2 Bodenentwicklung 3 Lebensraum Boden Fauna. 4 Stoffkreislauf 5 Bodeneigenschaften

Transkript

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3 Gliederung 1 Definition iti Boden 2 3 Lebensraum Boden Fauna Flora 4 5 Bodeneigenschaften 6 Boden im Unterricht

4 Fauna- Lebensraum -Flora 1 Definition Unter Boden versteht man die obere, lockere, belebte Verwitterungsschicht der Erdkruste. Standort für Pflanzen & Basis für vielfältige Nahrungsnetze. Lebensgrundlage für alle Lebewesen der Erde

5 Fauna- Lebensraum -Flora 1 Definition Atmosphäre Hydrosphäre Pedosphäre Biosphäre Lithosphärehä

6 Fauna- Lebensraum -Flora 2 Böden entstehen aus Gesteinen durch den Einfluss verschiedener Faktoren: Ausgangsgestein g g (G) Klima (K) Vegetation & Bodenorganismen (O) Oberflächenrelief (R) menschliche Einwirkungen (M) Zeit (Z)

7 Fauna- Lebensraum -Flora 2 B = f (G, K, O, R, M) Z

8 Fauna- Lebensraum -Flora 2 Bodenbildende Verwitterungsvorgänge Nieder- schlag chemische Gelöste Stoffe

9 Fauna- Lebensraum -Flora 2 Bodenbildende Verwitterungsvorgänge physikalische Wind Wasser Temperatur Nieder- schlag chemische Gelöste Stoffe

10 Demonstration ti 1 Frostsprengung g

11 Fauna- Lebensraum -Flora 2 Bodenbildende Verwitterungsvorgänge physikalische Wind Wasser biologische Temperatur Nieder- schlag Pflanzen chemische Gelöste Stoffe

12 Demonstration ti 2 Wurzelsprengkraft

13 Fauna- Lebensraum -Flora 2

14 Fauna- Lebensraum -Flora 2 Bodenzusammensetzung: 25 % Luft 45 % mineralische Substanz 7 % organische Substanz 23 % Wasser

15 Fauna- Lebensraum -Flora 3 Lebensraum Boden - Fauna Mikro- organismen Mikro- fauna Meso- fauna Makro- Fauna Mega- fauna Fläche von 1 m 2 und 30 cm Tiefe

16 Fauna- Lebensraum -Flora Tätigkeit der Bodenorganismen Bodenorganismen bauen organische Ausgangsprodukte zu anorganischen Endprodukten um Mineralisierung = Abbauprozess Freisetzung von CO 2

17 Versuch 1 Bodenatmung

18 Fauna- Lebensraum -Flora Titration " " + - HO 2 (l) +CO2(aq) HCO 2 3 H (aq) +HCO3 (aq) + - H (aq) + OH (aq) H2 O(l) HCO 3 (aq) +OH (aq) H2 O (l) +CO3 (aq) 2n(CO )= n 0(OH )- n un(oh )= n(oh )

19 Fauna- Lebensraum -Flora 3 Lebensraum Boden- Fauna Bodenorganismen scheiden eine Vielzahl von Enzymen aus Katalase setzt H 2 O 2 um 6 Umsatzzahl von 510 Molekülen/min eines der effektivsten Enzyme überhaupt

20 Fauna- Lebensraum -Flora 3 Lebensraum Boden- Fauna Katalase enthält 4 Porphyrin- Häm- Gruppen tetrameres Enzym

21 Versuch 2 Katalasetest

22 Fauna- Lebensraum -Flora Katalasewirkung Katalase 2 2(aq) 2 (l) 2(g) 2H O 2H O +O Katalasewert (ml O 2 /min) Bodenbeurteilung 0-5 sehr schlecht 6-14 schlecht befriedigend gut 50 & höher sehr gut

23 Fauna- Lebensraum -Flora Katalase- Enzym Bildung des Eisen(IV)-Porphyrinradikalkations: Enz(Por-Fe ) +H O Enz(Por -Fe=O) +H O Rückbildung des Ferriporphyrins: Enz(Por -Fe=O)+H O Enz(Por-Fe )+O + H O

24 Fauna- Lebensraum -Flora Mechanismus Red. Form, Ruhezustand H 2 O; O 2 H 2 O 2 2 e - Transfer 2 e - Transfer H 2 O 2 H 2 O Ox Form Ox. Form, Aktives Enzym

25 Fauna- Lebensraum--Flora 3 Lebensraum - Flora Wurzeln der Pflanzen scheiden aktiv Protonen aus Sie besitzen spezielle Protonenpumpen Der ph-wert in unmittelbarer Umgebung der Wurzel ist um 1-2 ph Einheiten niedriger als im restlichen Boden

26 Demonstration 3 Säureabgabe der Wurzeln

27 Fauna- Lebensraum--Flora Säureabgabe von Wurzeln ph Skala BTB 5,8 6,5 7,6

28 Fauna- Lebensraum--Flora Nährstoffaufnahme Makronährelemente: C, O, H, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe Mikronährelemente: Mn, Zn, Cu, B, Mo, Ni, Cl

29 Fauna- Lebensraum--Flora Nährstoffaufnahme N Aminosäuren Proteinen P Mg Fe Nucleinsäuren, Adenosintriphosphat p (ATP) Zentralatom des Chlorophylls, aktiviert viele Enzyme Bestandteil der prosthetischen Gruppen verschiedener Enzyme (u.a.katalase), wichtig für die Chlorophyllsynthese

30 Fauna- Lebensraum -Flora 4 Stickstoffkreislauf N 2 -gehalt in der Atmosphäre: 78% nicht nutzbar für die Pflanzen! Stickstofffixierende Bakterien Im Boden liegt Stickstoff zu 95% in organischer Form vor

31 Fauna- Lebensraum -Flora 4 Stickstoffkreislauf N 2 Denitrifikation biologisch technisch Ammonifikation Nitrifikation NH4 NH + 3 NO NO 3 Auswaschung

32 Fauna- Lebensraum -Flora 4 Stickstoffkreislauf Haber Bosch: katalytisch, 500 C, 200 bar 3H +N 2NH +92kJ 2(g) 2(g) 3(g) Knöllchenbakterien: enzymatisch, Umgebungstemp., g Normaldruck - + Nitrogenase N 2 +8e +8H +16ATP 2NH 3+H 2+16ADP+Pi

33 Versuch 3 Nitratnachweis

34 Fauna- Lebensraum -Flora Nitratnachweis (aq) (aq) (aq) (aq) (aq) 2 NO +3Fe +4H 3Fe +NO +2H O NO + Fe(H O) Fe(H O) (NO) +H O (aq) (aq) 2 brauner Ring

35 Fauna- Lebensraum -Flora Gesetz des Minimums Justus von Liebig Justus von Liebig, 1850

36 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht 5 Bodeneigenschaften Tonminerale bilden sich durch die Verwitterung von Silicatgesteinen Die Grundbaueinheit der Silikate:

37 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Tonminerale Isomorpher Ersatz des Si 4+ -Ions durch Al 3+ negative Überschussladung Sie ähneln den Schichtsilicaten Schichten von (Si, Al)O 4 - Tetraedern & (, ) 4 (Al, Mg, Fe)O 6 -Tetraedern

38 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Tonminerale K + O 2- Si 4+ /Al 3+ OH - Al 3+ Zwischenschichtkationen Tetraederschicht Oktaederschicht Tetraederschicht

39 Versuch 4 Filterwirkung i von Böden

40 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Filterwirkung von Böden Br Br HO O O N Br Br H 3 C CH 3 N S N COO - CH 3 CH 3

41 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Bodeneigenschaften Die Bodenmatrix ist negativ geladen Neben Tonmineralien sind auch Huminstoffe negativ geladen Humusbildung ist ein Aufbauprozess Anorg. Partikel + org. Fragmente Ton- Humus- Komplexe

42 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Bodeneigenschaften Boden ist ein Kationenaustauscher Reservoir für Pflanzennährstoffe verhindert die Auswaschung aus dem Boden bindet jedoch auch Schwermetallkationen

43 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Bodeneigenschaften Kationenaustauschkapazität: Sternschicht Elektrische Doppelschicht Diffuse Ionenschicht - Tonmineralien: 0,2 0,8 mol/kg Org. Substanzen: 1,5 5 mol/kg

44 Versuch 5 Ionenaustausch

45 Fauna- Lebensraum -Flora Eigenschaften Unterricht Verdrängungsreaktion Ca 2+ Fe Mg 3+ Ca Fe Na + Mg HO 2+ Na + Na + Na + K H 3O + K + Al 3+ Ca 2+ Al 3+ Ca 2+ Fe 3+ Fe 3+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Fe M 3+ Fe Ca 2+ Na + Mg 2+ Na Na Na + K + Ca 2+ K + Al 3+ Ca Ca Fe 3+ + K Al 3+ K + K + K + K + Ca K +K+ 2+ Fe 3+K+ Ca +C O CaC O (aq) 2 4 (aq) 2 4(s)

46 Fauna- Lebensraum -Flora 7 Boden- ein Thema für den Chemieunterricht Erlernen chemischer Basiskonzepte Fachübergreifender Aspekte (Biologie, Geographie) Lebensweltbezug Sensibilisierung für Umweltbelange

47 Fauna- Lebensraum -Flora Lehrplanbezug (G8) 9. Klasse Wasser als Reaktionspartner t Aufbau und Funktion von Böden Bodenuntersuchungen: Nachweis von Mineralsalzen Ionenaustauschkapazität

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