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Bodenkunde (Fach) / 02 (Lektion)

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• 01. Was versteht man unter „primären“ Bestandteilen von Böden? Erläutern Sie diesen Begriff für die anorganischen (mineralischen) und organischen Komponenten. Primär Bestandteile des Bodens sind die Bestandteile, die unverändert bzw. nur physikalisch verwittert vorliegen Anorg. Primärmaterial: Gesteine und mechanisch zerkleinerte Minerale (Feldspat, Sand, Schiefer) Org. Primärmaterial: frisch abgestorbene Biomasse: Streu (Blätter, Äste)
• 02. Erklären Sie die Begriffe „Mineral“ und „Gestein“, erläutern Sie den definitorischen Unterschied. Mineral: chemisch und physikalisch homogene, meist auskristallisierte, natürliche anorganische Bestandteile von Gesteinen und damit der Erdkruste Gestein: aus einem Gemenge von Mineralen (Ausnahme: Monomineral) bestehende, heterogene natürliche Bildungen der Erdkruste. Können auch biogene Organismenreste, Gesteinsbruchstücke oder amorphe Substanzen enthalten.
• 03. Erklären Sie den Unterschied zwischen einem „amorphen“ Mineral und einem „kristallisierten“. Kristall: Entsteht beim langsamen Auskühlen von Schmelzen. Atome ordnen sich gesetzmäßig zu Ionengittern an, chem./phys. Eigenschaften sind gerichtet (anisotrop) Amorphe Minerale: Durch plötzliches Auskühlen keine Kristallisation möglich. Atome/Ionen/Moleküle sind chaotisch/ungeordnet (isotrop)
• 04. Was versteht man unter der Mineraleigenschaft „Bruch“? Geben Sie ein Beispiel. Ist ein Mineral nicht/schlecht spaltbar (keine Richtungsunterschiede in der Festigkeit des Kristalls), reagiert es auf Druck mit Bruch. Die Oberfläche des gebrochenen Materials kann als Eigenschaft zur Bestimmung genutzt werden (z.B. muscheliger Bruch von Quarz)
• 05. Erläutern Sie die Härteskala nach Mohs. Geben Sie drei Beispiele (Mineralname, Härte) aus der Härteskala.   Methode zur Gesteinsbestimmung nach der Härte. Prinzip: Härteres Mineral ritzt weicheres Mineral (Talk (1) … Quarz (7) … Diamant (10)
• 06. Welche sind der Reihenfolge nach die 4 wichtigsten Elementbestandteile der Erdkruste und welchen Gesamtanteil machen diese Elemente aus? Sauerstoff (47%) Silizium (27%) Aluminium(8%) Eisen (5%) zusammen 87%
• 07. Kohlenstoff und Silizium sind benachbarte Elemente der 4. Hauptgruppe des Periodensystems. Welches sind die stabilsten Formen, d.h. die Anhydrite ( Wassersabspaltung) der Kiesel- bzw. der Kohlensäure, und wie unterscheiden sie sich?   Aus Kieselsäure bildet sich durch Dehydratisierung das Anhydrit Polykieselsäure. Der große Atomradius des Siliziums verhindert Doppelbindungen, weshalb sich lange Ketten/Gitter ausbilden (Quarz) Aus Kohlensäure bildet sich durch Dehydratisierung das Anhydrit Kohlenstoffdioxid (CO2), ein Gas.
• 08. Erläutern Sie mit einer einfachen Skizze die Tetraederdarstellung für die SiO4 Bausteine der Silikate und unterscheiden zwischen chemischen Bindungen und graphischen Hilfslinien. Skizze
• 09. Erläutern Sie kurz die Struktur und die Eigenschaften von Quarz. Quarz hat die chem. Struktur (SiO2)n. Aus der Kieselsäure entstehen tetraederförmige SiO4 Bausteine, die sich so verbinden, dass auf ein Si 2O kommen, da sich die Tetraeder O-Ecken teilen. Die Anordnung ist chaotisch, teils spiralförmig - keine Ausbildung einer Gitterstruktur. Eigenschaften: große Härte (7), keine Spaltbarkeit, muscheliger Bruch, verwitterungsresistent
• 10. Erläutern Sie kurz die Struktur der Feldspäte als Gerüstsilikate und gehen dabei auf den Begriff „isomorpher Ersatz“ ein.   Feldspäte (hell, schwach gefärbt, gute Spaltbarkeit, Härte(6)) heißen Gerüstsilikate, da sich bei der Auskristallisation die SiO4-Tetraeder dreidimensional im Raum anordnen und verbinden. Sie sind vollständig vernetzt. Ist in der Schmelze nicht genügend Silizium enthalten werden Al- Kationen mit ähnlichem Durchmesser („isomorpher Ersatz“) in die Tetraeder eingebaut. Hierbei entstehen negative Teilladungen durch geringere Wertigkeit der eingebauten Aluminiumkationen, die durch den Einbau anderer Kationen in die Zwischenräume des Gerüstgitters ausgeglichen werden. Je nach eingelagerten Kationen unterscheidet man bei Feldspäten in Plagioklase (Ca-Na) und Alkalifeldspäte (Na-K).
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• 11. Erläutern Sie kurz Ketten-, Band-, und Inselsilikat.   Kettensilikate: Verknüpfung der Tetraeder zu langen, unverzweigten Ketten, die durch Ionen an den Kanten parallel zusammengehalten werden. Die faserige Struktur sorgt für gute Spaltbarkeit entlang der Ketten Bandsilikate: z.B. Hornblende. Wie Kettensilikate von den Eigenschaften, nur verbinden sich 2 Ketten zu einem Siliziumband. Inselsilikate: einzelne Tetraeder, die aus sehr Si-armen Schmelzen entstehen und deren starke negative Ladung (-4) durch Kationen ausgeglichen wird (mafisch → Mg, Fe), wobei nur elektrostatische Anziehungen als Bindungskräfte vorherrschen.
• 13. Erläutern Sie den Aufbau des hellen Al-Glimmers (Muskovit) unter Verwendung der Begriffe „isomorpher Ersatz“, „Aluminium-Oktaeder“ und „Zwischenschicht-Kationen“. Welche makroskopischen Eigenschaften lassen sich aus dem Kristallaufbau erklären? Der Muskovit besteht aus einem Dreischichtsystem, bei dem zwischen den Siliziumblättern Aluminium eingelagert wurde. Die Aluminiumatome sind oktaedrisch von 6 Sauerstoffatomen der Siliziumblätter umgeben. Dieses Dreischichtsystem (Siliziumtetraeder – Aluminiumoktaeder – Siliziumtetraeder) könnte nach außen neutral sein. Da aber beim Muskovit durch isomorphen Ersatz 25% der Si-Atome durch Al-Atome ersetzt wurden gibt es eine negative Teilladung wischen den Blättern, in die als Zwischenschicht - Kationen Kalium- Ionen (sterisch perfekte Größe) eingelagert sind. Deren elektrostatische Anziehungskraft ist jedoch deutlich geringer als die Atombindungen(Si-O-Al) innerhalb der Schicht. Makroskopisch ergibt sich daraus eine gute Spaltbarkeit in Richtung der Siliziumschichten.
• 12. Was sind Blatt-(Phyllo-) Silikate. Was hat die geringe Härte des Talks damit zu tun, dass seine „Kristallblätter“ ungeladen sind? Blattsilikate: Die Tetraeder ordnen sich bei der Auskristallisierung zu großen Flächen/Blättern an. Aus zwei Siliziumblättern entstehen durch eine oktaedrische Kationeneinlagerung zwischen diese, feste Dreischicht-Systeme. Da die Blätter des Talkes ungeladen sind, wirken zwischen ihnen nur van-der-Waals-Kräfte (keine elektrostatischen Wechselwirkungen), was auf Makroebene eine geringe Festigkeit bewirkt.
• 14. Definieren Sie kurz Magmatit, Sedimentgestein, Metamorphit. Welchen Mengenanteil haben Magmatite a) in der Erdkruste b) an der Erdoberfläche? Magmatit: Gesteine, die bei Erstarrung/Kristallisation flüssiger Magmen entstehen Sedimentgestein: Durch Verwitterung zerkleinerte Bestandteile von Gesteinen (Sedimente) werden durch Verfestigung zu Sedimentgesteinen (Vorgang: Diagenese) unter relativ geringem Druck und Temperatur Metamorphit: Bei der Umformung von Sedimentgesteinen und Magmatiten durch hohen Druck und hohe Temperaturen (jedoch ohne aufzuschmelzen) entstehen Metamorphite (Orthogneis, Paragneis) Mengenanteil der Magmatite an der Erdkruste: 90% Mengenanteil der Magmatite an der Erdoberfläche: 25%
• 15. Erklären Sie die Begriffe Plutonit (Tiefengestein) und Vulkanit (Ergussgestein). Wie unterscheiden sie sich makroskopisch? Plutonite erkalten aus silikatischen Schmelzen unterhalb der Erdoberfläche in einem langsamen Prozess der Auskristallisation. Makroskopisch sind die großen Körner charakteristisch. Vulkanite erkalten schnell an der Erdoberfläche. Die Ausbildung großer Kristalle ist nicht möglich, sie sind daher feinkörnig bis glasig (bei plötzlicher Abkühlung, z.B. Obsidian)
• 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: siliziumarm, reich an Mg und Fe, daher dunkel (Basalt - Plagioklas) Saure Gesteine: siliziumreich, reich an K und Na, daher hell (Granit - Quarz)
• 17. Beschreiben Sie für Granit und Basalt in welchen typischen Bildungen diese in der Landschaft auftreten. Granit: Wollsackverwitterung. Große übereinander liegende abgerundete Blöcke entlang von Klüften Basalt: Säulenbildung bei rascher Abkühlung
• 18. Was versteht man unter physikalischer Verwitterung. Erklären Sie die Frostsprengung. Physikalische Verwitterung bedeutet die Zerkleinerung der Oberflächengesteine durch Abrasion durch Brandung, Wind; Wurzeldruck, Temperatur-/Druck-/Frostsprengung - Wasser dringt in Haarrisse im Gestein ein und gefriert. Dabei Volumenzunahme von ungefähr 10%, was das Gestein sprengt und mehr Wasser eindringen lässt und den Effekt bei Wiederholung des Vorgangs verstärkt
• 17. Wie verändern sich die Sedimente entlang eines Flußlaufes von steilen Gebirgslagen im Oberlauf bis hinter die Mündung im Meer? Beim Flusstransport kommt es zu chemischen Klassierung: Leicht wasserlösliche und leicht verwitterbare Minerale werden ausgewaschen und weiter transportiert Klassierung nach Korngröße: vom Oberlauf bis zur Mündung werden die Korngrößen der Sedimente immer kleiner (Geröll, Kies, Sand, Schwebstoffe)
• 18. Was ist Diagenese? Erläutern Sie zwei mögliche Prozesse. Diagenese ist der Vorgang bei dem lockere Sedimente zu Sedimentgesteinen verfestigt werden. 2 Möglichkeiten: Kompaktion: Vorgang der Verfestigung und Volumenverkleinerung durch den Druck darüber liegender Gesteinsschichten: Tonminerale ordnen sich dem Druck nach an, Wasser entweicht und mit ihm auch alle wasserlöslichen Stoffe und Ionen, was zur Verfestigung führt Zementation: vorwiegend chemischer Prozess der zur Versteinerung der Lockersedimente führt, wie die chemische Ausfüllung von Porenraum: z.B. wird Sand durch Auffüllung der Zwischenräume mit Kalk zu Sandstein
• 19. Beschreiben Sie kurz den Materialbestand von 4 Sedimentgesteinen   Sedimentgestein Materialbestand Kalkstein Calcit, Aragonit,  Tonstein Illit, Smectit, Montmorillonit Kalksandstein Calcit, Quarzsand Mergel Calcit, Tonfraktion
• 20. Was versteht man bodenkundlich unter Silikat-, Carbonat- und Mergelgesteinen? Eine Einteilung von Gesteinen nach chemischen Gesichtspunkt und dem Anteil von Carbonat (CaCO3). Carbonatgestein: > 75% Carbonat < 25% Silikate Mergelgestein: 75% > Carbonat > 5% - Rest: Silikate Silikatgestein: <2% Carbonate >98% Silikate
• 21. Erklären Sie den Begriff der Schieferung bei metamorphen Gesteinen, wie entsteht sie? Durch hohen Druck und hohe Temperatur regeln sich die Kristalle ein. Es entsteht eine Schieferung die oft in die Breite auskeilt.
• 22. Was sind Ortho-, was sind Paragneise? Orthogneise entstehen aus Magmatiten. Paragneise entstehen aus Sedimentgesteinen.
• 23. Finden Sie in der geologischen Karte direkte Informationen über Gesteine?   Geologische Karten geben nicht direkt Informationen über die vorliegenden Gesteine, sondern man kann an ihnen die Entstehungszeit der sich an der Oberflächen befindenden Gesteine ablesen und mit historisch-geologischem Hintergrundwissen auf die vorhandenen Gesteine schließen. (Ausnahme Magmatite)
• 24. Erläutern Sie kurz 3 typische Oberflächenbedeckungen (Lockersedimente), die Ausgangsmaterialien der Bodenbildung sind. Äolische Lockersedimente: vom Wind transportierte Partikel lagern sich in Form von Dünen oder Lössdecken ab, sind sehr gut sortiert und feinkörnig Fluviatiles Lockersediment: Fließgewässer lagern das mitgeführte zerkleinerte Gesteinsmaterial je nach Fließgeschwindigkeit in Form von Ton, Schluff, Sand, Kies ab, gute Sortierung, Schichtung fein über grob Glaziale Lockersedimente: vom Gletschereis transportiertes Gesteinsmaterial lagert sich in Form von Moränen oder Geschiebemergel ab; Einzelblöcke bleiben als Findlinge zurück, sind schlecht sortiert, haben abgerundete Kanten

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