Seminarthemen Umweltchemie Boden WS 2013/2014

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1 1a Mineralische Bestandteile von Böden: Ausgangsmaterialien Was ist ein Mineral, was ein Gestein? Was sind primäre, was sekundäre Minerale? Zeigen Sie die grundlegenden Strukturen und Eigenschaften von wichtigen primären mineralischen Bodenbestandteilen wie Feldspäte, Glimmer, Quarz, Carbonate! Erklären Sie, welche Eigenschaften diese Minerale dem Boden verleihen und weshalb. Nennen Sie einige wichtige Gesteine, in denen sich die genannten Minerale befinden! 1b Mineralische Bestandteile von Böden: Mineralneubildungen Zeigen Sie die grundlegenden Strukturen und Eigenschaften von wichtigen sekundären mineralischen Bodenbestandteilen wie Tonminerale, Oxide und Hydroxide von Aluminium, Eisen und Mangan. Auch Quarz kann durch Verwitterung neu entstehen, kann also sowohl ein primäres als auch ein sekundäres Bodenmineral sein. Bitte erwähnen Sie dies! Aus welchen Ausgangssubstanzen entstehen die Minerale? Die Mechanismen der Mineralneubildung sollten hier nicht angegeben werden, sie sind Thema des Referates über chemische Verwitterung. Erklären Sie, welche Eigenschaften die Minerale dem Boden verleihen und weshalb. 1c Die Entstehung von Böden: physikalische Verwitterung Temperatur-, Eis-, Salzsprengung, Quellung, Schrumpfung, Wurzeldruck? Wann ist die physikalische Verwitterung besonders intensiv? Was überwiegt also im humiden, was im ariden Klima? 1d Die Entstehung von Böden: chemische Verwitterung Hydratation, Hydrolyse, Protolyse, Oxidation, Komplexbildung. Geben Sie Beispiele für jede Form der Verwitterung an! Wie entstehen Tonminerale? Welche Rolle können Pflanzenwurzeln, und Mikroorganismen spielen? Wann ist die chemische Verwitterung besonders intensiv? In welchem Klima (humiden/ariden) ist sie also besonders von Bedeutung? 2a Chemische Eigenschaften von Böden: Ionenadsorption und Ionenaustausch Was ist Adsorption? Wie hängt sie von der Größe der adsorbierenden Oberfläche und deren Ladung ab, wie von der Ladung und der Konzentration der Sorbate ab? Welche Bestandteile des Bodens wirken besonders gut als Sorbenten und weshalb? Weshalb ist die Fähigkeit zur Ionensorption eine sehr wichtige Eigenschaft des Bodens? 2b Chemische Eigenschaften von Böden: Bodenacidität Was ist der Boden-pH-Wert? Welche Werte sind typisch? Wie kommen H + -Ionen in den Boden (natürliche und anthropogene Quellen)? Nennen Sie einige wichtige Boden- Puffersubstanzen und deren Pufferbereiche.

2 2c Chemische Eigenschaften von Böden: Redoxsysteme Was ist das Redoxpotential (allgemein und für den Boden)? Nennen Sie wichtige Redoxpaare im Boden (z.b. Fe(II)/Fe(III), Mn(II)/Mn(IV) ). Durch welche Ereignisse kann sich das Redoxpotential eines Bodens ändern? Welche Veränderungen treten dann bei den genannten Verbindungen auf, wie ändert sich tendenziell der ph-wert dabei? Wie beeinflusst der Redoxzustand Bodeneigenschaften wie Nährstoff- /Schadstoffverfügbarkeit, Auswaschung und Anreicherung der Nährstoffe/Schadstoffe, Farbe des Bodens. 3a Bodenwasser und Bodenporen Was sind Bodenporen? Definieren Sie: Grob-, Mittel-, Feinporen. Welche Eigenschaften verleihen diese dem Boden? Wann hat ein Boden besonders viele große/kleine Poren (Stichworte Bodenart, Gefüge, organische Substanz)? Was ist Bodenwasser (Stichworte Adsorptionswasser, Kapillarwasser, Haftwasser, Sickerwasser, Oberflächenwasser, Grundwasser? Wie wird das Wasser im Boden gebunden? 3b Feldkapazität, permanenter Welkepunkt, Wasser(halte)kapazität, Wasserspannungskurve ( = Wasserspannung als Funktion des Wassergehaltes für verschiedene Bodenarten) Erklärung dieser Begriffe und erläutern Sie anhand der Wasserspannungskurve die Zusammenhänge! Wie werden diese Größen ermittelt? Welche Bodeneigenschaften bestimmen die Feldkapazität und die Wasserhaltekapazität und warum? 3c Die Bodenlösung Was ist die Bodenlösung? Was enthält sie? Woher stammen diese Substanzen? Welche Bedeutung hat die Bodenlösung für den Boden und die darauf wachsenden Pflanzen? Wodurch kann sich die Zusammensetzung der Bodenlösung ändern? 3D Die Bodenluft Was ist die Bodenluft? Was enthält sie? Woher stammen diese Substanzen? Welche Bedeutung hat die Bodenluft für den Boden und die darauf wachsenden Pflanzen, sowie die im Boden lebenden Organismen? Wodurch kann sich die Zusammensetzung der Bodenluft ändern und welche Konsequenzen hat das? 4a Korngrößen und Bodenarten Wie sind die Korngrößen definiert? Welche Einteilung wird üblicherweise benutzt (Ton, Schluff, Sand, Kies, Steine, Blöcke)? Wie kann man sie bestimmen? Wie ermittelt man aus der Korngrößenverteilung die Bodenart? Was ist die Bodenart? Welche Bodenarten gibt es? Was ist ein Lehm?

3 4b Das Bodengefüge Begriffsklärung: Primärteilchen und Aggregate, Makrogefüge und Mikrogefüge. Häufige Gefügearten, deren Vorkommen und Einfluss auf die Bodeneigenschaften. 5a Nährstoffe im Boden: Allgemeines Was sind Hauptnährstoffe und Spurennährelemente im Boden? Welche Elemente? (Nur Nennung) Erklären Sie: Nährstoffzufuhr und Nährstoffentzug, Nährstoffverfügbarkeit (Mobilisierung, Immobilisierung). Wie wird die Nährstoffversorgung bestimmt (Feldversuche, Gefäßversuche, Bodenuntersuchungen)? 5b Nährstoffe im Boden: Hauptnährstoffe außer Stickstoff In welcher Form treten Sie im Boden auf? In welcher Form werden sie aufgenommen? Wozu brauchen Pflanzen diese Nährstoffe? Was sind Mangelsymptome? Was tritt bei einem Überangebot auf? 5c Nährstoffe im Boden: Stickstoff Wozu brauchen Pflanzen Stickstoff? In welcher Form wird er von Pflanzen aufgenommen? Was sind Mangelsymptome? Was tritt bei einem Überangebot auf (auch bezogen auf die Umwelt)? In welcher Form tritt Stickstoff im Boden auf? Erklären Sie den Stickstoffkreislauf (Stichpunkte: Nitrifikation, Denitrifikation, Ammonium-Fixierung..) 5d Nährstoffe im Boden: Spurennährelemente Welche Elemente zählen dazu? Suchen Sie sich drei bis vier wichtige Elemente heraus und beschreiben Sie sie genauer: In welcher Form treten Sie im Boden auf? In welcher Form werden sie aufgenommen? Wozu brauchen Pflanzen diese Nährstoffe? Was sind Mangelsymptome? Was tritt bei einem Überangebot auf? 5e Nährstoffe im Boden: Düngung/falsche Düngung Warum wird gedüngt? Womit wird gedüngt? Vor- und Nachteile verschiedener, häufig benutzter Düngerarten. Was ist Überdüngung? Welche Auswirkungen kann sie auf das Pflanzenwachstum haben? Welche Auswirkungen auf die Umwelt? 6a Organische Substanz im Boden Was gehört dazu (Stichpunkte: Streustoffe, Humus, Huminstoffe)? Wie gelangt sie in den Boden? Wie und zu was wird sie abgebaut? Was ist mit den Begriffen DOC und TOC gemeint?

4 6b Organische Substanz im Boden: Bedeutung für den Boden und die darauf wachsenden Pflanzen Organische Substanz als Nährstoffreservoir, Begünstigung des Wachstums von Bodenorganismen, Einfluss auf das Gefüge und den Wasserhaushalt. 6c Organische Substanz im Boden: Analytische Methoden zur Bestimmung Gesamtgehaltbestimmung durch Veraschung oder Glühverlustbestimmung (mit Einschränkungen dieser Verfahren), Fraktionierung der Huminstoffe, Extraktionen, chromatographische Verfahren, Massenspektrometrie, NMR-Verfahren (nur jeweils ganz kurz anreißen, was das Prinzip ist und wofür man es verwendet). 7a Schadstoffe im Boden: Ökotoxikologische Bedeutung Was sind Bodenschadstoffe? Nennen Sie wichtige anorganische und organische Schadstoffe! Wie kommen sie in den Boden? Wie können sie den Boden wieder verlassen (Stichpunkte: Mobilisierung, Auswaschung, Aufnahme durch Pflanzen, Abbau, Verflüchtigung, Erosion.)? Wie beeinflussen sie den Boden und die Lebewesen darin/darauf? 7b Schadstoffe im Boden: Bedeutung von Grenzwerten Was sind geogene Grundgehalte, was Hintergrundgehalte, was Referenz-, Prüf- und Vorsorgewerte? Wozu dient das Bundesbodenschutzgesetz? Nach welchen Kriterien wurden die Grenzwerte festgelegt? Welche Schadstoffe sind in dieses Gesetz aufgenommen? 7c Schadstoffe im Boden: Bodensanierung Was passiert, wenn Grenzwerte überschritten werden? Welche Maßnahmen werden normalerweise eingeleitet? Welche Möglichkeiten gibt es, einen kontaminierten Boden zu sanieren (in-situ- und ex- situ-verfahren)? Für welche Schadstoffgruppen sind welche Verfahren geeignet? Nennen Sie Vor- und Nachteile! 8a Die ökologische Funktion von Böden Geben Sie zum Abschluss eine Definition von Boden. Welche Funktionen erfüllen Böden?( Filterfunktion, Puffer-Funktion, Abbau von Schadstoffen, Rohstofffunktion, Lebensraum) Hier werden viele schon in anderen Referaten erwähnte Aspekte miteinander verknüpft und erläutert.

5 8b Die Entwicklung von Böden Vermitteln Sie, wie aus vorhandenem Ausgangsgestein durch Verwitterung und Mineralneubildung, aus organischer Substanz durch Verwesung und Humifizierung und durch Gefügebildung Böden entstehen, und wie sie sich weiter entwickeln (Pedogenese). Gehen Sie auf Faktoren wie Ausgangsmaterialien, Klima, Vegetation, Einfluss des Menschen ein. Sie können dabei die Inhalte der vorhergehenden Vorträge als bekannt voraussetzen. Termine und Vorträge Termin Vortrag a, 1b, 1c, 1d a, 2b, 2c a, 3b, 3c, 3d a, 4b, 5a, 5b c, 5d, 5e a, 6b, 6c, 7a b, 7c, 8a, 8b Zum Einstieg in die entsprechenden Themen finden Sie Material in Scheffer/Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde oder Winfried E.H. Blum: Bodenkunde in Stichworten, ebenso ist das Internet eine reichhaltige Quelle. Bitte achten Sie aber darauf, dass Sie korrekt zitieren und nicht etwa Quellen nicht erwähnen. Dies ist besonders wichtig im Zusammenhang mit Bildquellen, da besonders die Bildrechtehalter sehr dazu neigen Abmahnungen anzudrohen oder zu verschicken.