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Bodenkunde (Fach) / 13) Carbonatgestein (Lektion)

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• 1) Definieren Sie die Begriffe Carbonat, Kalkstein, Kohlensaurer Kalk, Branntkalk, gelöschter Kalk. Was ist Kalkmörtel? Carbonat: Salze der Kohlensäure CO3(2-) Kalkstein: Gestein das aus über 75% aus Calciumcarbonat CaCO3 besteht Kohlensaurer Kalk: Handelsname für Calciumcarbonat Branntkalt: Trivialname für Calciumoxid CaO. Gewonnnen wird es durch starkes Erhitzen von Calciumcarbonat auf mind. 800°C Gelöschter Kalk: Calciumhydroxid (Ca(OH)2. Wenn Calciumoxid CaO mit Wasser reagiert Kalkmörtel: Gelöschter Kalk der mit CO2 wieder zu Calciumcarbonat und Wasser abreagiert. Zusatzstoffe: Quarzsande
• 2. Nennen sie bodenkundlich relevante 3 Carbonatminerale mit ihrer Summenformel sowie ihre Entstehungsbedingungen. Calcit CaCO3: entsteht aus Überresten von Lebewesen wie Skeletten oder Scahlen von Muscheln/Schnecken. Kann auch als Umkehrung des Lösungsprozesses (Carbonatverwitterung) aus einer übersättigten Lösung ausfallen Dolomit CaMg(CO3)2: wenn magnesiumhaltiges Wasser in nicht auskristallisierte Carbonatschlämme einsickert Aragonit: CaCO3; durch Ausfällung von Calcit aus erhitzen Lösungen Natron/Soda: Na2CO3: leicht lösliches Salz, dass im ariden Klima durch aufwärtsgerichtetten Wasserstrom im Boden abgelagert wird
• 3. Wie wird Calcit im Gelände nachgewiesen? Wie wird Dolomit im Gelände nachgewiesen? durch Tropfen von Salzsäure -> wenn es blubbert dann ist es ein Calcit. CO2 wird abgespalten Dolomit: durch Tropfen von erhitzter Salzsäure
• 4. Welche Ionen existieren in einem System, dass nur aus Wasser, CO2 und Calcit besteht? H+ OH- Ca2+ Carbonationen: (CO3)2-; HCO3-
• 5. Durch welche Kenngröße wird die in Wasser gelöste Konzentration des CO2 beschrieben? Von welchen Parametern ist diese Konzentration abhängig? durch den CO2 Partialdruck * Henry Konstante CO2 Partialdruck: beschreibt die in Wasser gelöste Konzentration von CO2 Henry Konstante: Maß für die Gasaufnahmefähigkeit einer Lösung in Abhängigkeit der Temperatur (0,4 Mol/kPa bei gleicher Temp.) Abhängig von Lunft und Lösungstemperatur sowie dem pH Wert der Bodenlösung
• 6. 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? eine Angabe in einer Zahl ist nicht möglich, da Kohlensäure zwei Dissoziationsstufen besitzt die erste Dissoziationsstufe dominiert mit einem pKs Wert von 6,35 während die zweite Dissoziationsstufe mit einem pKs Wert von 10,33 nicht ganz so bedeutend ist KOhlensäure bei pH 9: einfach protoniert als HCO3- Ionen. hauptsächlich Hydogencarbonat. nur geringe Konzentration von Carbonat
• 7. Nennen Sie den typischen Bereich der CO2-Partialdrücke in gut belüfteten Waldböden. Wie viel Calcium löst sich, wenn man annimmt, das das Calcit im Gleichgewicht mit der Kohlensäure und dem Wasser steht? Warum löst sich unter den Bedingungen natürlicher Böden bei höheren Temperaturen in der Regel mehr Carbonat als bei niedrigen Temperaturen? Bodentypische CO2-Partialdrücke liegen zwischen 0,3 kPa und 1,5 kPa es lösen sich 70-130 mg Calcium Löslichkeit Carbonat: zwar sinkt die Löslichkeit von CO2 mit zunehmender Temperatur aber die biologische Aktivität 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
• 8. Wie entstehen Tropfsteine in Höhlen? Zusatzfrage: Wie entstehen Tropfsteine an Betonbauwerken u.ä.? Co2 haltiges Wasser fließt durch Karst (Carbonatgestein) und löst dabei Carbonate auf bis die Kalksättigung erreicht ist wenn das carbonatgesättigte Wasser an der Decke einer Höhle entlangfließt bildet es Tropfen aus und gibt CO2 an die Umgebungsluft ab kleine Winde in der Höhle sorgen dafür dass es niemals zu einer CO2 Sättigung in der Umgebungsluftg kommt weswegen sich der CO2 Verlust immer weiter fortsetzt carbonathaltigs Wasser braucht CO2 um das Carbonat in der Lösung zu halten wenn zu viel CO2 verloren geht fällt Carbonat aus an der Decke bilden sich hängende Tropfsteine, die Stalaktiten an diesen rennen Tropfen entland, fallen auf den Boden und geben dort erneut CO2 ab erneut fällt Carbonat  aus und Stalagmiten werden gebildet CO2 haltiges Wasser fließt durch Karst und löst Carbonat -> CO2 diffundiert in der Höhle aus dem Wasser in die Luft -> Carbonat fällt aus Zusatzfrage: in alten Bauwerken findet sich oft Ca(OH)2 im Beton wenn Wasser durch das Material perkuliert nimmt es Calciumhydroxid auf und spült es nach außen. Dort reagiert es mit dem CO2 in der Luft fällt aus und bilet Tropfstein
• 9. Nennen und beschreiben Sie kurz 4 Carbonatgesteine und ihre Enstehungsbedingungen. Was sind gebankte Kalke, was sind Massenkalke. Warum sind Massenkalke verwitterungsresistenter? Sinterkalk: geschichtete Kalkkruste: Calcitausfällung durch CO2 Ausgagsung von Kohlensäuregesättigten Wasser (Tropfsteinhöhlen/Sinterterassen) Kalkstein: weißes, dichtes Gestein. Calcitausfällung in flachen Gewässern aufgrund von Temperaturanstieg Schillkalk: klastisches, weißes Gestein: durch Diagnese von Muschel- und Schneckenschalen Mamor: metamorphes Gestein (je nachdem farblich, weich) gebankte Kalke: schichtweise abgelagerte Carbonatgesteine. Die Schichtung macht das Gestein heterogen und dadurch verwitterungsanfällig da vertikale und horizontale Klüfte Angriffspunkte für die chemische Verwitterung darstellen. Massenkalke: als Korallenriff 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. unter marinen oder limnischen Bedingungen 1. Devon 2. Jura 3. Kreidezeit
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• 11. Welches sind die 4 profilprägenden Prozesse in Carbonatböden? Welche Bodentypen entwickeln sich aus Carbonatgesteinen? Carbonatsyrosem -> Rendzina -> Terra Fusca 1. Humusakkumulation 2. Gefügebildung 3. Entcarbonisierung 4. Anreicherung von pedogenen Sekundärcarbonat
• 12. Beschreiben Sie die Rendzina, die bodenbildenden Prozesse und die Eigenschaften des Ah-Horizontes. Ah - cC tonreich (Ton-Humus-Komplexe) an steilen Hängen (wo der Boden keine lange Zeit hat sich zu entwickeln, da er hier schnell abgetragen wird) Ah: Horizont: dunkel (hoher Humusgehalt), hohe biologische Aktivität, Krümel bis Polyedergefüge; carbonathaltig Prozesse: Humusakkumulation (Stabilisierung von Huminstoffen durch Ca2+ Ionen) Gefügebildung (hohe Bioturbation -> Krümel; hohe Tongehalte -> Polyeder) Entcarbonisierung (Auflösung von CaCo3, Bildung von CO2) Sekundärcarbonisierung (Anreicherung von vorher gelösten, nun ausgefällten Carbonat)
• 13. Warum sind die Ah-Horizonte der Rendzinen besonders humusreich und dunkel gefärbt? Stabiliserung von Huminstoffen durch Ca2+ Ionen (Calcium-Humate) -> Verwitterungsbeständigkeit (Schutz vor mikrobiellen Abbau) -> dunkle Färbung (durch Lichtabsorption)
• 14. 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? Terra Fusca hat einen carbonatfreien Ah Horizont (Tonhorizont) dieser besteht aus Lösungsrückständen von Carbonatgestein, welche allerdings nur einen sehr geringen Anteil im Carbonatgestein haben (Carbonatgestein > 7%% Calciumcarbonat)
• 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 unterscheidet er sich von der Terra Fusca? Eigenschaften: Ah - T - cC carbonatfreier Ah (Polyedergefüge) T > 65% Ton mäßig sauer gute Wasserspeicherkapazität (da hoher Tongehalt) geringe Bodenbelüftung Entstehung: entsteht aus Lösungsrückständen von Carbonatgestein Stundenboden: schwere Bearbeitbarkeit aufgrund des hohen Tonanteils. kann nur im engem Zeitfenster gepflügt werden wenn sie bestimmten Wassergehalt haben - Terra Rossa weißt ähnliche ökologische Eigenschaften auf. es dominiern jedoch tief rot gefärbte Eisenoxide
• 16. Warum sind Böden aus Carbonatgestein oft sehr tonreich? Tonreiche Böden können quellen und schrumpfen. Handelt es sich um symetrische Prozesse? Carbonate verwittern schnell. es bleiben schwer verwitterbare Rückstände wie zb. Quarz zurück. Carbonatgesteine sind recht homogen weswegen diese Rückstände meistens zur Tonfraktion gehören nein. beim Aufquellen entstehen Vielfächner, die sich um ein Zentrum herum bilden, auf das die Zerrspannung aus allen Richtungen zugeht. dann bilden sich Risse, senkrecht zu den Linien der maximalen Spannung kein reversibler Vorgang. bei Wasserüberschuss gibt es keine druckkräfte die die Partikel wieder verbinden können
• 17. Beschreiben Sie das Polyedergefüge. Warum quellen die Markroporen zwischen den Polyeder bei starkem Regen nicht zu? scharfkantige Polyeder entstehen dadurch dass sich zwischen partikeln im Bewegungsgleichgewiccht in geraden Linien Zugspannungen ausbilden und senkrecht zu diesen Linien Rissen entstehen irreversibler Vorgang die Meniskuskräfte welche zur Zerrspannung führt, kann nur zusammenziehend aber nicht kontrahierend wirken
• 18. Was ist Sekundärcarbonat? wurde zuerst aufgelöst, dann wegtranpsortiert und am anderen Ort wieder ausgefällt
• 19. Woraus entsteht die Terra Rossa, wie sieht sie aus, wo kommt sie häufig vor? entsteht aus tonreichen Lösungrückständen von Carbonatgesteinen stark rot gefärbt durch Eisenoxide (Hämatit) (klimabedingte Oxidationsbedingungen) im Mittelmeerraum

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