Bodemkunde samenvatting cursus PDF

Preview

Summary

Samenvatting van cursus bodemkunde: Academisch jaar 2018/2019...

Description

Bodemkunde: 1. Inleiding: De bodemkunde of pedologie is een wetenschap die zich bezighoudt met de studie van de vorming en samenstelling van de bodem. Aardkunde en geologie houdt zich bezig met de studie van gesteenten en diepere lagen van de aardkorst.

Bodems hebben niet alleen een landbouwkundige functie, maar ook een delfstoffunctie en energievoorzieningsfunctie en een watervoorzieningsfunctie.

Voornaamste doelstellingen van deze cursus:      

De samenstelling van de aardkorst in België Processen die aanleiding geven tot bodemvorming De voornaamste fysische kenmerken van de bodem De voornaamste chemische kenmerken De spreiding van de bodems De basisprincipes van bodemkartering.

Samenstelling van de bodem: 

Is de verhouding tussen vast, vloeibaar en lucht. Vast  Mineraal (48%)

Vaste gesteente

Vloeibaar

Gas

Water

Lucht

30% (25%)

20% (25%)

 Org stof (2%) 50%

Ecosysteemdiensten:    

Delfstoffen Watervoorziening Landbouwkundige functie Bodem koolstof opslag

2. Opbouw van de aarde: (geologie)

De vaste gesteenten van de aardkorst liggen aan de basis van de bodemvorming. Door het bestuderen van seismische golven die vrijkomen bij aardbeving heeft men vastgesteld dat in de aarde een reeks concentrische schillen kan onderscheiden worden.

2.1. De kern: De aardkern omvat een vaste binnenkern en een plastisch vloeibare buitenkern. Convectiestromingen in de buitenkern zorgen voor de opwekking van het magnetisch veld.

De mantel: De mantel is hoofdzakelijk samengesteld uit ijzer en magnesiumrijke silicaten en oxiden. De mantel vormt de hoofdmassa van de aarde.

De korst: De buitenste laag van de aarde is een lichte, brosse korst. De aardkorst bestaat voor 95% uit stollingsgesteente en 5% uit sedimentaire gesteente. Continentale korst bestaat vooral uit stollingsgesteente met een lage dichtheid, zoals adesiet en graniet. Terwijl de oceanische korst vooral uit gabbro en basalt bestaat. De buitenste laag van de aarde is rigide, omdat de korst en het bovenste deel van de mantel zacht zijn en wordt de lithosfeer genoemd. In het bovenste deel van de aardkorst bedraagt de geothermische gradiënt ongeveer 3°C/100m.

Platentektoniek: In 1912 publiceerde de Duitse geofysicus Alfred Wegener een ophefmakende theorie over het ontstaan van de continenten en de oceanen. Zijn theorie hield in dat er op het eind van het Paleozoïcum slechts 1 groot continent Pangea bestond. Er zijn 3 types plaatgrenzen: convergente platen (naar elkaar toe), divergente platen (weg van elkaar) en transforme platen (langs elkaar). Bij convergente platen zal de ene onder de ander wegduiken dit noemt subductie. Een trog is een erg smalle, diepe kloof in de zeebodem, daar waar de ene plaat onder de andere duikt. Een horst is een gedeelte van de aardkorst dat na een aardbeving, afschuiving of opheffing van de druk omhoog gekomen is, terwijl de slenk bij hetzelfde proces naar beneden is gezakt.

Schematisch overzicht:

Soort botsing: Wat gebeurt er? Divergente platen = bewegen uit elkaar Opening tussen continentale platen Rustig vulkanisme en slenkvorming Convergente platen =bewegen naar elkaar toe Continentale tegen continentale Gebergtevorming Continentaal tegen oceanische Agressief vulkanisme Oceanische tegen oceanische Agressief vulkanisme Transforme platen= schuiven langs elkaar Langs elkaar aardbeving Mineralen: Inleiding: Gesteenten zijn opgebouwd uit een verzameling van mineralen. Mineralen zijn de kleinste eenheden met een homogene samenstelling die in gesteenten voorkomen.

Elementen: Deze klasse omvat de mineralen waarvan de samenstelling uit 1 element bestaat. Deze mineralen zijn zeldzaam en belangrijk vanuit economisch standpunt.

Sulfiden en aanverwanten: Bevat de mineralen waarbij S, AS, Bi, Sb, Se of Te is. Deze klasse is bijzonder belangrijk voor de extractie van metalen.

Oxiden en hydroxiden: Deze klasse groepeert de mineralen waarbij het anion O of OH is. Is een belangrijke groep voor extractie van metalen.

Halogeniden: Deze klasse omvat de mineralen die F, Cl, Br of I als ion hebben. Omvat ondermeer de zouten haliet en fluoriet.

Carbonaten: Deze klasse omvat de mineralen die als anioncomplex CO3)2-, NO3)-1 of BO3)-3 hebben. Dit zijn de belangrijkste mineralen omdat enkel carbonaten hoofdmineraal van gesteente zijn, aangewend als industrieel mineraal of dienen voor de extractie van metalen.

Verbindingen met 3 omringing: Hier bestaat het anion uit een centraal deeltje omringd door 3 zuurstofdeeltjes.

Verbindingen met zuurstof in vier omringing met een element uit groep 6 en 16: Hier bestaat het anion uit een centraal deeltje piramidaal omringd door 4 zuurstofdeeltjes en de lading bedraagt -2.

Silicaten: Silicaten zijn veruit de meest voorkomende mineralen. De silicaten zijn te beschouwen als een bouwwerk van tetraëders van zuurstof met in het centrum een Si ion.

Nesosilicaten of eilandsilicaten: Geïsoleerde tetraëders meestal verbonden door metaalionen.

Groepsilicaten: Sorosilicaten of zuurstofsilicaten waarbij tetraëders paarsgewijs gegroepeerd zijn en cyclosilicaten of ringsilicaten waarbij tetraëders als ring van 3, 4 of 6 tetraëders gegroepeerd zijn.

Inosilicaten of ketensilicaten: Hierbinnen worden 2 vormen onderscheid: Enkele ketens: aaneenschakeling van tetraëders als een enkele keten: pyroxenen bv. Diopsiet. Dubbele ketens of snoeren die ontstaan uit een koppeling van 2 naast elkaar liggende ketens.

Phyllosilicaten of bladsilicaten: De bladsilicaten zijn belangrijk omdat ze de glimmers en de kleimineralen bevatten. Kleimineralen zijn verwervingsproducten van primaire mineralen en belangrijke componenten van de bodem. Bladsilicaten zijn opgebouwd uit afwisselende platen uit tetraëders (T) en octaëders (O).

Het silicium in de tetraedrische laag en het aluminium in de octaedrische laag kunnen onderworpen zijn aan verandering of substitutie door andere ionen van vergelijkbare afmeting.

Type (T-O) mineralen: kaoliniet De kristaleenheid van 1:1 type mineralen is samengesteld uit een silicium laag afgewisseld met een aluminium laag. In de bodems is kaoliniet het meest representatief voor deze groep.

Er wordt bijgevolg een netwerk opgebouwd en er kan geen gewone expansie plaatsvinden tussen de eenheden als de klei wordt bevochtigd. Ook is er weinig isomorfe substitutie in dit mineraal. Samen met de relatieve lage oppervlakte van kaoliniet speelt dit een rol voor de lage absorptie capaciteit van kaoliniet rijke bodems.

Type T-O-T mineralen, expandeer baar: De kristaleenheden van deze mineralen worden gekenmerkt door een octaëderblad sandwich tussen 2 tetraëderbladen. P17

o Montmorilloniet: Deze kristaleenheden zijn losgebonden door zwakke zuurstofverbindingen. Watermoleculen zowel als kationen worden tussen de kristaleenheden aangetrokken en veroorzaken expansie van het kristalnetwerk. De beweging van water en kationen tussen de montmorilloniet eenheden veroorzaken een grote inwendige oppervlakte die ruim de uitwendige oppervlakte van het mineraal overschrijdt. o Vermiculiet: Deze mineralen hebben eigenschappen die gelijk zijn aan montmorilloniet. In de tetraëderlagen van vermiculiet komen veel substituties voor van Al+3 voor Si+4. Dit staat in voor de meestal zeer hoge netto negatieve lading in deze mineralen.

Type T-O-T mineralen, niet expandeer baar: Als typevoorbeeld wordt illiet aangehaald. Deze mineralen bevatten eveneens een typische 2:1 netwerktype, maar de bron van de lading is eerder te vinden in de tetraëder laag dan in de octaëder laag. Dit resulteert in een hoge negatieve lading in de tetraederlaag. De kalium handelt hierbij als binding het geen de expansie van het kristal belemmert.

Type mineralen: Deze silicaatgroep wordt vertegenwoordigd door chlorieten, die veel voorkomen in bodems. Chlorieten zijn basissilicaten van magnesium, met wat ijzer en aluminium. Magnesium domineert de octaëder positie. Er wordt weinig water geabsorbeerd, dus deze mineralen zijn weinig tot niet expandeerbaar.

Ionen in en uitwisseling: Alleen de ionen die zich bevinden tussen inwendige en uitwendige oplossingen kunnen gemakkelijk aan de aantrekkingskracht van hun colloïde ontsnappen en in de uitwendige oplossing belanden.

Bij uitdroging van de bodem stijgt de ionenconcentratie in het bodemwater, terwijl bij herbevochting de ionenconcentratie in het bodemwater verdund wordt. Ook bij bemesting stijgt de ionenconcentratie van het bodemwater. Bij de meeste bodem colloïden stijgt de inwisselingssnelheid van de kationen met gelijke valentie naarmate hun hydratatiegraad daalt. Ca+2>Mg+2>H+>K+>Na+ In klei arme maar humusrijke bodems worden de eenwaardige ionen slechts zeer zwak gebonden en zijn ze bijgevolg heel gevoelig aan uitspoeling. Bodems rijk aan illiet staan aangeschreven als K- en NH4- fixerende bodems.

Invloed van de vegetatie: In de eerste plaats scheiden plantenwortels CO2 en organische zuren af en deze verhogen de H concentratie van het bodemwater. In feite zijn het de van de plant afkomstige H ionen die de uitwisseling van en door de bodem gebonden ionen bepalen.

Gesteenten: Inleiding: Gesteenten zijn opgebouwd uit een verzameling van mineralen. Volgens hun ontstaanswijze worden natuurlijke steensoorten in 3 grote groepen onderverdeeld: o De magmatische of stollingsgesteente: ontstaan door stolling van het gesmolten materiaal dat uit diepere gedeelten van de aarde opwelt. o De sedimentaire of afzettingsgesteenten: vormen zich door de accumulatie van afbraakmateriaal van andere gesteenten of resten van organismen. o De metamorfe gesteenten: wordt gevormd door de ombouw van andere gesteenten onder invloed van hoge druk en/of temperatuur. Dit wordt verder geïllustreerd aan de hand van de gesteentecyclus die de processen beschrijft die tussen de 3 soorten gesteenten plaatsvinden. Vertrekkende van een magma of silicaatsmelt bekomt men door uitkristalisatie of stolling de stollingsgesteenten. Als deze gesteenten nabij of aan het aardoppervlak komen, zullen zij verweren, geërodeerd worden en eventueel afgezet worden wat resulteert in sedimentaire gesteenten. Tijdens de diagenese zullen deze losse gesteenten compact en gecementeerd worden. Dit proces van rekristallisatie leidt tot de metamorfe gesteenten.

In de geochemie wordt dit milieu primair milieu genoemd.

De sedimentaire gesteente wordt gevormd nabij de aardoppervlak. Dit is het secundair milieu met als omstandigheden:   

Minder temperatuur Druk van enkel 1 atmosfeer Vrije o2

Magmatische of stollingsgesteente: Temperatuur of drukveranderingen in de bovenste mantel of in de korst doen het aanwezige gesteentemateriaal smelten tot een vloeibaar magma. Echter tijdens de afkoeling van het magma kristalliseren alle silicaten niet gelijktijdig uit.

Indeling op basis van hun afkoelingswijze: Afhankelijk van de afkoelingssnelheid zullen gesteenten met een zelfde samenstelling een ander uitzicht verkrijgen.

Plutonische of intrusieve gesteenten: Worden gevormd op relatief grote diepte door uitkristalisatie van magma. Dit betekent dat ze stollen bij relatief hoge temperatuur en druk en dat ze traag stollen, waardoor de minerale uitgroeien tot betrekkelijk grote elementen met een diameter begrepen tussen 1 en 10 mm en dus duidelijk met blote oog te herkennen.

Vulkanische of extrusieve gesteenten: Wordt gevormd op of nabij het aardoppervlak, tijdens een vulkanische uitbarsting, dus bij lage druk en relatief lage temperatuur. Snelle afkoeling leid tot zeer fijne korrelig gesteente met korrels met een diameter kleiner dan 0.1 mm. Pyroklastische gesteenten omvatten alle ejecta, zoals bommen, lapilli en as.

Ganggesteenten: Wordt gevormd in omstandigheden intermediair aan de 2 voorgaande door stolling van magma in een kloof, spleet, breuk of pijp. 

Dikwijs gebeurt de afkoeling in 2 stappen: de eerste is de trage afkoeling waarbij de grotere kristalen gevormd worden en de 2de is de snelle afkoeling die optreed na uitvloeiing of na opstijging in een spleet. Men spreekt van een porferische structuur of textuur.

Indeling op basis van SiO2 of kwartsgehalte: Het onderscheid tussen de stollingsgesteenten berust sterk op de hoeveelheid silica en ijzer en magnesiumhoudende mineralen: Bij zure gesteente: is gehalte silica >65% Bij basische gesteente: is geen vrij kwarts aanwezig maar wel veel ijzer en magnesium aanwezig  Bij intermediaire gesteente bedraagt het silica gehalte 52 à 65%  Bij ultra basische of mafische gesteente is > 45% silica aanwezig. Basische gesteente daarentegen zijn over het algemeen donker van kleur omdat ze veel donkere of mafische mineralen bevatten. Mafisch is een acroniem voor magnesium en ferrum, feldspar en silica.  

Sedimentaire of afzettingsgesteenten: Ontstaan: De sedimentaire gesteenten nemen maar 5% van het volume van de aardkorst in, toch zijn ze zeer belangrijk omdat ze landoppervlakte van de aarde voor 75% bedekken.

Sedimenten bestaan uit deeltjes kleiner dan 1 micrometer tot blokken van meerdere meters. De gesteentefragmenten en de mineralen waaruit ze samengesteld zijn, zijn afkomstig van de afbraak van andere gesteenten. Na de afzetting kunnen losse sedimentaire gesteenten ook nog verdere fysische en chemische wijzigingen ondergaan. Deze overgang van los naar vast gesteente duidt men aan met de term diagenese.

Onder fysische en chemische wijzigingen onderscheiden we:     

Compactatie: samendrukken van sedimenten door het gewicht van de erop liggende lagen. Cementatie: nieuwvorming van cementerende mineralen in de poriën tussen de afgezette korrels. Rekristalisatie: omvorming van mineralen zonder verandering van chemische samenstelling. Metasomatose: vervanging in een sediment van bepaalde mineralen door andere met een verschillende chemische samenstelling. Concretievorming: meestal scherp begrensde concentraties van een ander mineraal dan waaruit de hoofdmassa bestaat.

Voorbeelden van sedimentgesteenten:    

Puddingsteen Balegemse steen Doornikse steen Heuvellandse ijzerzandsteen

Metamorfe gesteente: Ontstaan: Metamorfe gesteenten ontstaan uit reeds bestaande gesteenten ten gevolge van hoge temperaturen en/ of druk waarbij mineralen onstabiel worden en herkristaliseren een daarbij een grondige verandering teweeg brengen in het uitgangsgesteente.

Indeling van metamorfe gesteente: Men onderscheid metamorfe gesteenten in functie van de aard van de metamorfose.  

Kataklastisch metamorf gesteente ontstaat door verhoging van druk langs breuken. Thermisch metamorfe gesteente ontstaat rond magmatische intrusies door vorming van nieuwe mineralen onder invloed van verhoogde temperatuur.

Beknopte geologische opbouw van België: De ondergrond van België is vrijwel geheel uit sedimentaire gesteenten opgebouwd. Stollingsgesteenten komen slechts sporadisch voor. Vulkanische gesteenten werden onder meer aangeboord in de ondergrond van centraal West-Vlaanderen.

Het primair tijdperk vormt het bassiskelet van België. Door de caledonische orogenese werden ongeveer 400 miljoen jaar geleden de gesteenteformatie van het cambrium, het ordovicium en het siluur opgeplooid. Op het einde van die periode werden de paleozoische gesteenteformaties door de Hercynische orogenese op hun beurt geplooid. Een anticline is een plooi met naar beneden wijzende flanken, waarbij de aardlagen aan de binnenkant de oudste zijn. Een syncline is een plooi waarbij de flanken omhoog wijzen en waarbij de aardlagen aan de binnenkant de jongste zijn. Een anticlinorium en synclinorium zijn een geheel van opeenvolgende syclines en anticlines die totaal respectievelijk een grote antcline of sycline vormen.

Tijdens de secundaire tijdperk en de tertiaire tijdperk werd het af geërodeerd gebergte meerdere malen overstroomd en bedekt door een steeds in dikte toenemende laag sedimenten. De afzettingen uit het Mesozoïcum zijn voornamelijk halfharde kalkachtige mariene afzettingen. De afzettingen uit het Cenzoïcum bestaan overwegend uit marien los materiaal, met name een afwisseling van zand en kleilagen dat in diepe zeeën werd afgezet.

De hardheid van verschillende afzettingen kan wisselen, zodat er tijdens de landwordingen een differentiële erosie optrad, wat leidde tot typische landschapsvormen, zoals getuigenheuvels, cuesta’s zijn asymmetrische heuvels of bergen en worden gevormd in sedimentaire opeenvolging van meer en minder erosiegevoelige lagen onder een zwakke helling. Getuigenheuvels zoals de WestVlaamse heuvels zijn in onze streken ontstaan nadat de zee is weggetrokken.

Op het einde van de tertiair vond de alpiene orogenese plaats met vorming van de alpiene gebergteketens. Tijdens het eoceen zijn er belangrijke stukken van West-Europa boven de zeespiegel komen te liggen zodat er zich een binnenzee heeft gevormd, de aanzet naar de

huidige Noordzee. Heel het westelijk deel van België maakte toen deel uit van een relatief kalme zee. Het is de bekende klei van Ieper, die in het Kortrijkse een belangrijke baksteenindustrie heeft doen ontstaan.

Gedurende het oligoceen en mioceen traden een aantal transgressies en regressies op met afzetting van verschillende klei en zandlagen, waaronder de boomse klei, diestiaans zand.

De eerste periode van de quartair het plioceen, is gekenmerkt door een algemeen klimaat verslechtering. Tijdens deze periode vormde zich een reeks ijstijden gescheiden door warmere tussenperiodes. Tijdens ijstijden wordt veel zeewater vastgehouden in de ijskappen en daalt het zee niveau. Over het algemeen is dit eolisch materiaal fijner naarmate het verder van zijn herkomstgebied is afgezet. In die tijd ontsprong de maas in de Vogezen. In de brede waaiers werden dikke plakketten grof zand en grint afgezet. Dit grind zou later beter weerstand bieden aan de erosie zodat we dit nu als het “kempisch plateau” in het reliëf zien uitsteken. Dat betekent meteen ook dat de erosie weer in werking trad. Het geheel wordt de “Vlaamse vallei” genoemd. De ontstaan geschiedenis van onze kustvlakte. De huidige kustvlakte is het resultaat van een complexe opvulling die 10 000 jaar geleden begon na de laatste ijstijd. Oorzaak van de zeespiegelstijging was de algemene verwarming van het klimaat naar het einde van de ijstijd toe, en het afsmelten van de ijskappen. De verwarming van het klimaat, had ook gevolgen de planten waardoor de vegetatie geleidelijk aan veranderde in een zoetwatermoeras. Hierin stapelde zich veen op, het basisveen genaamd. De sterke stijging van de zeespiegel in de periode voor 7500jaar geleden leidde tot een aanzienlijke landwaartse verschuiving van het getijdengebied samen met de afzetting van een bijna 10m dik pakket zand en klei. Daardoor kon er zich een dunne zoetwaterlaag vormen juist onder de schorre en kwamen al vrij snel zoetwatermoerassen tot stand waarin vooral riet groeide dat zich opstapelde tot veen. Daar na werd ook nog zand en klei afgezet. De kustvlakte uit de periode tussen 7500 en 5500 jaar geleden bestaat hoofdzakelijk uit een afwisseling van wad sedimenten met veenlaagjes.

Dit veen wordt ook het oppervlakte veen genoemd en heeft een dikte van 1à 2m. Dit gebeurde via getijgeulen. Daardoor werd het veen aan de randen van de geulen weggeslagen of geërodeerd. Dit veroorzaakte ontwatering van het veen waardoor het ging inklinken. Dit leidde tot een landwaartse verschuiving van de kustlijn. De uiteindelijke totale verlanding van het gehele gebied werd mede in de hand gewerkt door de mens die de vlakte beetje per beetje begon te dijken.

Bodemvorming: factoren en processen Inleiding: Als gevolg van gedeeltelijke verbrokkeling en afbraak van gesteenten ontstaat een verwerkingsmateriaal waarin zich na ver...