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1) Bildet Gruppen von 3-4 Personen.
2) Wählt ein Schwerpunktthema aus und lest das Material. Erstellt ein Infoplakat zu eurem Problempunkt.
3) Überlegt und recherchiert Maßnahmen, die euer Problem effektiv bekämpfen. Notiert sie ebenfalls im Infoplakat. (Quellen nennen!)

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Wie kommt sauberes Trinkwasser aus Brunnen

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Amelie, Kimberly, Johanna und Denisa

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Moritz, Alex, Max und Justus

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Nehmt eure bestimmten Bodenproben und untersucht sie mit einer Lupe. Notiert eure Beobachtungen.

Material: Petrischale, Boden, Lupe

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Plasmolyse und Deplasmolyse der Zwiebelzelle BC

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Amelie, Johanna, Kimberly, Denisa

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20. September 2022

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Lern- und Arbeitsumgebung zum Themenfeld

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Lange Entwicklung

Böden bilden und entwickeln sich über lange Zeiträume, viele Faktoren spielen dabei zusammen. Die wichtigsten natürlichen Einflussfaktoren sind das Gestein, das ⁠ Klima ⁠, Pflanzen und Tiere, die Form und Neigung des Geländes und das Wasserangebot. Von großer Bedeutung sind die Entwicklungszeit und die Intensität der Bodennutzung durch den Menschen, welche in den letzten Jahrhunderten zu erheblichen Bodenveränderungen geführt hat.

Die eigentliche Entstehung von Boden passiert durch Verwitterung von Gestein und der weiteren Zerkleinerung mineralischer Bodenpartikel. Die Prozesse können je nach Stärke der Einflussfaktoren unterschiedlich schnell ablaufen. Boden ist aber mehr als ein Gemenge ausschließlich mineralischer Partikel mit unterschiedlicher Größe. Boden ist vor allem ein Gemisch aus zersetzter organischer Substanz, dem Humus und den mineralischen Bestandteilen durchsetzt mit Wasser und Luft sowie einer Vielzahl pflanzlicher und tierischer Lebewesen. Bis dieses Gemisch in der gewohnten Qualität und notwendigen Mächtigkeit entsteht, braucht es viel Zeit. Die Entwicklung einer ein Zentimeter mächtigen, humosen Bodenschicht kann zwischen 100 und 300 Jahren dauern - jedoch bei einem einzigen starken Gewitterregen durch ⁠ Erosion ⁠ verloren gehen.

Zerkleinerung des Gesteins

Ausgangspunkt für die Entstehung eines Bodens ist das Gestein, das an der Erdoberfläche durch unterschiedlichste Formen der Verwitterung zerkleinert wird. Dringt beispielsweise Wasser in die Klüfte und Risse des Gesteins ein und dehnt sich beim Gefrieren um circa neun Prozent aus, bewirkt dieser Druck eine mechanische Sprengung und Zerkleinerung. Der Wechsel von Erhitzen und Abkühlen sorgt besonders bei dunklen Gesteinen ebenfalls für eine mechanische Belastung und den langsamen Zerfall.

Chemische Reaktionen sorgen für eine Veränderung der Zusammensetzung des Gesteins. Besonders silikathaltige Gesteine verlieren durch die Hydrolyse, einer Art Lösung, Ionen aus dem Kristallgitter, so dass deren Struktur instabil wird. Eine ganz ähnliche Form ist die Hydratation, bei der Wassermoleküle in das Kristallgitter eines Minerals aufgenommen werden. Durch die Quellung verliert das Gestein seine Festigkeit.
Der Druck von wachsenden Wurzeln vermag ebenfalls Gestein zu zerkleinern. Es kommt zur regelrechten Wurzelsprengung, die auch mal Fuß- und Radwege aufbrechen lässt.

Humifizierung, Verbraunung und Verlehmung

Parallel zur Zerkleinerung des Gesteins und der mineralischen Partikel passieren eine ganze Reihe weiterer Prozesse wie die Humifizierung, Verbraunung und Verlehmung und steuern den Fortgang der Bodenbildung.
Durch Humifizierung bilden sich sehr stabile humose Substanzen, die sogenannten Huminstoffe aus der Zersetzung von Pflanzenresten. Die Hauptverantwortung für den Abbau tragen die Bodenorganismen. Bei Wasser- und Sauerstoffmangel, niedrigen Temperaturen oder anderen nicht optimalen Bedingungen für die Organismen wird ihre Abbauleistung verzögert oder nahezu vollständig unterbunden.

Die Verbraunung beschreibt einen Vorgang, bei dem eisenhaltige Minerale wie Olivin oder Biotit im Boden mit Sauerstoff reagieren. Die daraus entstehenden Oxide und Hydroxide geben dem Boden eine sehr charakteristische rötlich-braune Färbung.

Verlehmung tritt fast immer in Verbindung mit dem Prozess der Verbraunung auf. Ergebnis der Verlehmung sind Tonminerale, die aus der Zerkleinerung der silikatischen Minerale Feldspat und Glimmer entstehen. Die Tonminerale haben die ⁠ Korngröße ⁠ von Ton, so dass ein ursprünglich sandiger Boden durch die Zerkleinerung lehmiger und fruchtbarer wird.

Lessivierung, Podsolierung und Vergleyung

Alle bei der Zerkleinerung im Boden freigesetzten Ionen sowie die entstandenen Tonminerale und Huminstoffe werden früher oder später mit dem versickernden Bodenwasser vertikal transportiert. Das Ergebnis hängt von der Intensität des Transports, von der Durchlässigkeit des Bodens und von der Dauer der wirkenden Prozesse ab. Es werden auch, je nach Klima, leicht lösliche Salze gelöst und wieder fixiert oder schwerer lösliche Carbonate durch weiterhin versauernd wirkende Niederschläge. Durch den Vorgang der Lessivierung kommt es zu einer Verlagerung der Tonpartikel. Der Vorgang setzt ein, wenn der ⁠ pH-Wert ⁠ des Bodens unter 6,5 sinkt. In einer tieferen Schicht werden die Tonpartikel wieder fixiert, so dass es in diesem Horizont zu einer Anreicherung von Ton kommt.

Die Podsolierung ist ein Prozess, der ebenfalls erfolgt, wenn die pH-Werte in der oberen Bodenschicht stark sinken. Gründe für diese ⁠ Versauerung ⁠ sind ökologisch ungünstige und saure Streuauflagen, wie beispielsweise die Nadeln von Fichten und Kiefern in Verbindung mit der von Menschen erzeugten atmosphärischen Säurezufuhr. Ist die Pufferkapazität der oberen Bodenschichten aufgebraucht, was besonders auf mineralarmen Böden aus Sand schnell der Fall ist, entsteht ein hellgebleichter Horizont. Die Aufhellung kommt von der Auswaschung der dunkel bis schwarz gefärbten Huminstoffe und der rötlichen Eisenoxide, die in tieferen Horizonten wieder fixiert werden.

Beim Prozess der Vergleyung entsteht permanenter Sauerstoffmangel in einem ständig mit Wasser gesättigten Bereich, der meist in tieferen Bodenschichten liegt. In Folge der chemischen Reduktion des rostfarbenen Eisens und des Mangans bildet sich eine grünlich-blau-graue Schicht mit stellenweiser Bleichung.

Alle genannten Vorgänge beeinflussen die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Bodens und geben ihm ein charakteristisches Aussehen in Form des vertikalen Profilaufbaus mit seinen Schichten und Horizonten.

Viele Faktoren steuern die langsame Entwicklung des Bodens.
Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Gute Zusammensetzung

Die beschriebenen Prozesse der Bodenbildung entscheiden über die Korngrößenzusammensetzung der mineralischen Bodenpartikel. Diese Eigenschaft wird als Bodenart bezeichnet und wird manchmal mit dem Bodentyp verwechselt. Die Bodenart ist ein Maß für die Anteile der unterschiedlichen Korngrößenfraktionen und reicht von sehr fein und nicht mehr sichtbar bis zu zwei Millimeter großen Sandkörnern. Die unterschiedlichen Anteile der drei Fraktionen Ton, Schluff und Sand kennzeichnen somit eine bestimmte Bodenart. Ein lehmiger Sand ist demnach ein Gemisch aus allen drei Fraktionen jedoch mit einem Hauptanteil von Sand.

Die Korngrößenzusammensetzung ist eine der zentralen Bodeneigenschaften und beeinflusst die wichtigsten Funktionen und Prozesse im Boden. Besonders die Wasserführung und der Ertrag, aber auch der Beitrag zur Vermeidung von Hochwasser werden von der Bodenart gesteuert. Die Verteilung der Korngrößen entscheidet erheblich über die Gefährdung durch Bodenerosion und die Gefährdung gegenüber einer Verdichtung durch schwere Land-, Forst- oder Baumaschinen.

Die kleinsten Vertreter unter den mineralischen Bodenpartikeln sind die Tonminerale. Ton ist deswegen so wertvoll, weil die silikatische Struktur es ermöglicht, in dem existierenden Kristallgitter Ionen zu binden und darin enthaltene Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar zu machen.

Von noch größerem Wert sind die Huminstoffe oder der Humus im Boden. Neben der Bindung von Kohlenstoff kann Humus wegen seiner großen Oberfläche ebenfalls Nährstoffe speichern und freisetzen sowie sehr viel Wasser aufnehmen. Sowohl Tonminerale als auch der Humus sind die wichtigsten Filter für Schadstoffe. Der Humus ist eine wichtige Energiequelle für alle Bodenlebewesen, die wiederum ihren Teil zur Bodenqualität nur dann beisteuern können, wenn optimale Verhältnisse herrschen. Aus diesem Grund sind Wirtschaftsweisen anzuwenden, die nicht zu sinkenden Humusgehalten führen.

Der Boden ist ein Gemisch aus Partikeln unterschiedlicher Größe.

Hier in einer anschaulichen Darstellung in 100-facher Vergrößerung.

Quelle: S. Marahrens / Umweltbundesamt

Die Bodenstruktur ist ein Geflecht aus Hohlräumen und Partikeln.
Quelle: FG II 2.7 / Umweltbundesamt

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Böden bilden und entwickeln sich über lange Zeiträume, viele Faktoren spielen dabei zusammen. Die wichtigsten natürlichen Einflussfaktoren sind das Gestein, das ⁠ Klima ⁠, Pflanzen und Tiere, die Form und Neigung des Geländes und das Wasserangebot. Von großer Bedeutung sind die Entwicklungszeit und die Intensität der Bodennutzung durch den Menschen, welche in den letzten Jahrhunderten zu erheblichen Bodenveränderungen geführt hat.

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Beschreibe anhand der Abbildung den Vorgang der Fotosynthese und die notwendigen Transportvorgänge in der Pflanze

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HA/Vertiefung: Diagrammanalyse zur Fotosynthese und zur Zellatmung

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HA/Vertiefung: Diagrammanalyse zur Fotosynthese und zur Zellatmung

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Von Kimberly, Johanna und Amelie

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Von Kimberly, Johanna, Amelie

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Hallo zusammen,
wie versprochen, schreibe ich euch hier noch einmal alle Themen, die für die Arbeit relevant sind, auf:
- Zusammensetzung der Luft
- Nachweismethoden für CO2 und O2 (Kerzen-Versuch, Kalkwasser und Glimmspanprobe sowie Kerzen-Versuch)
- Photosynthese und Zellatmung
- Prozess der Diffusion und Atmung

Ich gebe euch hier noch einmal Wiederholungsmaterial, das ihr euch durchlesen könnt oder auch anschauen könnt. Bearbeitet auch noch einmal intensiv die Aufgaben aus den Stunden nach, damit ihr dort sicher seid.

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Du weist Kohlenstoffdioxid in deiner Probe nach, indem du eine Nachweisreaktion durchführst. Der wichtigste Nachweis dafür ist die sogenannte Kalkwasserprobe. Daneben gibt es noch die Barytwasserprobe. Beide Versuche beruhen auf einem sehr ähnlichen Prinzip: Du stellst die Kalkwasser- oder Barytwasserlösung her und führst dort das zu untersuchende Gas ein.

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Von Alex, Moritz, Maxi und Justus

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Kimberly, Johanna und Amelie

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Von Angelina, Jonas und Jan

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Versuch 1: Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid im Wasser

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Versuch 1: Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid im Wasser

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Führt den oben genannten Versuch durch und protokolliert das Ergebnis. Für eure Deutung beantwortet ihr folgende Fragen:
1. Erkläre die Bedeutung kalten Meerwassers im globalen Kohlenstoffkreislauf anhand eurer Ergebnisse.
2. Durch den Klimawandel erwärmt sich die Atmosphäre und somit schrittweise auch das globale Meerwasser. Erkläre Folgen für die Aufnahmekapazität für Kohlenstoffdioxid in den Meeren

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Versuch 2: Versauerung der Meere – ein Mythos?

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Versuch 2: Versauerung der Meere – ein Mythos?

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Führt den oben genannten Versuch durch und protokolliert die Ergebnisse.
Für die Deutung bearbeitet ihr folgende Aufgabe:

Erkläre, welche Auswirkungen die pH-Wert-Änderung für Lebewesen im Meer haben könnte. Bedenke, dass wenn sich der pH-Wert von normalerweise etwa 8,2 um 0,1 verringert, das Wasser um 30 Prozent saurer geworden ist. Bedenke auch, dass bei einer aktuellen Schätzung der pH-Wert des Meereswassers bis zum Jahr 2100 auf ca. 7,8 sinken könnte und somit 150 Prozent saurer wäre als im Jahr 1800.

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Versuch 3: Auswirkungen der Versauerung: Beispiel Muscheln und Schalentiere

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Versuch 3: Auswirkungen der Versauerung: Beispiel Muscheln und Schalentiere

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Führt den Versuch durch und protokolliert die Ergebnisse. Für die Wartezeit recherchiert ihr zu folgenden Fragen:
- Wie sind die Schalen von Krebsen, Korallen und Muscheln aufgebaut.
- Wie reagiert Kalk, wenn es mit einer Säure in Kontakt kommt.

Welche Erwartung habt ihr an den Ausgang des Versuchs. Formuliert eine Hypothese für euren Versuch auf Grundlage der Recherche-Ergebnisse.

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- Klimawandel (Treibhauseffekt)
- Auswirkungen auf die Meere (Kohlenstoffdioxidaufnahme, Auswirkungen auf Lebewesen, Versauerung)
- Eigenschaften von Wasser
- Wasserhaushalt von Pflanzen

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Abbildung zur industriellen Papierherstellung 

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Abbildung zur industriellen Papierherstellung 