WinterRapakivi_Di10
Di10
Di10
X 81-Was bedeutet der Kf-Wert? Erläutern Sie ihn.
Es ist der Wasserleitfähigkeitskoeffizient (m/s) für Böden im wassergesättigten Zustand. Dieser
berücksichtigt den Widerstand, den die Bodenpartikel dem fließenden Wasser entgegensetzen. Er wird stark vom Gesamtporenvolumen, der Porengrößenverteilung und der Porengeometrie (Tortuosität, Kontinuität und Vernetzung) bestimmt.
Der kf –Wert kann gemessen oder aus der Bodenart und der Lagerungsdichte abgeschätzt werden.
X 82-Beschreiben Sie den Kurvenverlauf der ungesättigten Wasserbewegung für einen Tonboden/ Sandboden (Wasserleitfähigkeit bei unterschiedlichen Saugspannungen). Begründen Sie diesen in Stichworten.
Für Grafik links (Vorlesungsskript)
1)Tonboden: Bei zunehmender Wasserspannung (sinkendem Wassergehalt) nimmt die Wasserleit- fähigkeit im ersten Abschnitt bis ca. 100,5hPa um etwa Faktor 100 ab. Die Sinkrate der Leitfähigkeit nimmt im weiteren Verlauf ab, so dass sich die Kurve mit steigender Wasserspannung einem parallelen Verlauf zur x-Achse nähert.
2)Sandboden: Die Wasserleitfähigkeit im gesättigten Zustand ist hierbei etwa 10 Mal höher als die eines Tonbodens, und nimmt mit zunehmender Entwässerung bis etwa 101,5hPa nur langsam ab. Es folgt ein steiler Abstieg bis etwa 1000hPa, der ab diesem Punkt flacher wird.
Die Leitfähigkeitskurven von Sand und Ton schneiden sich bei etwa 102,5hPa.
3)Gründe:
-Wasserleitfähigkeit abhängig vom Wassergehalt (-> wasserleitender Querschnitt)
-Bei pF0 ist der Boden wassergesättigt und die Leitfähigkeit am höchsten.
-Nahe der Sättigung hat Sand wegen höherem Grobporenanteil höhere Leitfähigkeit. -Wassergehalte sinken abhängig von der Bodenart unterschiedlich schnell bei zunehmendem pF. -Bei höheren pF-Werten hat Ton höheren Wassergehalt und somit höhere Leitfähigkeit.
-Durch zunehmende Trocknung entstehende Sekundärporen erhöhen Leitfähigkeit zusätzlich.
X 83-Was versteht man unter Infiltration, was unter Versickerung?
Die Infiltration ist das Eindringen des Wassers in den Boden. Die Infiltrationsleistung wird bestimmt durch den Ausgangswassergehalt, das Porenvolumen, die Porengrößenverteilung, die Porenkontinuität, die Gefügeform, die Gefügestabilität, und die Vegetationsbedeckung.
Die Versickerung ist das gravitative Absinken des Wassers im Boden, welches in den Grobporen nicht gegen die Schwerkraft gehalten werden kann.
X 84-Was bedeutet Evapotranspiration?
Evapotranspiration ist der Transport von Bodenwasser in die Atmosphäre durch Verdunstung und durch Pflanzen. Beides wird zusammengefasst, da es messtechnisch getrennt nicht erfasst werden kann. Die Intensität ist abhängig von der Sonneneinstrahlung, der Lufttemperatur, dem Sättigungsdefizit der Luft, dem Wind, der Art und dem Deckungsgrad der Vegetation, dem Bodenwasservorrat und der Wasserspannung des Bodens.
Etpot: Verdunstung einer freien Oberfläche
Etakt: Verdunstung unter Boden- und Vegetationsbedingungen
X 85-Was bedeutet Kapillarhub, von welchen Faktoren ist das Ausmaß des Kapillarhubs abhängig?
Wasser wird in Poren durch Kapillarkräfte gegen die Schwerkraft über den Grundwasserspiegel gehoben. Je enger die Pore, desto höher aber auch langsamer wird das Wasser transportiert.
Es gilt: h=3/d [mm] (h: Hubhöhe, d: Porendurchmesser)
X 86-Bei welchen Bodenarten ist der Kapillarhub höher, Sand- oder Lehmboden? Geben Sie Gründe an.
Der Kapillarhub ist beim Lehmboden höher, wegen der höheren Kapillarkräfte. Dies ist bedingt durch die kleinen Porendurchmesser aus der abgestuften Körnung.
X 87-Zu welchen Jahreszeiten ist im Norddeutschen Raum mit einer Auffüllung des GW-Speichers zu rechnen? Geben Sie eine Erläuterung in Stichworten.
In Mitteleuropa tritt die Versickerung und damit die Auffüllung des GW-Speichers nur im Winterhalbjahr auf, weil dann die Evapotranspiration sehr gering ist.
-geringe Einstrahlung und Temperaturen
-geringe Pflanzenaktivität
-Eis schützt vor Evaporation
Bei sommerlichen Starkregenereignissen ist auch eine geringe Versickerung im Sommer möglich.
X 88-Erklären Sie den Effekt der Hystereses von Adsorption und Desorption.***
X
X 89-Was versteht man unter der Kationenaustauschkapazität? Benennen Sie die wesentlichen Charakteristika des Kationenaustausches.
[Bodenkunde und Standortlehre]->Die KAK ist das Maß für den Kationenaustausch eines Bodens. Es ist die Summe der austauschbaren Kationen eines Bodens angegeben in Millimol pro Kilogramm.
Millimol= Atommasse * 10-3g /Wertigkeit
1 Millimol Ca= 40* 10-3g /2=20mg
Prozesse:
-Kationen aus der Bodenlösung sorbieren an den negativ geladenen Partikeloberflächen (TM, Huminstoffe) und gleichen Ladungen aus.
-Die Partikeloberflächen tragen permanente Ladungen, die durch ihren Aufbau bedingt sind (isomorpher Ersatz).
-Die Partikeloberflächen tragen auch variable Ladungen, die vom pH-Wert abhängig sind (funktionelle Gruppen [z.B. FeOOH] spalten bei viel H+ in der Lösung OH- ab sind dann positiv geladen [Anionentauscher] und bei wenig H+ in der Lösung werden H+ abgespalten, was zur negativen Ladung führt [Kationentauscher]).
Charakteristika:
-Transfer zwischen fester und flüssiger Phase
-ändert die Summe der Kationenladung nicht (äquivalente Mengen) -Voraussetzung: Vorhandensein von Wasser
-ist reversibel
-ist ein schneller Prozess
X 90-Welche Bodenbestandteile haben a) höhere Bodenoberflächen und b) höhere KAK? Erstellen Sie eine Reihung: Allophane, Smectit, Huminstoffe, Illit, Kaolinit
Oberfläche (aufsteigend):
Kaolinit, Illit, Smectit, Huminstoffe, Allophane
KAK (aufsteigend):
Kaolinit, Illit+Allophane, Smectit, Huminstoffe
X 91-Was ist der Unterschied zwischen KAKpot und KAKeff? Welche ist in sauren Böden höher?
potenzielle Kationenaustauschkapazität KAKpot: bei standardisiertem pH7 -höchstmögliche KAK, da variable Ladung maximal (Wasserstoff vollständig dissoziiert) effektive Kationenaustauschkapazität KAKeff: bei dem im Boden vorhandenen pH -Anteil der variablen Ladung abhängig vom sorbiertem Wasserstoff und pH
Bei pH<7 (saure Böden) ist KAKeff immer kleiner als KAKpot.
X 92-Was versteht man unter Basensättigung? Wie wird sie berechnet?***
Die Basensättigung ist der Anteil der basisch wirksamen Ionen (Mg2+, Ca2+, Na+, K+) an der KAK.
-
Basensättigung oder S-Wert:
Der prozentuale Anteil der Summe von Ca2+, Mg2+, Na+, K+ an der KAKBS% = ((Ca2+ + Mg2+ + Na+ + K+) /KAK)*100
-
Die Differenz der BS zu 100% wird v.a. von H+ und Al3+, NH4+, den sauer wirksamen Ionen, gebildet
X
X 93-Von welchen Faktoren hängt die Kationenbelegung am Austauscher ab?
-Ladung der Kationen: höherwertige Ionen werden stärker angezogen, bei Gleichwertigkeit größerer Radius entscheidend (Al3+>Mg2+>Na+)
-Hydrathülle: je kleiner die Hydrathülle, desto größer die Anziehung (K+>Na+>Li+). Bei Gleichwertigkeit gilt: je größer der Ionenradius, desto kleiner die Hydrathülle. Die Bindung der Hydrathülle ist bei kleinen Ionen stärker, die Hydrathülle muss aber bei der Sorption teilweise abgelegt werden. -Konzentration der Außenlösung: Die Kationen werden umso stärker an die Oberfläche gezogen, je höher die Konzentration in der Außenlösung ist.
->Selektivitätsreihe: Na+<K+<<Mg2+<Ca2+<Al3+
X 94-Benennen Sie zwei Kationen, die selektiv angelagert werden? Warum?
Al3+: auf Grund seiner hohen Wertigkeit
Ca2+: auf Grund seiner kleineren Hydrathülle (als Mg2+)
X 95-Welche Bodenbestandteile sind maßgeblich für eine Anionenadsorption verantwortlich?
Ionenaustauscher mit hoher variabler Ladung (Abspaltung von OH- führt zur positiven Ladung) z.B. in eisen- und aluminium-oxidreichen tropischen Böden oder Tonminerale der Allophangruppe (nur variable Ladung) oder Huminstoffe mit entsprechenden funktionellen Gruppen.
X 96-Benennen Sie wichtige Bodeneigenschaften und Prozesse, die durch die Kationenaustauschkapazität beeinflusst werden.
-Lessivierung (Tonverlagerung)
-Fähigkeit zur Speicherung, Pufferung und Freisetzung von Ionen (Nährstoffen) -Stoffaustausch Boden/Pflanze, Boden/Grundwasser, Boden/Oberflächengewässer -Stabilisierung des Stoffhaushaltes ganzer Landschaften
X 97-Welche Bedeutung hat die Kationenaustauschkapazität für den Nährstoffhaushalt?
Nährstoffe werden durch die KAK an Bodenpartikel gebunden. Dies kann bedeuten, dass die im Boden gespeicherten Nährstoffe nicht mehr pflanzenverfügbar sind (Kaliumfixierung) oder dass die Nährstoffe durch weiteren Ionenaustausch wieder freigegeben werden.
Letzteres passiert bei der Verwitterung der Bodenpartikel. Für die Pflanzen ist die Nachlieferung der Nährstoffionen entscheidender als die aktuelle Konzentration in der Bodenlösung
X 98-Beschreiben Sie an Hand von Abbildungen die Ladungsverhältnisse von Halloysit, Smectit, Gibbsit.***
von links nach rechts: Halloysit, Smectit, Gibbsit
X 99-Welche Gruppen von Bodenbestandteilen tragen maßgeblich zur Ionenaustauschkapazität in Böden bei?
-Tonminerale
-Huminstoffe
-Fe-/Al-Oxide
X 100-Bei welchem pH liegen die Schwermetalle Blei und Cadmium in höheren Konzentrationen bioverfügbar vor, bei pH 4,5 oder pH 7,2?
bei pH 4,5 (Schadstoffmobilisierung im sauren Bereich durch erhöhte H+-Konzentration)
X 01-Was ist Boden? Nennen Sie eine Definition.
Durch bodenbildende Prozesse umgewandelter Teil der festen Erde, einschließlich der obersten Lage des unverwitterten Gesteins.
X 02-Nennen Sie die Faktoren der Bodenbildung. Wie wirken sie?
Ausgangsgestein: bestimmt die physikalische und chemische Beschaffenheit des Bodens
Klima: steuert die Verwitterung des Bodens und die Besiedelung durch Tiere und Pflanzen Organismen: durchmischen den Boden, wandeln Stoffe um, tragen zur chemischen Verwitterung bei Relief: entscheidend für physikalische Verwitterung, Erosion und Sedimentation
Nutzung: verändert den Boden in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften
Zeit: ermöglicht das Wirken der Faktoren und bestimmt damit die Intensität der Bodenbildung
X 03-Aus welchen Phasen besteht das Mehrphasensystem Boden? Nennen Sie ein Beispiel der Zusammensetzung.
Feststoffphase, Flüssigphase, Gasphase, Stoffe im Boden, Mikroorganismen, Pflanzen und Tiere Drei-Phasen-System: Bodenmatrix, Bodenlösung, Bodenluft
X 04-Was sind Bodenfunktionen, woher stammt der Begriff?
Aus dem Bundesbodenschutzgesetz.
Als Bodenfunktionen bezeichnet man die Wege, über die der Boden mit seiner Umgebung interagiert.
X 05-Welche Funktionen haben Böden? Nennen Sie jeweils Beispiele.
Natürliche Funktionen:
-Lebensgrundlage und Lebensraum für Flora und Fauna
-Bestandteil des Naturhaushalts, Medium der Wasser- und Stoffkreisläufe
-Umwandlung (Auf- und Abbau, Ausgleich) von Stoffen, Filterung und Pufferung
Archiv der Natur- und Kulturgeschichte
Nutzungsfunktionen:
-Rohstofflagerstäten
-Siedlungs- und Erholungsfläche
-Standort für Industrie, Land- und Forstwirtschaft, öffentliche Nutzung, Verkehr, Ver- und Entsorgung
X 06-Was bedeutet, der Boden ist ein Filter- Puffer- und Transformationssystem?
Der Boden hat die Fähigkeit, Stoffe chemisch und physikalisch zu sorbieren und umzuwandeln. Die Filterung hält Stoffe mechanisch zurück, die Pufferung kann Stoffe auch längerfristig im Boden halten (physiko-chemisch), die Transformation wandelt Stoffe um (mikrobiell/biochemisch).
X 07-Welche Bodenfunktionen werden durch welche spezifischen Gefährdungen insbesondere beeinträchtigt?
Die Bodenfunktionen können sich gegenseitig beeinträchtigen und gefährden. Insbesondere die natürlichen Funktionen und die Nutzungsfunktionen können nicht gleichzeitig an einem Ort wahrgenommen werden.
Z.B. behindert der Boden als Lebensgrundlage für Pflanzen und Tiere eine Nutzung als Siedlungs- oder Industriestandort und umgekehrt.
Bodenversiegelung <> natürliche – und Produktionsfunktionen
Bodenversauerung <> Lebensraum-, Regelungs- und Produktionsfunktionen
Bodenverdichtung <> s.o. Bodenerosion <> Nutzungsfunktionen
X 08-Welche Verwitterungsneubildungen sind für Böden typisch?
Tonminerale, Fe-, Mn-, Al-, Si-Oxide, Ca- und Na-Minerale
X 09-Was ist das Charakteristikum von 2-Schicht-TM und 3-Schicht-TM?
-Zwei-Schicht-TM bestehen aus einer Tetraeder- (SiO4) und einer Oktaederschicht (Al(OH)6). Es tritt nur Kantenladung auf.
-Drei-Schicht-TM besitzen zwei Tetraederschichten und eine Oktaederschicht dazwischen. Weisen einen negativen Ladungsüberschuss in der Silikatlage auf, der durch Kationen in der Zwischenschicht ausgeglichen wird.
X 10-Durch welche Parameter unterscheiden sich unterschiedliche TM?
Chemismus, Aufbau, Oberfläche, KAK, Ladungsart, Quellung und Schrumpfung
X 11-Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Smectit und Vermiculit?
Smectit ist dioktaedrisch, Vermiculit ist trioktaedrisch.
Die höhere Ladung der Vermiculite mit 0,6-0,9 Mol(e-)/Formeleinheit gegenüber der Ladung der Smectite mit 0,2-0,6 Mol(e-)/Formeleinheit sorgt dafür, dass das Quellen und Schrumpfen nicht so stark möglich ist, wie bei den Smectiten. Vermiculite kontrahieren bei K+-Zufuhr.
X 12-Warum tragen TM eine negative Ladung?
Durch den isomorphen Ersatz der Zentralatome der Silikatlagen werden höherwertige Kationen durch niederwertige Kationen ersetzt. Es entsteht ein Überschuss an negativer Ladung. (Tetraeder: Si4+ durch Al3+, Oktaeder: Al3+ durch Fe2+ und Mg2+)
X 13-Welcher Prozess der Vermiculite wird als Kaliumfixierung bezeichnet?
Der Austausch von Wasser und hydratisierten Kationen durch nicht hydratisierte K+-Ionen. Als Folge entsteht ein geringerer Basisabstand.
X 14-Welche TM weisen mehr Kalium-Strukturionen auf: Illit, Glimmer, Smectit?
Glimmer: 10%, Illit: 4-6%, Smectit: <1%
X 15-Was versteht man unter austauschbaren Ionen?
Dies sind hydratisierte Kationen in den Zwischenschichten, die mit der Bodenlösung interagieren und ausgetauscht werden können.
X 16-Welches TM ist typisch für stark verwitterte Böden und warum?
In stark verwitterten Böden, wie z.B. tropischen Böden, ist Kaolinit das typische Tonmineral. Es bildet sich durch die Verwitterung von Feldspäten. Durch hohe Niederschläge werden leicht lösliche Ionen wie K+ oder Fe2+ aus dem Boden herausgewaschen, so dass nur Kieselsäure und Al3+ zum Mineralaufbau zur Verfügung stehen. Bei noch intensiverer Verwitterung und Lösung von SiO2 entsteht der Gibbsit Al2(OH)6.
X 17-Sortieren Sie die TM nach zunehmender Fähigkeit bei Vorhandensein von Wasser aufzuweiten.
Kaolinit, Chlorit, Allophan: keine Illit: gering
Vermiculit: hoch
Smectit: sehr hoch
X 18-Was versteht man unter Quellen und Schrumpfen von TM?
Damit bezeichnet man die Änderung des Basisabstands durch Einlagerung oder Freigabe von Wasser und hydratisierter Kationen.
X 19-Für welche Bodeneigenschaften sind TM verantwortlich und warum?
-Gute Wasserspeicherkapazität: Durch kleine Porengrößen hohes Matrixpotenzial.
-Mittelmäßiges pflanzenverfügbares Wasser: Hohe Kapillarkräfte erhöhen den Anteil an Totwasser. -Mittlere bis hohe Nährstoffversorgung: je nach TM hohe KAK, Humusgehalt durch Peloturbation -Schlechte Bearbeitbarkeit: Böden können je nach Wassergehalt sehr weich oder sehr hart sein.
X 20-Wie entstehen TM in Böden?
Durch Umwandlung von Glimmern (-K+H=>Illit).
Durch Neubildung aus gelösten Verwitterungsprodukten (Kieselsäure, Metallkationen). Durch Transformation aus anderen TM (Illit-K+Ca,Mg=>Smectit).
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Lernkarten
X 65-Untergliedern Sie das Hohlraumsystem des Bodens in die bodenkundlich definierten Porengrößenbereiche. Wo liegen die Grenzen der Porendurchmesser?
Grobporen weit: >50μm (pF <1,8)
Grobporen eng: 50-10μm (pF 1,8-2,5)
Mittelporen: 10-0,2μm (pF 2,5-4,2)
Feinporen: <0,2μm (pF >4,2)
X 66-Was versteht man unter dem Begriff des Äquivalentdurchmessers, warum wurde er eingeführt?
Der Äquivalentdurchmesser ist der Durchmesser einer Kugel, die sich in Bezug auf das Messverfahren genauso verhält wie das entsprechende Primärteilchen.
Er musste eingeführt werden, da in der Natur Teilchen wie Körner, Poren oder Mikroorganismen keine kugelförmige Gestalt besitzen.
X 67-Welche Funktionen hat das Bodenwasser?
-Voraussetzung für Reaktionen in der Bodenlösung
-Voraussetzung für Lebensraum und Bedingungen für viele Bodenorganismen -Wasservorrat für Pflanzen
-Einflussgröße für das bodennahe Klima
-Regulator für die Grundwasserneubildung und deren Zusammensetzung
X 68-Wie ist das Wasserpotenzial definiert?
Arbeit oder Energie um eine Einheitsmenge (Volumen, Masse) Wasser von einem gegebenen Punkt des Kraftfeldes zu einem Bezugspunkt zu transportieren.
X 69-Welche Potenziale wirken im Boden? Aus welchen Teilpotenzialen ist das Gesamtwasserpotenzial eines Bodens (ψ Psi) zusammengesetzt?
Gesamtpotenzial aus der Summe der Teilpotenziale:
ψz: Gravitationspotenzial (Verhalten des Wassers unter Einfluss der Schwerkraft) ψm: Matrixpotenzial (Bindungskraft, mit der die Bodenmatrix das Wasser festhält) ψo: Osmotisches Potenzial (Wirkung gelöster Stoffe auf das Bodenwasser)
Weitere Potenziale: Hydrostatisches Potenzial (ψh), Auflastpotenzial (ψe), Gaspotenzial (ψg) Annäherung:
Hydraulisches Potenzial: ψH= ψm (bzw. ψh) + ψz + (ψg, ψe)
Wasser- oder Wurzelpotenzial: ψW= ψm (bzw. ψh) + ψo
X 70-Was versteht man unter Haftwasser, Kapillarwasser und Adsorptionswasser?
-Adsorptionswasser: Durch Wirkung von Adsorptionskräften an die Oberfläche der Festsubstanz gebundenes Wasser (umhüllt Oberflächen).
-Kapillarwasser: Wasser in den Kapillaren und Poren, durch Oberflächenspannung des Wassers an der Grenzfläche Wasser/Feststoff/Luft gegen die Schwerkraft gehalten.
-Haftwasser: umfasst Adsorptions- und Kapillarwasser
X 71-Welchen Zusammenhang beschreibt das Kapillaritätsgesetz?
Den Zusammenhang zwischen Kapillarkraft und Porendurchmesser. Je kleiner der Durchmesser, desto größer die Kapillarkraft und der Aufstieg. h=3/d [mm]
X 72-Welchem Porenbereich entspricht das Totwasser, welche Wasserspannung grenzt dieses zum pflanzenverfügbaren Wasser ab?
Feinporen <0,2μm, ab pF 4,2 entspricht Wasserspannung ab 15.000 hPa
X 73- Was versteht man unter Luftkapazität (Nennung von Porengröße und Wasserspannung / pF- Wert)?
Die Luftkapazität entspricht dem Luftgehalt im Boden bei Feldkapazität. Die Wasserspannung beträgt dabei 60hPa bzw. pF 1,8. Luftgefüllt sind die Poren ab einer Größe von 50μm.
X 74-Was versteht man unter nutzbarer Feldkapazität, PWP, Sickerwasser...?
-PWP: Wassergehalt des Bodens, bei dem die meisten Pflanzen permanent Welken (=pF 4,2) -nFK: Pflanzenverfügbares Wasser als Wassergehaltsdifferenz zw. FK (pF 1,8-2,5) und PWP -Sickerwasser: Wasser, das nicht im Boden gegen die Schwerkraft gehalten werden kann (in Grobporen).
X 75-Beschreiben Sie Unterschiede der Saugspannungskurven von einem Ton, Schluff und Sandboden.
Der wesentliche Unterschied hierbei ist, dass der Wassergehalt in den Feinporen (ab pF 4,2) beim Sandboden äußerst gering ist (ca. 3%), während er beim Tonboden den größten Teil ausmacht (ca. 31%). Umgekehrt verhält es sich bei den Grobporen (ab pF 1,8). Der Sand hat dort einen Wassergehalt von etwa 30%, während es beim Ton etwa 4% sind. Der Schluffboden geht einen Mittelweg, die Wassergehaltskurve ähnelt einer Geraden.
X 76-Erklären Sie den Begriff Hysteresis und Wasserspannungskurve und benennen Sie die Ursachen.
Die Wasserspannungskurve beschreibt den Wassergehalt eines Bodens in Relation zur
Wasserspannung (Porengröße). Die Hysteresis beschreibt den unterschiedlichen Verlauf der
Wasserspannungskurven bei der Be- und Entwässerung.
Ursächlich dafür ist die komplexe Geometrie der Bodenporen mit Engstellen und Erweiterungen,
eingeschlossene Luft, Quellung und Schrumpfung von Partikeln.
[http://pages.unibas.ch/environment/Studium/Lect_HS10/Hydrologie/hydro_3_bodenwasser_studversion.pdf]->
Entwässerung:
- kleine Poren verhindern Entwässerung der großen Poren
- große Wasserspannung nötig, um Pore zu entleeren
Bewässerung:
- große Poren verhindern, dass sich kleine Poren mit Wasser füllen
- kleine Poren füllen sich erst bei höherem Wassergehalt, also bei geringeren Wasserspannungen
<-[http://pages.unibas.ch/environment/Studium/Lect_HS10/Hydrologie/hydro_3_bodenwasser_studversion.pdf]
Die Hysteresis bewirkt, dass, bezogen auf die Saugspannung im Boden, der Wassergehalt bei abnehmendem Bodenwasser höher ist als bei zunehmendem Wassergehalt.
X 77-Was beschreibt der hydraulische Gradient?
Der hydraulische Gradient beschreibt die Veränderung des hydraulischen Potenzials in Abhängigkeit von der Distanz zweier Punkte.
X 78-Welchen Gesetzen folgt die Wasserbewegung im Boden? Was versteht man unter dem hydraulischen Gradient?
Wasser fließt immer vom höheren zum tieferen Potenzial.
Der hydraulische Gradient beschreibt die Veränderung des hydraulischen Potenzials in Abhängigkeit von der Distanz zweier Punkte. Für das fließende Wasser ist das die antreibende Kraft.
X 79-Was sagt das Darcy-Gesetz zur Wasserbewegung im Boden aus?**
Das Darcy-Gesetz wird formuliert durch: �� = ���� ∗ ���� ��∗�� ����
Es sagt aus, dass das Wasservolumen, das durch eine senkrecht zur Fließrichtung angeordnete Fläche pro Zeiteinheit ( [����] ��Fließgeschwindigkeit [��] ) fließt, dem Produkt des hydraulischen
Gradienten und dem Wasserleitfähigkeitskoeffizienten im wassergesättigten Zustand entspricht. Der hydraulische Gradient ergibt sich aus der Differenz des antreibenden Potenzials (dψ: Höhendifferenz [m]) geteilt durch die Fließstrecke (l [m]).
Der Durchlässigkeitsbeiwert (k [��]) ist ein Faktor für die Wasserleitfähigkeit, der die Boden- f [��]
eigenschaften wie Körnung und Struktur und somit den Widerstand im wassergesättigten Zustand berücksichtigt. Für ungesättigte Wasserbewegung gilt der Koeffizient ku.
X 80-In welchem System bewegt sich Wasser besser in der gesättigten Zone oder im ungesättigten Boden?
Die Wasserleitfähigkeit nimmt mit abnehmendem Wassergehalt durch die höhere Wasserspannung ab.
X 81-Was bedeutet der Kf-Wert? Erläutern Sie ihn.
Es ist der Wasserleitfähigkeitskoeffizient (m/s) für Böden im wassergesättigten Zustand. Dieser
berücksichtigt den Widerstand, den die Bodenpartikel dem fließenden Wasser entgegensetzen. Er wird stark vom Gesamtporenvolumen, der Porengrößenverteilung und der Porengeometrie (Tortuosität, Kontinuität und Vernetzung) bestimmt.
Der kf –Wert kann gemessen oder aus der Bodenart und der Lagerungsdichte abgeschätzt werden.
X 82-Beschreiben Sie den Kurvenverlauf der ungesättigten Wasserbewegung für einen Tonboden/ Sandboden (Wasserleitfähigkeit bei unterschiedlichen Saugspannungen). Begründen Sie diesen in Stichworten.
Für Grafik links (Vorlesungsskript)
1)Tonboden: Bei zunehmender Wasserspannung (sinkendem Wassergehalt) nimmt die Wasserleit- fähigkeit im ersten Abschnitt bis ca. 100,5hPa um etwa Faktor 100 ab. Die Sinkrate der Leitfähigkeit nimmt im weiteren Verlauf ab, so dass sich die Kurve mit steigender Wasserspannung einem parallelen Verlauf zur x-Achse nähert.
2)Sandboden: Die Wasserleitfähigkeit im gesättigten Zustand ist hierbei etwa 10 Mal höher als die eines Tonbodens, und nimmt mit zunehmender Entwässerung bis etwa 101,5hPa nur langsam ab. Es folgt ein steiler Abstieg bis etwa 1000hPa, der ab diesem Punkt flacher wird.
Die Leitfähigkeitskurven von Sand und Ton schneiden sich bei etwa 102,5hPa.
3)Gründe:
-Wasserleitfähigkeit abhängig vom Wassergehalt (-> wasserleitender Querschnitt)
-Bei pF0 ist der Boden wassergesättigt und die Leitfähigkeit am höchsten.
-Nahe der Sättigung hat Sand wegen höherem Grobporenanteil höhere Leitfähigkeit. -Wassergehalte sinken abhängig von der Bodenart unterschiedlich schnell bei zunehmendem pF. -Bei höheren pF-Werten hat Ton höheren Wassergehalt und somit höhere Leitfähigkeit.
-Durch zunehmende Trocknung entstehende Sekundärporen erhöhen Leitfähigkeit zusätzlich.
X 83-Was versteht man unter Infiltration, was unter Versickerung?
Die Infiltration ist das Eindringen des Wassers in den Boden. Die Infiltrationsleistung wird bestimmt durch den Ausgangswassergehalt, das Porenvolumen, die Porengrößenverteilung, die Porenkontinuität, die Gefügeform, die Gefügestabilität, und die Vegetationsbedeckung.
Die Versickerung ist das gravitative Absinken des Wassers im Boden, welches in den Grobporen nicht gegen die Schwerkraft gehalten werden kann.
X 84-Was bedeutet Evapotranspiration?
Evapotranspiration ist der Transport von Bodenwasser in die Atmosphäre durch Verdunstung und durch Pflanzen. Beides wird zusammengefasst, da es messtechnisch getrennt nicht erfasst werden kann. Die Intensität ist abhängig von der Sonneneinstrahlung, der Lufttemperatur, dem Sättigungsdefizit der Luft, dem Wind, der Art und dem Deckungsgrad der Vegetation, dem Bodenwasservorrat und der Wasserspannung des Bodens.
Etpot: Verdunstung einer freien Oberfläche
Etakt: Verdunstung unter Boden- und Vegetationsbedingungen
X 85-Was bedeutet Kapillarhub, von welchen Faktoren ist das Ausmaß des Kapillarhubs abhängig?
Wasser wird in Poren durch Kapillarkräfte gegen die Schwerkraft über den Grundwasserspiegel gehoben. Je enger die Pore, desto höher aber auch langsamer wird das Wasser transportiert.
Es gilt: h=3/d [mm] (h: Hubhöhe, d: Porendurchmesser)
X 86-Bei welchen Bodenarten ist der Kapillarhub höher, Sand- oder Lehmboden? Geben Sie Gründe an.
Der Kapillarhub ist beim Lehmboden höher, wegen der höheren Kapillarkräfte. Dies ist bedingt durch die kleinen Porendurchmesser aus der abgestuften Körnung.
X 87-Zu welchen Jahreszeiten ist im Norddeutschen Raum mit einer Auffüllung des GW-Speichers zu rechnen? Geben Sie eine Erläuterung in Stichworten.
In Mitteleuropa tritt die Versickerung und damit die Auffüllung des GW-Speichers nur im Winterhalbjahr auf, weil dann die Evapotranspiration sehr gering ist.
-geringe Einstrahlung und Temperaturen
-geringe Pflanzenaktivität
-Eis schützt vor Evaporation
Bei sommerlichen Starkregenereignissen ist auch eine geringe Versickerung im Sommer möglich.
X 88-Erklären Sie den Effekt der Hystereses von Adsorption und Desorption.***
X
X 89-Was versteht man unter der Kationenaustauschkapazität? Benennen Sie die wesentlichen Charakteristika des Kationenaustausches.
[Bodenkunde und Standortlehre]->Die KAK ist das Maß für den Kationenaustausch eines Bodens. Es ist die Summe der austauschbaren Kationen eines Bodens angegeben in Millimol pro Kilogramm.
Millimol= Atommasse * 10-3g /Wertigkeit
1 Millimol Ca= 40* 10-3g /2=20mg
Prozesse:
-Kationen aus der Bodenlösung sorbieren an den negativ geladenen Partikeloberflächen (TM, Huminstoffe) und gleichen Ladungen aus.
-Die Partikeloberflächen tragen permanente Ladungen, die durch ihren Aufbau bedingt sind (isomorpher Ersatz).
-Die Partikeloberflächen tragen auch variable Ladungen, die vom pH-Wert abhängig sind (funktionelle Gruppen [z.B. FeOOH] spalten bei viel H+ in der Lösung OH- ab sind dann positiv geladen [Anionentauscher] und bei wenig H+ in der Lösung werden H+ abgespalten, was zur negativen Ladung führt [Kationentauscher]).
Charakteristika:
-Transfer zwischen fester und flüssiger Phase
-ändert die Summe der Kationenladung nicht (äquivalente Mengen) -Voraussetzung: Vorhandensein von Wasser
-ist reversibel
-ist ein schneller Prozess
X 90-Welche Bodenbestandteile haben a) höhere Bodenoberflächen und b) höhere KAK? Erstellen Sie eine Reihung: Allophane, Smectit, Huminstoffe, Illit, Kaolinit
Oberfläche (aufsteigend):
Kaolinit, Illit, Smectit, Huminstoffe, Allophane
KAK (aufsteigend):
Kaolinit, Illit+Allophane, Smectit, Huminstoffe
X 91-Was ist der Unterschied zwischen KAKpot und KAKeff? Welche ist in sauren Böden höher?
potenzielle Kationenaustauschkapazität KAKpot: bei standardisiertem pH7 -höchstmögliche KAK, da variable Ladung maximal (Wasserstoff vollständig dissoziiert) effektive Kationenaustauschkapazität KAKeff: bei dem im Boden vorhandenen pH -Anteil der variablen Ladung abhängig vom sorbiertem Wasserstoff und pH
Bei pH<7 (saure Böden) ist KAKeff immer kleiner als KAKpot.
X 92-Was versteht man unter Basensättigung? Wie wird sie berechnet?***
Die Basensättigung ist der Anteil der basisch wirksamen Ionen (Mg2+, Ca2+, Na+, K+) an der KAK.
-
Basensättigung oder S-Wert:
Der prozentuale Anteil der Summe von Ca2+, Mg2+, Na+, K+ an der KAKBS% = ((Ca2+ + Mg2+ + Na+ + K+) /KAK)*100
-
Die Differenz der BS zu 100% wird v.a. von H+ und Al3+, NH4+, den sauer wirksamen Ionen, gebildet
X
X 93-Von welchen Faktoren hängt die Kationenbelegung am Austauscher ab?
-Ladung der Kationen: höherwertige Ionen werden stärker angezogen, bei Gleichwertigkeit größerer Radius entscheidend (Al3+>Mg2+>Na+)
-Hydrathülle: je kleiner die Hydrathülle, desto größer die Anziehung (K+>Na+>Li+). Bei Gleichwertigkeit gilt: je größer der Ionenradius, desto kleiner die Hydrathülle. Die Bindung der Hydrathülle ist bei kleinen Ionen stärker, die Hydrathülle muss aber bei der Sorption teilweise abgelegt werden. -Konzentration der Außenlösung: Die Kationen werden umso stärker an die Oberfläche gezogen, je höher die Konzentration in der Außenlösung ist.
->Selektivitätsreihe: Na+<K+<<Mg2+<Ca2+<Al3+
X 94-Benennen Sie zwei Kationen, die selektiv angelagert werden? Warum?
Al3+: auf Grund seiner hohen Wertigkeit
Ca2+: auf Grund seiner kleineren Hydrathülle (als Mg2+)
X 95-Welche Bodenbestandteile sind maßgeblich für eine Anionenadsorption verantwortlich?
Ionenaustauscher mit hoher variabler Ladung (Abspaltung von OH- führt zur positiven Ladung) z.B. in eisen- und aluminium-oxidreichen tropischen Böden oder Tonminerale der Allophangruppe (nur variable Ladung) oder Huminstoffe mit entsprechenden funktionellen Gruppen.
X 96-Benennen Sie wichtige Bodeneigenschaften und Prozesse, die durch die Kationenaustauschkapazität beeinflusst werden.
-Lessivierung (Tonverlagerung)
-Fähigkeit zur Speicherung, Pufferung und Freisetzung von Ionen (Nährstoffen) -Stoffaustausch Boden/Pflanze, Boden/Grundwasser, Boden/Oberflächengewässer -Stabilisierung des Stoffhaushaltes ganzer Landschaften
X 97-Welche Bedeutung hat die Kationenaustauschkapazität für den Nährstoffhaushalt?
Nährstoffe werden durch die KAK an Bodenpartikel gebunden. Dies kann bedeuten, dass die im Boden gespeicherten Nährstoffe nicht mehr pflanzenverfügbar sind (Kaliumfixierung) oder dass die Nährstoffe durch weiteren Ionenaustausch wieder freigegeben werden.
Letzteres passiert bei der Verwitterung der Bodenpartikel. Für die Pflanzen ist die Nachlieferung der Nährstoffionen entscheidender als die aktuelle Konzentration in der Bodenlösung
X 98-Beschreiben Sie an Hand von Abbildungen die Ladungsverhältnisse von Halloysit, Smectit, Gibbsit.***
von links nach rechts: Halloysit, Smectit, Gibbsit
X 99-Welche Gruppen von Bodenbestandteilen tragen maßgeblich zur Ionenaustauschkapazität in Böden bei?
-Tonminerale
-Huminstoffe
-Fe-/Al-Oxide
X 100-Bei welchem pH liegen die Schwermetalle Blei und Cadmium in höheren Konzentrationen bioverfügbar vor, bei pH 4,5 oder pH 7,2?
bei pH 4,5 (Schadstoffmobilisierung im sauren Bereich durch erhöhte H+-Konzentration)
