Einführung in die Bodenkunde Prüfungsfragen für die Klausur PDF

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Einführung in die Bodenkunde Prüfungsfragen für die Klausur...

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Bodenkunde a) Fragen zur Landschaftsgeschichte und Gesteinskunde b) Fragen zur allgemeinen Bodenkunde c) Fragen zur angewandten Bodenkunde und Standortlehre 1. a) Vergleichen sie Granit und Gabbro bzgl. Entstehung, Struktur, Mineralzusammensetzung und Verwitterungsfähigkeit! Entstehung: - beides Magmatite (magmatische Gesteine) - Erstarren im Erdinneren - erstarrt in großen Tiefen sehr langsam (langsamer als an Erdoberfläche) - große Kristalle entstehen (Kristallisation = wenn fester Körper geordnet ist, dann ist es ein Kristall - an Erdoberfläche kann dieser große Kristallkomplex nicht gebildet werden, da Zeit zum Abkühlen wesentlich kürzer ist

Struktur Mineralzusammensetzung

Verwitterbarkeit

Granit körniges Gemenge 30-35% Si-reich,darum sauer Quarz 27 Vol % Feldspat 35 Vol% Biotit (Glimmer) 5 Vol% verwittert relativ schlecht, wobei die einzelnen Mineralbestandteile unterschiedlich schnell verwittern (Erzegbirge, Harz)

Gabbro (Basalt, Diabas) quarzfreies, kieselsäurearmes, körniges Tiefengestein, Careich Pyroxen 32 Vol% Feldspat 50-60 % Verwittert relativ gut Verwittert auch schneller als Granit, da im Granit mehr Quarz enthalten ist (Harz, Schlesien)

1. b) Wie kommt es zur Wasserbewegung im Boden? Erläutern sie die Darcy-Gleichung! Beschreibung der Wasserbewegung: (Darcy-Gesetz) Q k*

q * dY *t H

Q = Wassermenge (cm³) q = durchflossener Querschnitt (cm³) dY = Druckdifferenz (cm WS, hPa) WS = Wassersäule H = durchflossene Strecke (cm) T = Zeit (s)

Wasser wird z.B. über Niederschläge dem Boden zugeführt. Wenn das Wasser auf dem Boden ist, kommt es zur Sickerung. Das Wasser sickert in die Poren des Bodens. Je nach Porengröße wird es gehalten, oder in tiefere Schichten verlagert. Bei großen Poren gelangt das Wasser relativ schnell in größere Tiefen. Bei kleinen und mittleren Poren wird es längere Zeit gehalten. Der gegenteilige Effekt ist die Kapilarwirkung im Boden. Wasser kann so auch verlagert werden. Auch hier gilt: bei kleineren Poren eine größere Kapilarwirkung als bei Größeren, da aufgrund des kleineren Durchmessers weniger Kraft aufgebracht werden muss um das Wasser zu verlagern. Auf flüssiges Wasser wirkt senkrecht nach unten gerichtete Schwerkraft (Gravitationspotential) und in alle Richtungen wirksame Kräfte (Matrixpotential  Bodenspannung) Die Bewegung erfolgt entlang von Potentialgradienten - Gültigkeit der Darcy-Gleichung setzt ein laminares Fließen voraus, für große und kleine Poren - sie beschreibt eindimensionale Strömungen (in eine Richtung) - im boden nie statisches GG durch NS und Evaporation die Entstehung Potential verhindern - Wasser stehts in Richtung niedrigstes Potential - Ausmaß Wasserbewegung  abhängig von Porenvolumen, Durchlässigkeit, Sickerung, Kapilarwirkung, Wasserleitfähigkeit 1.c) Welche Unterschiede in den Standorteigenschaften bestehen zwischen Rohmarsch und Kleimarsch? Rohmarsch Salzmarsch = Rohmarsch

allgemein Gründigkeit Durchwurzelbarkeit Wasserhaushalt Lufthaushalt Nährstoffhaushalt Vorrat Verfügbarkeit Schadstoffe Nutzung

schlecht gut schlecht schlecht

Kleimarsch bereits Tonverlagerung (Verbraunung) gut gut gut gut

Sehr gut gut Na+ Weide

mittel gut keine Acker, Weide

2. a) Wie haben sich Kaltzeiten auf Landschaftsentwicklungen und Böden ausgewirkt? -

durch Vereisung werden Böden verändert (durch das Überziehen mit einer Eisschicht wird Gestein zermahlen) Mitteleuropa wurde in verschiedenen langen Zeiträumen mit Eis überzogen Weichsel-Vereisung: bis Höhe Berlin Saale-Vereisung: bis Höhe Halle/Leipzig Elster-Vereisung: bis Höhe Erfurt im Alpenraum sind die Böden durch Kalkstein gekennzeichnet

-

im Norden Europas silikatische Gesteine; diese Böden sind nach Vereisung entstanden, da das Eis auch Gestein transportiert  durch Steine kann auch der Transportweg des Eises nachvollzogen werden der Rückzug des Eises ist sehr unterschiedlich Wartestadium: das Eis zieht sich zwar zurück, aber es kommt auch immer wieder zu Vorstößen; so ist die Kette des Flämings entstanden; Grundsätzlich entstehen Endmoränen beim Vorst0ß des Eises wird das Gelände abgeflacht durch abfließendes Wasser wird grobes Gestein transportiert  Ursprungstäler entstehen im vorgelagerten Raum hat Permafrost geherrscht  sehr kalt, also keine Vegetation Material wird durch Wind, Wasser und Eis transportiert

Grundmoräne: - flache, wellige Landschaften - Material unsortiert nach dem Abschmelzen abgelagert - hoher Karbonatgehalt Endmoräne: - Entstehen an der Gletscherstirn - Material ist Blockreich – Geschiebe - unsortiert - grober als Endmoräne, weil das Feisediment vorher durch Schmelzwasser ausgespült wurde Sander: - flächenförmige Ausbildung - durch Ausspülung der Schlufffraktionen und des Karbonates meist geringe Böden Urstromtäler: - Schmelzwasserabfluss, Ablagerungen von Sander, besser sortiert als die Moränen - Hoher Grundwasserstand und Vermoorung, aber auch Trockenstandorte - Seen durch Toteisabschmelzung - In den Senken entstanden Beckentone und Beckenschluffe 2. b) Welche Informationen gibt die Kenntnis der Bodenart und des Bodentyps? Bodenart  Korngrößenverteilung: Die Bodenart gibt Informationen über den Porenanteil, sowie die Porengröße. Auf einem Boden, wo Blöcke übereinander angeordnet sind, ergeben sich Räume (Poren) im Meterbereich. Auf Sandböden sind die Poren im Bereich 2mm bis 63µm, bei Schluff 63µm bis 2µm und bei Ton von 2µm bis 2nm. Aufgrund der Bodenart kann somit auf das Porenvolumen sowie die Durchlüftung und Wasserleitfähigkeit geschlossen werden. Bodentypen: Die Merkmale im Boden, wie Farbe, Fleckung usw. sind das Ergebnis von chem., phys. Und biologischen Prozessen. Diese Prozesse führen zur Bildung von Böden (Pedogenese). Böden mit charakteristischen Horizontfolgen und bestimmten Eigenschaften der Horizonte werden zu Bodentypen zusammengefasst. Die Bodentypen geben somit einen Überblick über die Horizonte und die Zusammensetzung der Böden

- isogen  gleiche Entstehung, Entwicklung  Verwandtschaft - isomorph  gleiche Merkmalsausprägung - isofunktional  gleiche Funktion oder Reaktion im Ökosystem - isotop  am gleichen Ort auftretend Der Bodentyp wird u.a. beeinflusst durch Wasser, Ausgangsgestein, Klima, menschliche Eingriffe, bodenbildende Faktoren. 2.c) Welche wichtigen Beziehungen zwischen Bodenart, Gefügeform und Standorteigenschaften gibt es? Bodenart  Korngrößenverteilung (Schluss, Ton, Sand) Die Lagerung der Fraktionen können nicht pauschal betrachtet werden. Bei näherer Betrachtung fällt auf, dass es unterschiedliche Formen des Lagerungszustandes (der Gefügeform) gibt, d.h. unterschiedliche Prozesse bestimmen Anzahl und Lagerung der festen Bodenpartikel in einem festen Raumausschnitt. In einem solchen Raumausschnitt kann der feste Anteil dicht, locker, homogen, akkumuliert, aggregiert vorliegen. Die Art verschieden ausgebildet en Gefüges beeinflusst auch ph.-u. ch. Vorgänge.  Unterteilung in Einzelkorngefüge, Kohärentgefüge, Aggregatgefüge Die Standorteigenschaften werden von Bodenart und Gefügeform maßgeblich beeinflusst. Von diesen hängt die Durchwurzelbarkeit sowie die Wasser- und Luftversorgung ab. Der Wasserspeicher und die Durchlüftung stehen in Beziehung zu Grob- und Mittelporen. 3. a) Vergleichen sie ein Tiefengestein und ein Ergussgestein hinsichtlich Entstehung, Morphologie, Mineralzusammensetzung und Verwitterbarkeit! Ergussgestein Basalt Magmen, welche bis zur Oberfläche aufgedrungen sind, erstarren relativ schnell zu mehr weniger feinkörnigen vulkanischen Gesteinen Es entstehen aufgrund der leichten Morphologie Bei vollständiger Verwitterung Verwitterung i.d.R. gut bearbeitbare, zerfallen Granite in grusige, nährstoffreiche, tiefgründige Böden, lehmige, sandig-lehmige Bodenarten, mit hohem Gehalt an mit günstigem Wasser- u. Lufthaushalt Alkalien MineralAllg. ein körniges Gemenge aus Quarzfreies, kieselsäurearmes Zusammensetzung Quarz Alkalifeldspäten und Biolit Gestein, Ca-reich, zurücktretende Homblende, Biolit, nur z.T. Olivin Verwitterbarkeit Langsam, da hoher Quarzanteil Gut, da nur geringer Quarzanteil, nur schwer verwittert Oxidationsverwitterung setzt an Gestein Entstehung

Tiefengestein Granit Magma erstarrt im Erdinneren nur sehr langsam zu meist grobkörnigen Tiefengestein

3. b) Wodurch entstehen saure Böden? Wodurch können sie gepuffert werden? Versauerung: Allmähliche Auflösung im Boden verhandenen Calciumcarbonates und die Verwitterung des Anteils basisch wirkender Metallionen, insbesondere der Ca-Ionen, am Ionenbelag der Bodenkolloide und ihr Einsatz durch H- und Al-Ionen, bewirken eine zunehmende Versauerung des Bodens. Verschiedene Quellen der Versauerung: Niederschläge: - gerade saurer Regen spielt eine Rolle - durch den Verbrauch von fossilen Brennstoffen werden Säuren emittiert - der mittlere ph-Wert des Niederschlagswassers beträgt in ländlichen Regionen z.T. 4,1 bis 4,5 und sinkt in Ballungsgebieten noch weiter ab - in humiden Klima mit positiver klimatischer Wasserbilanz werden die durch H+ in die Bodenlösung ausgetauschten Basen ausgewaschen, in ariden Klimaten kommt es zu einer Salzanreicherung im Oberboden Vegetation: - die Vegetation produziert wesentlich mehr Säuren, bei der Atmung von Bodenorganismen und Pflanzenwurzeln entstehen H+ und Kohlendioxid - schlecht gepuffert Böden können mit steigender Kohlendioxidkonzentration vor allem dann versauern, wenn durch verschlämmung und Verdunstungen der Bodenoberfläche ein Gasaustausch zur Kohlendioxid-ärmeren Atmosphäre nicht möglich ist - durch Humifizierung entstehen vor allem in der Streudecke der Wald- und Grünlandböden als Ab-und Aufbauprodukte org. Säuren Grundwasserböden mit S-haltigen Mineralen: - durch Oxidationsverwitterung kann die Bodenreaktion bis auf < ph 2 absinken  jegliches Leben im Boden unterbinden Bodennutzung durch den Menschen: - es hängt von Kulturarten und ihrer Durchwurzelungstiefe ab, ob angereicherte Basen aus dem Unterboden in den Oberboden gelangen landw. Produkte: - diese entziehen dem Boden nur wenige Basen Pufferung: Bezeichnet man die Eigenschaft eines chem. Systems, Reaktionsverschiebungen beim Hinzutritt von H- oder OH-Ionen abzufangen Puffersysteme: Carbonat-Pufferbereich; Silicat-Pufferbereich; Austauscher-Pufferbereich; AluminiumPufferbereich; Eisen-Pufferbereich

3. c) Wie bestimmt man den Kalkbedarf eines Braunerde Pelosols und eines kultivierten Hochmoors? Der Kalkbedarf ist di Kalkmenge, die zur Erhöhung um einen bestimmten ph-Bereich nötig ist, und wird aus der Acidität des Oberbodens ermittelt (Titration der Bodenlösung) Braunerde Pelosol Kalkbedarf wesentlich höher Ah, Bv, C Horizonte Calcit ausgewaschen überwiegend mineralische Substanz

Hochmoor Kalkbedarf wesentlich geringer org. Substanz> 30% unabhängig vom Grundwasser entstanden hohes Porenvolumen niedrige ph-Werte (ph 2,5 bis 3,5) als reine Regenwassermoore sehr nährstoffarm

 die mit dem ph-Wert verbundenen Konzentrationen an Aluminium und Schwermetallen und deren Toxizität spielen im Pflanzenbau eine wichtige Rolle Kalkbedarfsbestimmung: - der optimale ph-Wert ist abhängig von einer Reihe Fraktionen:  toxische Stoffe wie Aluminium; Humusabbau; Bodengefüge Der Kalkbedarf bei Hochmoor ist viel geringer als bei Braunerde Pelosol, da beim Hochmoor wegen des hohen Anteils an org. Substanz es nicht schnell zu einer Al-Toxizität kommen kann. Möglichkeiten zur Bestimmung des Kalkbedarfs: 1. zusätzlich zur ph-Wertbestimmung mit 0,01M Calciumchlorid eine weitere phWertbestimmung mit 1M Calciumacetat und dann aus Tabellen ablesen 2. genauer wird Kalkbedarf über Titration der Bodenlösung bestimm

4. a) Vergleichen Sie Quarz und Olivin hinsichtlich Struktur, chem. Zusammensetzung, Verwitterbarkeit und möglicher Neubindungen!

Struktur chem. Zusammensetzung

Quarz Gerüstsilikate SiO2

Verwitterbarkeit

hohe Witterungsbeständigkeit, da feste O-Brücken vorhanden sind

mögl. Neubildung

bei Verwitterung entstehen Tonminerale; in Siliciumoxid reichen Restschmelzen entsteht durch Alterung Opal (Opal entsteht bei Verwitterung von Silikaten)

Olivin Inselsilikate 42% Siliciumdioxid 42% MgO 10% FeO Die SiO4-Koordination der Tetraeder ist sehr fest, die Bindungen der Kationenbrücken zw. Den Tetraedern relativ labil  durch Säureeinwirkung zu spalten  unterliegt rascher chem. und ph. Verwitterung Entstehung von Tonmieralen

4. b) Wie unterscheiden sich Tonminerale, Huminstoffe und Oxide in ihren Austauschereigenschaften? Je größer die Oberfläche und je größer die Ladung einer Flächeneinheit eines Austauschers, desto mehr können austauschbar gebunden werden Humus  Ton  Oxid  am größten also bei Humus (org. Substanz), dann Ton und am kleinsten bei Oxiden 4. c) Wie unterscheiden sich die pF-Wg-Kurven eines Podsols-Ae-Horizonts aus Dünensand und eines Podsols-P-Horizonts aus Tonstein und welche Aussagen über den Wasser und Lufthaushalt sind daraus abzuleiten? -

tonige Böden besitzen wesentlich mehr Feinporen als sandige Böden daraus ergibt sich, dass der permanente Welkepunkt auf sandigen Böden bei einem wesentlich niedrigerem Wassergehalt gegeben ist als bei tonigen Böden permanenter Welkepunkt: der Punkt, wo eine Referenzpflanze (Sonnenblume) irreversibel zu welken beginnt (pF 4,2) oberhalb vom PWP Wasser zu festgebunden, unterhalb vom PWP Wasser zu locker gebunden und damit versickert es in tonigen Böden gibt es wesentlich mehr nicht pflanzenverfügbares Wasser als in sandigen allerdings auch wesentlich mehr pflanzenverfügbares Wasser, da es nicht so schnell versickern kann

-

bei dem Sickerwasser nähern sich die beiden Böden an

sandige Böden: - nur ein sehr geringer Teil an Tonwasser - wenig nutzbare Feldkapazität - hohe Luftkapazität da die Poren nicht mit Wasser sondern Luft gefällt sind tonige Böden: - relativ viel Totwasser - geringe Feldkapazität - geringe Luftkapazität 5. a) Vergleichen Sie Löß und Dünensand in Mitteleuropa hinsichtlich der Bildungsbedingungen, Korngrößenverteilung, Mineralzusammensetzung und Verwitterbarkeit!

Bildungsbedingungen

Korngrößenverteilung Mineralzusammensetzung

Verwitterbarkeit

Löß lockeres Schluffsediment, vom Wind sortiert und transportiert (äolisch) 60% des Lößbodens sind im Bereich von 10µm bis 60µm 60% Quarz 20% Glimmer 10% Feldspat 10% Calcit es kommt zur Entkalkung; chem. und oxidative Verwitterung; werden durch anschließende Verwitterung zu Lößlehmen überführt

Dünensand Ablagerungen von Sediment welches vom Wind transportiert wurde; Quartieres Lockersediment Fein- bis Mittelsand 63µm bis 630µm 85% Quarz 13% Feldspat 10% Calcit 2% Glimmer sehr langsam, da hoher Quarzanteil

5.b) Warum unterscheidet man zwischen potentieller und effektiver Kationenaustauschkapazität? potentielle KAK: - Zahl der Andockstellen für Kationen, bei pH 7,0 effektive KAK: - Zahl der Andockstellen für Kationen bei vorhandenem pH-Wert (je niedriger der pHWert, desto mehr Andockstellen werden von Wasserstoffionen besetzt)

5. c) Welchen Einfluss haben Kumifizierung, Mineralisierung und Zusammensetzung der Huminstofffraktion auf den Nährstoffgehalt eines Bodens? Humifizierung: - ist die Zusammensetzung aus org. Substanz (der größte Teil der Nährstoffe wird in Nährstoffspeicherung überführt)  Nährstoffe werden Boden festgelegt = Umwandlung org. Substanz in Huminstoffe - Anreicherung schwer abbaubarer Verbindungen - Absenken des pH-Wertes - Hohe Pufferkapazität - wirkt wie Tonminerale als Austauscher - bei tiefen pH-Werten als Anionenaustauscher - bei hohen pH-Werten als Kationenaustauscher Mineralisierung: - das Potential was ein Boden besitzt wird pflanzenverfügbar gemacht = nahezu vollständiger Abbau der org. Substanz zu anorganischen Stoffen - Freisetzung von Nährstoffen aus dem Humuspool - Förderung der Mineralisierung durch: hohe biologische Aktivität, ausgeglichener Bodenwasserhaushalt, hohe mittlere Temperatur, pH zw. 5,5 und 7,0 Huminstofffraktion: - setzt sich aus Fulvosäure, Huminsäure und Humin zusammen - kann Wassermoleküle und Ionen irreversibel anlagern - Wasserhalte- und Absorptionsvermögen ist höher als bei Tonmineralen 6. a) Vergleichen sie Geschiebemergel und Beckenton hinsichtlich Bildungsbedingungen, Korngrößenverteilung und Mineralzusammensetzung! Bildungsbedingungen

Korngrößenverteilung

Mineralzusammensetzung

Geschiebemergel beim Vorrücken des Gletschers aus dem Untergrund ins Eis aufgenommene, zeriebene, überwiegenkristalline Gesteinsmaterialien, carbonatischen Gesteins der Kreidezeit meinst schluffreicher, sandiger Lehm; größere Gesteine werden als Geschiebe bezeichnet MgCo3 Tonminerale

Beckenton wurde in den Kaltzeiten abgelagert und da wiederum in Urstromtälern, wo Schmelzwasserabfluss stattgefunden hat  Sediment der Schmelzwasser Glazigenes Sediment

Tonminerale Fe-oxide

6. b) Für welche Ionen ist die Anionenaustauschkapazität von Bedeutung? AAK: - Summer der austauschbaren Anionen - ist bei den meisten Böden sehr gering, in stark versauerten Böden etwas höher - Austauscher sind im Boden ph-abhängig negativ gebunden Anionenaustausch nimmt mit sinkenden pH-Wert zu, da an den Austauscheroberflächen die positiv geladenen Radikale zunehmen - die bevorzugte Fähigkeit zur AAK findet man insbesondere in Böden, die Al- und FeOxide enthalten sowie Tonminerale mit vielen randlichen Al-OH und Fe-OH Gruppen 6. c) Welche positiven und negativen Wirkungen von Kalkung können autreten? positiv ph-Anstieg Rückgang der Al und Mn Konzentration Verbesserung des Bodengefüges fördert Abbau von org. Substanz durch Mikroorganismen Verbesserung der Fruchtbarkeit

Negativ P-Konzentration und Sorbtion ist pHabhängig mit steigendem ph-Wert sind Mikronährstoffe weniger verfügbar (Mn,Zn,B) zu hohe Gaben fördert N-Mineralisierung sehr stark Nitratauswaschungsgefahr

7. a) Vergleichen Sie Rhyolith (bzw.Quarzporphyr) und Basalt hinsichtlich Entstehung, Mineralzusammensetzung und Verwitterbarkeit! Entstehung Mineralzusammensetzung

Verwitterbarkeit

Rhyolith (Quarzporphyr) Ergussgestein 40% Kali-Feldspat 30% Quarz 25% Plagioklas Biolit, Amphibol, Pyroxen, Granat

Basalt Ergussgestein 50% Plagioklas 40% Pyroxin 5% Kali-Feldspat Ilmenit, Magnetit, Quarz, Olivin= 5%

Ergussgesteine besitzen häufig ein feinkristallines, dichtes Grundgefüge, das die Verwitterung einschränkt

schnelle Verwitterung

7. b) Wie wird Al in Böden mobilisiert und welche Auswirkungen hat das auf andere Bodeneigenschaften? Bei pH-Werten Verdunstung) Podsolierung Entkalkung Tonverlagerung Bioturbation Versauerung Arides Klima (Eintrag NSVerdunstung) Entsalzung Entkalkung Vergleyung Bioturbulation Arides Klima (Eintrag NS 6,0) wird P ebenfalls im Boden gebunden und ist nicht mehr im vollen Umfang pflanzenverfügbar höchste Pflanzenverfügbarkeit ist bei einem pH um 5,0 gegeben höchste Pflanzenverfügbarkeit bei K liegt bei einem pH um 7,0 darüber und darunter wird K im Boden gebunden und ist somit nicht im gesamten Umfang pflanzenverfügbar

Werden, als Boden neutralisieren kann und basische Reaktionsprodukte u. Neutralisationsreaktionen ausgewaschen werden  pH sinkt Bioturbation: Durchwühlen, Durchmischen von Böden oder Sedimenten durch Lebewesen 9. b) Erläutern sie die Bodengesellschaft einer Granitlandschaft am Beispiel eines Mittelgebirges! Syrosen Ranker Braunerde Gleye Humusbildung  Entkalkung  Lesivierung  Versauerung  Posolierung  Vergleyung Syrosen Gültigkeit s. schlecht Durchwurzelbarkeit s. schlecht Wasserhaushalt s. schlecht Lufthaushalt gut

Ranker schlecht mittel schlecht gut

Braunerde gut gut gut gut

Podsol mittel mittel (gut) gut

Gley mittel gut s. gut schlecht

Nährstoffhaushalt Stabilität Nutzung

s. schlecht s. schlecht Schutzwald

Melioration

Erosionsschutz

schlecht s. schlecht Wald

gut gut Acker, Weide, Wald
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