Bodenkunde (Fach) / 15. Hydromorphe Böden (Lektion)

Hydromorphe Böden

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• 1. Hydromorphe Böden entstehen durch die Wirkung von Zuschusswasser. Erläutern Sie 3 Formen von Zuschusswasser und benennen Sie mit wenigen Stichworten die dabei ausgelösten Prozesse der Bodenbildung. Grundwasserzuschuss: Teile des Solums sind ganzjährig mit Wasser gesättigt, über dem Grundwasserspiegel oxidiert Eisen(III) und der Boden wird rot. Unter dem Grundwasserspiegel ist kein Sauerstoff vorhanden, es folgt eine Mobilisierung von Fe(III), welches dann ausgespült wird, der Boden erbleicht. (Gleyböden) Überflutung: Da die Überflutung nur kurzzeitig ist und viel O2 im Wasser vorhanden ist, sieht man in Auenböden meist keine Redoximorphiemerkmale. Dafür sind die Böden geschichtet, durch die Sedimentablagerung. Meist sind die Auenböden im Unterboden kiesig, dann sandig und oben schluffig.  (Auenböden) Stauwasser: Wasser ist nur saisonal anstehend, es kann nicht absickern, Nassphase, Frühjahr: die Fe(III) Ionen werden in den mit Wasser gefüllten Makroporen zu Fe(III) reduziert. Die nun mobilen Ionen diffundieren in das Aggregatinnere. Trockenphase, Herbst: Die Makroporen sind nun mit Luft gefüllt und Sauerstoff dringt bis ins Aggregatinnere. Dort wird nun Fe(II) zu Fe(III) oxidiert. Nach einer Vielzahl dieser saisonalen Anreicherung von Fe(III) im Aggregatinneren entsteht eine ausgeprägte Redoximorphose. (Pseudogley)
• 2. Erläutern Sie 3 Gruppen hydromorpher Böden, die in der deutschen Klassifikation eine Rolle spielen. Marschen Auenböden Moore Stauwasserböden
• 3. Warum spricht man grundsätzlich von Redox-Reaktionen und nicht getrennt von Oxidation und Reduktion, was ist dabei das Redoxpotential? Da keine freien Elektronen direkt vorhanden sind wird immer gleichzeitig ein Stoff reduziert und der andere oxidiert. Oxidation und Reduktion laufen immer gleichzeitig ab. Während der eine Stoff reduziert wird und ein Elektron aufnimmt, wird der zweite Stoff oxidiert und gibt dabei ein Elektron ab. Redoxpotential: Es ist die Spannungsdifferenz, damit Elektronen fließen können. Ist die Differenz groß ist der Fluss erleichtert. Es beschreibt das Maß der Bereitschaft für die Redoxreaktion. Es wird im Vergleich zum Wasserstoff gemessen. Liegt das Potential unter 1, werden Elektronen abgegeben. Liegt das Potential über 1, werden Elektronen aufgenommen.
• 4. Definieren Sie die Begriffspaare Oxidation/Reduktion, Oxidationsmittel/Reduktionsmittel. Ordnen Sie die Begriffe „Elektronendonator“ und „Elektronenakzeptor“ diesen Definitionen mit einem Beispiel aus dem Boden zu. Oxidation: Ein Teilchen (Atom, Ion, Molekül) gibt Elektronen ab. Reduktion: Ein Teilchen (Atom, Ion, Molekül) nimmt Elektronen auf. Oxidationsmittel: Entzieht einem Stoff Elektronen, selber werden sie in der Reaktion reduziert. Reduktionsmittel: Geben Elektronen ab, selber werden sie daher oxidiert. Sauerstoff ist z.B. Elektronenakzeptor und wird reduziert (Oxidationsmittel) und verbindet sich mit Eisen, welches oxidiert wird. Das Eisen ist somit Reduktionsmittel und Elektronendonator.
• 5. Erläutern Sie den Begriff der Redoximorphose, wo kommt sie vor, welche Stoffe und Prozesse sind daran beteiligt? Redoximorphose ist der Vorgang, bei dem ein Boden durch Reduktion/Oxidation von Eisen und Mangan in verschiedenen Oxidationsstufen und durch Transport- und Akkumulationsprozesse der Eisen/Manganionen charakteristisch gefärbt wird. Dieser Vorgang passiert bei unterschiedlicher Sauerstoffverteilung, Eisen und Mangan werden als alternative anaerobe Elektronenakzeptoren verwendet.
• 6. Wie und wo entsteht eine „extrovertierte Redoximorphie? In Aggregaten oder Poren, wo gut Sauerstoff hinkommt, also eventuell an der Oberfläche liegen oder an Wurzelkanälen. Das Wasser dringt von den gesättigten Mikroporen nach außen an die Makroporen, wo viel Sauerstoff ist (gut belüftet). Hier fällt das in dem Wasser gelöste Fe(II) dann als Fe(III) aus. Dadurch ist das Aggregat innen bleich, da das Eisen hier herausgelöst wurde, aber außen rot, weil es hier ausfällt. Tritt in Grundwasserböden auf.
• 7. Beschreiben Sie die Merkmale der extrovertierten und der introvertierten Redoximorphie. Nennen Sie Bodentyp/Horizont(e), die von diesen Prozessen maßgeblich geprägt sind. Extrovertiert: Fe-Anreicherung an Aggregatoberflächen, Fe-Auswaschung im Aggregatinneren. (Gley) Introvertiert: Fe-Anreicherung im Aggregatinneren, Fe-Auswaschung an Aggregatoberflächen. (Pseudogley)
• 8. Welche Faktoren begünstigen die Entstehung der introvertierten Redoximorphose in Pseudogleyen? Im Winter/Herbst füllen sich die Poren komplett mit Wasser / restlicher Sauerstoff wird veratmet, Eisenatmung beginnt (Fe(III) zu Fe(II). Fe(II) diffundiert in den sehr dichten Interaggregatbereich, wo kaum Zugang für organische Substanz und Mikroorganismen sind. Daher herrschen hier höhere Redoxpotentiale: Fe(III) fällt aus. Durch Sauerstoffzufuhr über Makroporen in den Intraaggregatbereich keine Remobilisierung möglich. Saisonales Stauwasser, also Trockenphase und Sättigungsphase; Temperaturwechsel; Schrumpfungsrisse, die sich mit Wasser füllen, während die Mikroporen trocken bleiben. Makroporen mit Wasser gefüllt (Fe(II)-Bildung), Mikroporen mit O2 gefüllt (Fe(III)-Bildung).
• 9. Beschreiben Sie den Bodentyp Pseudogley und seine Horizontierung. Stauwasserboden; redoximorphe Merkmale im Sw und Sd entstehen durch Niederschlagwasser: unter Humusschicht (Ah) befindet sich ein Stauwasser leitender Horizont, der nach unten durch Verdichtung begrenzt ist. Die Stausohle hat eine extrem geringe Wasserleitfähigkeit, aber nicht unbedingt eine geringere Porosität. Pseudovergleyung → Introvertierte Redoximorphose. Ah Sw (Stauwasser – wasserführend) Sd (Stauwasser – dicht gelagert)
• 10. Beschreiben Sie den Bodentyp Gley und seine Horizontierung. Grundwasserboden: vom GW unbeeinflusster Ah-Horizont, darunter rötlicher Go-Horizont, stets nasser, grauer Horizont. Ah: Humusangereicherter Oberboden Go: Gleyhorizont oxidiert: rostfarben, über dem Grundwasserspiegel Gr: Gleyhorizont, reduziert, grau, unter dem Grundwasserspiegel
• 11. Pseudogleye gelten als unfruchtbar. Nennen und erläutern Sie 2 Gründe. Extreme Härte und Trockenstress durch vollständige Austrocknung des Sw Horizonts im Sommer. Bodentemperatur ist bestimmt durch Wärmekapazität des Wassers. Nach dem Winter wird die Kälte im überfluteten Pseudogley lange gehalten. Nach dem Sommer allerdings ausgetrocknet → keine Wärmespeicherung. Sauerstoffärme bei Stauwasser sorgt für Fäulnisprozesse und Freisetzung für die Pflanze ungesunder Stoffe. Außerdem werden Nährstoffe gelöst und unten abgelagert.
• 12. Erläutern Sie kurz 3 Oxidationsmittel/Elektronenakzeptoren, die im Boden eine Rolle spielen und damit verbundene Prozesse. Sauerstoff ist ein wichtiges Oxidationsmittel für Bioturbation, Mineralisierung und Wurzelatmung. Eisen (III): Redoximorphose zu Eisen (II) NO3: N2O → Teilelement des Stickstoffkreislaufes, Dentrifizierung.
• 13. Erläutern Sie kurz 3 Reduktionsmittel/Elektronendonatoren, die im Boden eine Rolle spielen und damit verbundene Prozesse. Fe(II): Wird immobil bei Oxidation mit O2 Organische Substanz reagiert mit O2, es folgt Mineralisierung, Wurzelatmung NH3, NO2: Werden mit O2 Nitrifiziert
• 14. Erläutern Sie 3 Bodentypen mit Grundwasserstand 50, 10 und 0 cm unter GOF auf einem sonst gleichen Substrat (sandig-schluffige fluviale Ablagerungen) die Sie dort erwarten könnten. 50 cm: Normgley: Bis ca. 10 cm: Ah-Horizont, bis 50 cm: Go-Horizont 10 cm: Nassgley: Bis 10 cm Aoh-Horizont (humusangereicherter Oberboden, der stark oxidiert ist) 0 cm: Je nach Standort Moorgley oder Anmoorgley, Je nach Bodentyp Torf oder von Auendynamik geprägter Mineralboden
• 15. Erläutern Sie 3 Merkmale von Marschböden. Sie beinhalten oftmals Prozesse von Auenböden, Grundwasserböden und Stauwasserböden.
• 16. Erläutern Sie, wie und wo in einem Boden mit Schichtung fein und grob bei episodischer Wassersättigung (z.B. Auendynamik) ein Eisenbändchen (z.B. Nadisboden, Ferillo) entstehen kann. Typischerweise sind Auenböden im Untergrund kiesig, darüber sandig und im Oberboden schluffig. Hier kann sich auch leicht ein Ferillo bilden. Fließt die episodische Wassersättigung wieder ab, hält sich das Wasser länger in den feineren Poren der feinen Schichtung während es in der groben Schichtung schnell abfließt. In der noch wassergesättigten Feinschicht gibt es eine mangelnde Belüftung. Organische Substanz wird hier mithilfe von Fe(III) oxidiert, welches an der gut belüfteten Grenze zur groben Schicht oxidativ immobilisiert wird und eine Rostlinie „Ferillo“ entsteht.
• 17. Eine Spatenprobe aus einer Fahrspur riecht nach faulen Eiern. Welcher Prozess und welche chemische Verbindung ist dafür verantwortlich? Sulfidbildung (H2S, Elektronenakzeptor ist SO4, Elektronendonatoren sind organische Verbindungen. SO4 als alternatives Oxidationsmittel unter Anaeroben Bedingungen (da die Fahrspur zum Zusammenbruch der Bodenbelüftung geführt hat).
• 18. Was versteht man unter einem „primären“, was unter einem sekundären“ Pseudogley? Primärer Pseudogley: Ist die Stauschicht geogenen Ursprungs (nicht durch Bodenprozesse entstanden) Sekundärer Pseudogley: Ist die Stauschicht die pedogen durch Einlagerungsverdichtung entstanden ist.
• 19. Ein Bodenprofil weist einen Horizont auf mit Oxidkrusten auf Aggregatoberflächen und gebleichten Aggregatinnenbereichen. Um welchen Horizont und um welchen Bodentyp handelt es sich? Extrovertierter Gleyboden, wir befinden uns im Go-Horizont (Extrovertierte Redoximorphose).
• 20. Erläutern Sie einige Charakteristika der Auenböden. Was unterscheidet sie von Gleyen und Niedermooren? Auenböden zeichnen sich durch episodisches Zuschusswasser aus, das aber auch die Bodenoberfläche überfluten kann. Gley hingegen ist nicht überflutet, sondern steht unter dem Einfluss des Grundwassers, d.h. der Wasserstand beeinflusst die unteren Teile des Bodens. Pseudogley ist halbjährlich komplett überflutet und trocknet dann ab. Niedermoore stehen konstant unter Wasser →Torfbildung. Auenböden zeichnen sich i.d.R. durch eine feste Schichtung aus, die durch die Sedimentation bei den jährlichen Hochwässern entsteht. Auenböden besitzen i.d.R. keine Redoximorphiemerkmale. Typischerweise sind Auenböden im Untergrund kiesig, darüber sandig, und im Oberboden schluffig (Sedimentationsgeschichte).

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