches Schiefergebirge Jura: schwäbische /fränkische Alb Tertiär: Alpenvorland
• 11. Welches sind die 4 profilprägenden Prozesse in Carbonatböden? Welche Bodentypen entwickeln sich aus Carbonatgesteinen? Humusakkumulation, Gefügebildung, Entcarbonatisierung, Anreicherung von pedogenem Sekundärcarbonat Es entstehen aus Carbonat-Syrosem über Rendzina Terrae Fuscae/ Rossae
• 12. Beschreiben Sie die Rendzina, die bodenbildenden Prozesse und die Eigenschaften des Ah-Horizontes. Rendzina (Ah-cC) - Die Wasserversorgung ist schlecht und es treten Nährelementungleichgewichte auf. Es herrscht eine hohe biologische Aktvität. Meist ist viel Ton vorhanden. Rendzina kommt aus dem polnischen und heißt soviel wie „kratzen“, was sich auf den Skelettgehalt bezieht, der beim Pflügen stört. Eigenschaften Ah-Horizont: mächtig, carbonathaltig, dunkel - hoher Humusgehalt, hohe Bioturbation - Krümelgefüge Prozesse:Humusakkumulation, Gefügebildung (Mischgefüge: Polyeder+Krümel weil tonerich und hohe biologische Aktivität), Entcarbonatisierung
• 13. Warum sind die Ah-Horizonte der Rendzinen besonders humusreich und dunkel gefärbt? Die hohe Ca-Konzentration stabilisiert die Huminstoffe, die für die dunkle Färbung verantwortlich sind, indem die variablen Ladungen mit Ca gesättigt werden, wodurch Calciumhumate entstehen, die mikrobiell schwer abbaubar sind. Darüber hinaus herrscht eine meist hoher Tongehalt und eine hohe Bioturbation, wodurch ebenfalls stabile Ton-Humus-Komplexe gebildet werden.
• 14. Im Vergleich zu Sililaten lösen sich Carbonate unter den Bedingungen des Bodens relativ schnell auf, dennoch ist der Übergang von der Rendzina zur Terra Fusca sehr langwierig. Warum? Terra Fusca besteht lediglich aus den Lösungsrückständen von Carbonatgestein. Da Carbonatgestein über 75% aus Calciumcarbonat bestehen muss immens viel Carbonat gelöst werden bis ein Boden aus den Rückständen, die nur einen sehr geringen Anteil des Gesteins ausmachen, gebildet hat, was dementspechend langwierig ist. Nimmt man 95 % Carbonatgehalt an und für den Lösungsrückstand eineTrockenraumdichte von 1.25, erhält man innerhalb von 10.000 Jahren gerade mal 3 cm Rückstand.
• 15. 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 unterscheid Terra Fusca entsteht aus den Lösungsrückständen (Schwebstoffen, Kolloiden) von Carbonatgestein. Sie tritt aber meist in Lagen mit Zufuhr von Lösungsrückstand vom Oberhang auf. Lösseinwehung kann ebenfalls einen Volumenbeitrag leisten. Typisch für die Terra Fusca ist der carbonatfreie Oberboden (Ah) über tonreichen Unterbodenhorizont (T) auf cabonathaltigem Ausgangsgestein (cC). Der Terra Fusca hat einen hohen Tonanteil. Quell und Schrumpfprozesse spielen also eine wichtige Rolle, was die Bearbeitbarkeit beeinflusst und nur in einem bestimmten Zeitfenster ermöglicht, in dem der Boden leichter zu bewirtschaften ist. Terra Rosa weist ähnliche ökologische Eigenschaften auf. Es dominieren jedoch tief rote Eisenoxide, die auf klimabedingt abweichende Oxidationsbedingungen zurückgehen. Bei uns sind Terra Rosa-Böden Relikte wärmerer Erdzeitalter.
• 16. 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 Schwebstoffe (wegen ihrer Größe meist Tonminerale) 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.
• 17. 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.
• 18. Was ist Sekundärcarbonat? Sekundäres oder auch pedogenes Carbonat entsteht durch Ausfällung aus der Bodenlösung, meist nach Verlagerung vom Ort der Lösung des Primärcarbonates.  
• 19. Woraus entsteht die Terra Rossa, wie sieht sie aus, wo kommt sie häufig vor? Terra Rossa entsteht ebenfalls aus tonreichen Lösungsrückständen von Carbonatgesteinen (Residualton). Sie ist durch Eisenoxide (Hämatit) tiefrot gefärbt, was wohl auf klimabedingt abweichende Oxidationsbedingungen zurückgeht. Sie ist vor allem im Mittelmeerraum ein weit verbreiteter Bodentyp.

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