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Zusammenfassung Band 35

Hamer, Martin: Säureneutralisationskapazität und Mechanismen der Protonenpufferung definierter Minerale sowie ausgewählter Gesteine und Böden Nordrhein-Westfalens. Bonner Bodenkundl. Abh. 35 (2000), 282 S.

 

In Laborversuchen wurden die Prozesse der H+-Pufferung von elf definierten Mineralen (Carbonate, Silicate, Oxide) sowie drei ausgewählten Gesteins- (Löß, Grauwacke, Tonschiefer) und 21 Bodenproben (Auswahlkriterien: Versauerungsgrad, Ausgangssubstrat, Nutzung) untersucht. Die Ermittlung der Pufferkapazität und Pufferkinetik erfolgte sowohl über die Messung des Protonenverbrauchs als auch über die Messung der in äquivalenten Mengen freigesetzten Kationen in Batch- und pH-stat-Versuchen. Röntgenographische (RDA) sowie licht- (LM), raster- (REM) und transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Untersuchungen ermöglichten darüber hinaus eine qualitative Charakterisierung der Puffermechanismen.
Die Quantität der mit unterschiedlichen Methoden ermittelten Säureneutralisationskapazität (SNK) der Mineralproben hängt vor allem von der Mineralstruktur, der chemischen Zusammensetzung sowie der spezifischen Oberfläche der Minerale ab. Die Kinetik der H+-Pufferung kann dabei in drei Teilreaktionen unterschiedlicher Reaktionsgeschwindigkeiten gegliedert werden. Die anfänglichen schnellen (0-24 h) und mittleren (24-400 h) Pufferreaktionen sind vor allem auf eine Desorption unterschiedlich stark adsorbierter Kationen, eine Protonierung oberflächenaktiver funktioneller Gruppen, eine beginnende Auflösung von Oberflächenbereichen geringer Stabilität (Gitterdefekte) sowie auf eine Auflösung CaCO3-, Mn- und Fe-Oxid-haltiger Verunreinigungen und ultrafeiner Mineralbruchstücke auf den Mineraloberflächen zurückzuführen. Die langsame H+-Pufferung zwischen 400 und 1000 h ist durch eine konstante Reaktionsgeschwindigkeit gekennzeichnet, aus der mineraltypische Pufferraten berechnet wurden. In diesem Zeitintervall findet eine H+-Konsumtion durch Mineralzerstörung statt.
Die Pufferkapazität ausgewählter Bodenproben läßt sich in eine kurzfristig, mittelfristig und langfristig wirkende SNK unterteilen. Die Pufferkapazität von Carbonaten sowie von austauschbar gebundenen Kationen, von pedogenen Oxiden und leicht verwitterbarer Mine-rale wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert erfaßt. Die Kinetik der schnellen, mittleren und langsamen H+-Pufferreaktionen von Böden wird vor allem durch die unterschiedliche Reakti-vität dieser Puffersubstanzen bestimmt. Auch bei den Bodenproben konnte die Pufferkinetik in drei Teilreaktionen mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten gegliedert werden.
Der Vergleich von Bodenproben unterschiedlich genutzter Standorte (Acker und Wald) verdeutlicht den Einfluß von Vegetation und Nutzung auf die Bodenversauerung. Bei den forstlich genutzten Standorten ließ sich eine um 28 % (Hochflutsand), 18 % (Löß) und 5 % (Grauwacken/Tonschiefer) geringere Gesamtpufferkapazität (SNKGe) ermitteln als bei den landwirtschaftlich genutzten Standorten. Weiterhin wirken sich das Ausgangssubstrat und die Beprobungstiefe auf die ermittelten Pufferkapazitäten einzelner Bodenhorizonte aus.
Die langfristig wirkende SNK ausgewählter Gesteinsproben nimmt in der Reihenfolge Grauwacke < Löß < Tonschiefer zu. Der Löß verfügt hingegen aufgrund des hohen Carbo-natgehaltes über einen deutlich größeren Anteil mittel- und kurzfristig wirkender SNK als der Tonschiefer und die Grauwacke.

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