Lernort Boden - Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und ...

Lernort BodenBoden – Was ist das eigentlich?Didaktische Hinweise821 Woraus Boden besteht 83Schüleraktivität AB1: Woraus besteht mein Boden?842 Sand, Schluff oder Ton (I) – Fingerprobe 86Schüleraktivität AB2: Wie feinkörnig ist mein Boden? 873 Sand, Schluff oder Ton (II) – Schlämmanalyse 89Schüleraktivität AB3: Bodenteilchen auf dem Weg nach unten 914 Bodenprofil – Das eigene Bodenprofil aus dem Gelände 93Schüleraktivität AB4a: Bodenprofil (I) – Meine Bodenaufnahme 94Schüleraktivität AB4b: Bodenprofil (II) – Arbeitsblatt 955 Humusgehalt in Böden 96Schüleraktivität AB5: Wie viel Humus enthält meine Bodenprobe?976 Bodenluft 98Schüleraktivität AB6: Wie viel Luft steckt in meiner Bodenprobe?997 Physikalische Verwitterung 100Schüleraktivität AB7a: Väterchen Frost als Sprengmeister 102Schüleraktivität AB7b: Heiß und kalt103Schüleraktivität AB7c: Kleine Sprengmeister1038 Chemische Verwitterung 104Schüleraktivität AB8: Chemielabor Boden1059 pH-Wert von Böden 106Schüleraktivität AB9a: Welchen pH-Wert hat mein Boden? 108Schüleraktivität AB9b: Wer puffert die Säure und Lauge? 109Arbeitshilfen zur Bestimmung wichtiger Bodeneigenschaften110

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Boden – Was ist das eigentlich?Didaktische HinweiseCD | Alle Grafiken der Arbeitsblätter.Die Schüleraktivitäten AA beschäftigen sichmit dem Boden unter dem Aspekt des „Erlebensund Erfahrens mit allen Sinnen“, wohingegenes das Ziel der Schülerübungen ABist, Grundlagen für das Thema durch eigenesForschen und naturwissenschaftlichesUntersuchen zu schaffen.Am Anfang (AB1) steht die unmittelbare/originäreBegegnung mit dem Boden, wobei dieSchüler versuchen sollen, sich möglichstgenau mit dem vorhandenen Boden auseinanderzusetzen.Die zweite Aktivität (AB2) beschäftigtsich mit der Korngrößenzusammensetzungvon Böden und bringt diese in eineSystematik. Eine vorgegebene Schautafel (Arbeitshilfe)soll als eine Art „Kochrezept“ unterstützendwirken, sich an die richtige Bodenartmit Hilfe der „Fingerprobe“ heranzutasten.Mit der Schlämmanalyse (AB3) wird dem Schülerverdeutlicht, wie verschieden unterschiedlicheKorngrößen sedimentieren und dass sichder mineralische Anteil des Bodens aus einemKorngrößengemisch zusammensetzt.Die eigene Aufnahme eines Bodenprofils (AB4)soll dem Schüler den lagigen Aufbau des Bodensnäher bringen. Die Entnahme eigenenProbenmaterials für eventuell anschließendeDetailuntersuchungen (z. B. Schlämmanalyse,Humusgehalt) fördert das Interesse des Schülersund ermöglicht es ihm, spätere Experimenteund Ergebnisse im Zusammenhang mitdem „Boden unter seinen Füßen“ zu sehen.Die nur im Gelände durchführbare Schüleraktivitätmuss vom Fachlehrer im Vorfeld gut geplantund erkundet werden. Es sollten wederzu viele Proben genommen werden noch solltensich die Proben zu ähnlich sein.In der Aktivität „Humusgehalt in Böden“ (AB5)wird über das Ausglühen der Humusgehaltdes Bodens bestimmt. Die Schüleraktivitätfördert genaues naturwissenschaftliches Arbeiten,erfordert vom Schüler jedoch bereitsein Verständnis für die Umwandlung des Kohlenstoffsdes Humus in CO 2 durch den Verbrennungsprozess.Die Schüleraktivität „Bodenluft“(AB6) soll dem Schüler vermitteln,dass Boden nicht nur aus Feststoffen besteht,sondern auch aus einem System miteinanderin Verbindung stehender Hohlräume, diemit Luft oder Wasser gefüllt sein können.Bei den Versuchen zur physikalischen undchemischen Verwitterung (AB7 und AB8) erfährtder Schüler etwas über die physikalischenund chemischen Prozesse, die auf Gesteineeinwirken und damit Grundlage für dieBodenbildung sind. Für Schüler sind dieseÜbungen leicht durchführbar, jedoch müssenbei diesen Versuchen die Sicherheitshinweisebesonders beachtet werden!Die Bestimmung des pH-Wertes verschiedenerBöden (AB9a) vermittelt dem Schüler, dass dieserWert eine der grundlegenden (chemischen)Eigenschaft eines Bodens wiedergibt. Die Bedeutungdes pH-Wertes kann insbesondere inBezug auf das Pflanzenwachstum problematisiertwerden (dazu auch SachinformationModul E Landwirtschaft, Exkurs „Kalken vonBöden“). Die Bestimmung des pH-Wertes mittelsIndikatorpapier ist für den Schüler meistschon aus dem Chemieunterricht bekannt undsollte nur als vertiefte Anwendung verstandenwerden. Soweit keine Kenntnisse vorhandensind, sollte der Fachlehrer zumindest in Grundzügendiese für ein besseres Verständnis erklären.Dazu ist Abbildung A21 in der SachinformationModul A „Was ist Boden?“ hilfreich.Die Schüleraktivität AB9b demonstriert dieunterschiedliche Pufferkapazität von Böden.Für das Verständis dieser Aufgabe sollte denSchülern die chemische Bedeutung von Säurenund Laugen bereits vertraut sein.Die „Arbeitshilfen“ auf den Seiten 110/111fassen die wichtigsten (Gelände-)Untersuchungsmethodenzusammen (teilweise vereinfacht).Sie können insbesondere in derSchüleraktivität AB4 eingesetzt werden, dürftenaber auch in anderen Schülerübungen(auch anderer Module) hilfreich sein, beidenen die Kenngrößen „Bodenart“, „pH-Wert“, „Kalkgehalt“ oder „Krümelstruktur“bestimmt werden sollen.82 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABAB1 Woraus Boden bestehtMit der Schüleraktivität wird der Boden demSchüler vertraut gemacht. Im ersten Teil ste­hen die sinnliche Wahrnehmung, das Emp­finden von Boden, im zweiten Teil das ge­naue Beobachten und erstes „Analysieren“des Bodens im Vordergrund. Als Antworten auf die Frage „Was ist Boden?“sind Äußerungen wie „Dreck“, „Pampe“ oder„schmierig“ zu erwarten. Zur Erarbeitung derAntwort bietet sich an, die Schülerbeobach­tungen strukturiert an die Tafel zu schreiben.Die im Beispiel grau hinterlegten Felder mitOberbegriffen (z. B. Pflanzen, Tiere, organi­sche Bestandteile) können zu Beginn leerbleiben und im Verlauf der Unterrichtseinheitzusammen mit den Schülern entwickelt wer­den. In der Sekundarstufe I sind hierzu grö­ßere Hilfestellungen notwendig. In den hö­heren Klassen ist die Nennung einzelnerBodenfunktionen zu erwarten, z. B. Nähr­stofflieferant, Filter, Puffer. Sie sind daher imbeigefügten Beispiel aufgeführt.A29 | Betrachtung von Boden durch das Mikroskop.Organische BestandteileAnorganische BestandteileFlüssige/gasförmigeBestandteileBodenfunktionenPflanzen Tiere Minerale GesteineWurzelnRegenwürmer,WürmerTon Steine WasserLebensraum fürTiere, PflanzenBlätter Maulwurf Sand Dreck LuftNährstofflieferantNährgrundHumus Ameisen Quarz Felsen verschiedene Stoffe WasserspeicherNadeln Bakterien Korngrößen Kalkstein MineralienspeicherÄste Mäuse Glimmer Granit FilterKompost, Zerfallvon LebensmittelnDachs Gesteinszersatz Erde Pufferverweste,zersetzte PflanzenKäferNährstoffeFundament fürGebäude, Tiere, PflanzenPflanzenverweste,verrottete TiereLehmKreislaufvon Leben und TodGrasNahrungAlles unter meinen FüßenTabelle | Beispiel Tafelanschrift: „Was ist Boden?“Lernort Boden 83

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Woraus besteht mein Boden?Materialien(Papier-)Unterlage, HandtuchLupe, evtl. Binokular oder MikroskopBodenprobe von zu Hause; wenn nicht verfügbar, dann Waldboden vom LehrerDurchführungUntersuche deinen Boden. Benutze dazu besonders deine Hände, indem du dieBodenmaterialien zwischen deinen Fingern fühlst. Schaue dir deinen Boden auchmit der Lupe an. Was kannst du jetzt erkennen?SCHÜLERAKTIVITÄT AB1Streiche in der nachfolgenden Liste an, was für deinen Boden zutrifft oder ergänzedie Beschreibungen. Notiere auch, was dir außerdem an deinem Boden aufgefallenist. Vergleiche deinen Bodensteckbrief mit anderen Bodensteckbriefen.Diskutiert zunächst in der Gruppe und anschließend mit eurem Lehrer darüber,woraus Boden besteht und versucht, eine Antwort auf die Frage„Was ist Boden?“ zu finden. 84Lernort Boden

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?AB2 Sand, Schluff oder Ton (I) –Bestimmung der Bodenart mit Hilfe der FingerprobeHintergrundViele physikalische und chemische Eigenschaftendes Bodens (z. B. Wasser- und Lufthaushalt,Bearbeitbarkeit) werden durch dieKörnung bestimmt.KorngrößenklassenBezeichnungKlassengrenzenDurchmesser in mmDie einzelnen Körner werden nach ihrerGröße charakterisiert, die Korngrößen in Fraktionen(= Hauptbodenarten) eingeteilt( Tabelle). Die drei Hauptbodenarten imFeinboden sind Sand (S), Schluff (U) und Ton(T). Der relative Anteil der Korngrößengruppenvariiert dabei stark zwischen verschiedenenBöden. Größere Bestandteile (> 2 mm)im Boden wie Kies oder Steine werden alsGrobboden oder Skelett bezeichnet.KorngrößenklassenBezeichnungKlassengrenzenDurchmesser in mmFeinboden < 2 mm Grobboden > 2 mmTon < 0,002 = 2 μm Grus, Kies 2 – 63Feinton 0,063 – 0,2 μm Feingrus, Feinkies 2 – 6,3Mittelton 0,2 – 0,63 μm Mittelgrus, Mittelkies 6,3 – 20Grobton 0,63 – 2 μm Grobgrus, Grobkies 20 – 63Schluff 0,002 – 0,063 Steine > 63Feinschluff 0,002 – 0,0063Mittelschluff 0,0063 – 0,02Grobschluff 0,02 – 0,063Sand 0,063 – 2,0Feinsand 0,063 – 0,2Mittelsand 0,2 – 0,63Grobsand 0,63 – 2,0Tabelle | Körnerklassen (Bodenarten)und deren Größen.Die Bodenart benennt die relativen Anteileder verschiedenen Korngrößenfraktionen ineinem Boden. Die nach dem Massenanteilvorherrschende Körnungsart bestimmt denNamen der Bodenart: Sand (S), Schluff (U),Ton (T) oder Lehm (L), wobei Lehm ein Gemischaus Sand, Schluff und Ton ist. Durchdie Beifügung sandig, schluffig, tonig, lehmiglassen sich die Bodenarten weiter differenzieren,z. B. schluffiger Sand oder lehmigerSand.A30 | Das Dreieckdiagramm der Bodenarten.Zur DurchführungBei der „Fingerprobe“ im Gelände wird dasBodenmaterial vorsichtig angefeuchtet, sodass der Boden gut knetbar ist. Zu trockeneProben werden leicht gröber, zu nasse leichtfeinkörniger angesprochen. Der feuchte Bodenwird zwischen Daumen und Zeigefinger geriebenund geknetet und mit Hilfe der KriterienPlastizität, Rollfähigkeit, Schmierfähigkeit undRauigkeit wird die Körnung bestimmt.Je nach Jahrgangsstufe können unterschiedlicheKriterien und Abstufungen der Klassifizierungverwendet werden ( Arbeitshilfen).Bodenproben aus Ton sind gut formbar. Durchbei der Fingerprobe freigepresstes Wasserbesitzen sie eine glänzende Schmierfläche,durch die Einregelung der Tonteilchen ist diesezusätzlich glatt. Schluff ist weniger gut formbarund mehlig, seine Schmierfläche ist imGegensatz zur Tonfraktion rau und wirkt daherstumpf. Im Gegensatz zu den anderen beidenFraktionen setzt sich Schluff sehr gut inden Fingerrillen fest. Sand ist äußerst schlechtformbar, seine Körnigkeit ist meist deutlichfühl-, sichtbar und hörbar (Knirschen).Sollten einheitliche Bodenproben für alleSchüler verwendet werden, kann die richtige„Lösung“ zum Beispiel auf einer Karteikarte„deponiert“ werden und nach der Meinungsbildungaufgedeckt werden. Die Bildung vonGruppen aus mehreren Schülern fördert dieDiskussion und zwingt den Schüler, den erfühltenBoden zu beschreiben.86 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABSand, Schluff oder Ton – Wie feinkörnig ist mein Boden?MaterialienDurchführung(Papier-)Unterlage, Papierhandtüchermehrere Bodenproben mit unterschiedlicher KörnungSpritzflasche mit WasserAnleitung „Fingerprobe“Feuchte die Bodenprobe mit einigen Tropfen Wasser aus der Spritzflasche vorsichtig an, der Boden darf aber nicht zu nass sein. Feinkörniger Bodenverträgt dabei mehr Wasser als grobkörniger Boden.Vermische und knete Boden und Wasser miteinander. Ist der Boden zu nass, gib noch etwas Bodenmaterial dazu. Ist er zu trocken, feuchte ihn mitnoch etwas Wasser an.SCHÜLERAKTIVITÄT AB2Bestimme mit Hilfe der Anleitung („Fingerprobe“) die Bodenart der Proben.Diskutiere mit deinen Mitschülern deine Meinung.Notiere als Ergebnis die jeweiligen Bodenarten:Probe 1Probe 2Probe 3Kannst du dir erklären, warum zwischen den Fingern gequetschter Toneine glänzende Oberfläche zeigt?Lernort Boden 87

SCHÜLERAKTIVITÄT AB2ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?ArbeitshilfeSo finde ich mit der Fingerprobe die richtige BodenartVersuche die Bodenprobe zwischen den Handtellern auf halbe Bleistiftstärke auszurollen. Gib evtl. etwas Wasser dazu, damit die Probe feucht ist.Vergleiche und bestimme das Ergebnis anhand des unten stehenden Schemas!88Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABAB3 Sand, Schluff oder Ton (II) –Bestimmung der Bodenart mit Hilfe der SchlämmanalyseHintergrundDie Schlämmprobe demonstriert eindrucksvoll,dass Boden ein Korngrößengemisch darstellt.Für die Erklärung des Prinzips derDurchführung bietet sich besonders ungewaschenerSand an, der aus verschiedenenAnteilen an Grob- bis Feinsand sowie einemgrößeren Schluffanteil zusammengesetzt ist.Feinschluff- und Tonanteile lassen sich imRegelfall mit dem hier dargestellten vereinfachtenVerfahren nicht voneinander abgrenzen.Da stark tonige und lehmige Proben imWasser rasch verklumpen, sollte auf derenVerwendung verzichtet werden. Um das Verklumpenzu verhindern, können Dispersionsmittel(z. B. Na 4P 2 O 7 ) der Schlämmprobe zugesetztwerden. Humusreiche Proben ausdem Oberboden sind ebenfalls ungeeignet,da sie das Wasser stark trüben und das Zerreibenim Mörser eher zum Verschmieren derProbe führt. Bei der Schlämmanalyse wird ineinem hohen Glaszylinder oder einem ähnlichenGefäß (z. B. verschraubbare Milchflasche)eine Frischbodenprobe mit Wasserkräftig aufgeschüttelt und dann wieder hingestellt.Entsprechend ihrer Korngröße bzw.ihres spezifischen Gewichtes setzen sich dieBodenpartikel unterschiedlich schnell ab undlagern sich schichtweise am Grund des Gefäßesan. Bei den Tonpartikeln kann dies mehrereStunden oder sogar Tage dauern. DaHumus- und andere Pflanzenbestandteile imRegelfall in der Wassersäule aufschwimmen,sollte organisches Material vor der Schlämmanalyseaus der Bodenprobe entfernt werden.Die Sinkgeschwindigkeit der Bodenbestandteilekann zur Bestimmung der genauenBodenart herangezogen werden. Dieverschiedenen Korngrößen können dabeigetrennt werden, weil auf Grundlage desSTOKE’SCHEN Gesetzes der Fall kleiner Teilchenin einer Flüssigkeit gleichförmig undihre Geschwindigkeit eine Funktion des Gewichtsist:n = 29 • (r p -r w ) • g • r 2hn = Fallgeschwindigkeit [cm/s]r = Teilchenradius [cm]r p = Teilchendichte [g/cm 3 ]r w = Wasserdichte [g/cm 3 ]2g = Erdbeschleunigung [cm/s ]h = Wasserviskosität [g/cm * s].Die Dichte und die Wasserviskosität sind temperaturabhängigeGrößen, was zur Vereinfachungdes Versuchs jedoch vernachlässigtwerden kann.Für Wasser als Suspendierungsmittel beieiner Temperatur von 20°C und einer Dichte3für Quarz von r p = 2,65 g/cm gilt vereinfacht:360002n =•cm s r•Partikel mit einem Äquivalentdurchmesservon 0,002 mm (entspricht der Größe von Tonpartikeln)brauchen somit für eine Fallstreckevon 10 cm10 cm • cm s •t = = 27777 s = 7 h 43 min23600 • (0,0001 cm)Dieses Ergebnis zeigt, dass die Versuchsanordnungmöglichst lange stehen zu lassenist, damit sich auch kleinste Tonpartikel absetzenkönnen. Es bietet sich an, eine ersteMessung des Bodensatzes nach einer Schulstunde(45 min.) und die nächste nach meh-A31 | SchematischeDarstellung einerSchlämmprobe. CDLernort Boden 89

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?reren Tagen oder sogar erst nach einer Wochedurchzuführen, um die Veränderungen zu dokumentieren.Dies gilt insbesondere für Bodenprobenmit einem hohen Anteil an Schluffund Ton.Die Berechnung des prozentualen Anteilsjeder Korngröße am Gesamtboden erfolgtdurch Messung der Dicke der einzelnen abgelagertenSchichten im Verhältnis zur Gesamtmächtigkeit.Erweiterung der AufgabenMit den über die Schichtdicken ermitteltenProzentanteilen der einzelnen Korngrößenlässt sich die Bodenart des aufgeschlämmtenBodens ermitteln. Hierzu werden mit Hilfedes Bodenartendreiecks die verschiedenenKorngrößenfraktionen zur Bodenart zusammengefasst,z. B. 35 % Ton, 35 % Schluff,30 % Sand ergeben die Bodenart Lehm. DenSchülern muss ggf. der Umgang mit einemDreiecksdiagramm erläutert werden.ErweiterungDurch die Zugabe von Kochsalz (NaCl) zurSchlämmprobe werden Feinboden und Tonpartikelbesser verteilt (dispergiert). Die Tonanteile„schweben“ länger im Wasser, wodurcheine schärfere Trennung erfolgt. DerEffekt kann durch Zugabe von etwas Waschpulververstärkt werden. Die Wassertrübungkann bei entsprechendem Feintongehaltunter Umständen monatelang anhalten.Bei Zugabe von CaCl ziehen sich die Tonmi­2nerale gegenseitig an und bilden ausflockendeAggregate. Die Sedimentation derBodenpartikel wird beschleunigt.A32 | Oben und Mitte: Zerkleinerungder Bodenprobeals Vorbereitungzur Schlämmanalyse.Unten: Resultate derSchlämmanalyse nach5 Minuten Absetzzeit.90 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABBodenteilchen auf dem Weg nach unten –Wir bestimmen die Bodenart mit Hilfe der SchlämmanalyseMaterialienDurchführungje Bodenprobe 1 hohes, verschließbares Glasgefäß (z. B. 0,5 Liter Milchflasche)Lineal, Folienstift, evtl. Mörserverschiedene Bodenproben, WasserEntferne aus deiner Bodenprobe Steine, Wurzeln oder andere Fremdkörper.Zerkleinere verklumpte Bodenteilchen vorsichtig mit dem Mörser. Führe diesallerdings nur an trockenen Bodenproben durch, damit nicht alles verschmiert.Gib eine Bodenprobe in das Glasgefäß, fülle dieses mit Wasser auf und verschließe es. Schüttle das Glasgefäß, so dass ein möglichst homogenesGemisch entsteht („Bodenshake“). Stelle das Glasgefäß auf einem Tisch ab,so dass sich die Bodenpartikel ruhig absetzen können.SCHÜLERAKTIVITÄT AB3Beobachte von Zeit zu Zeit (nach wenigen Minuten bis mehreren Stunden)und notiere.Lasse das Gefäß mindestens eine Woche stehen, damit sich auchkleinste Bodenpartikel absetzen können. Beobachte und notiere.Miss mit dem Lineal die Dicke der einzelnen „Bodenschichten“ in denGlasgefäßen. Vorsicht, die Gefäße nicht schütteln!Errechne aus den Schichtdicken die Prozentanteile der jeweiligen Korngrößen amGesamtboden.Hat sich alles abgesetzt? Ist das Wasser klar?Wenn nein, was befindet sich noch in der Schwebe?Lernort Boden 91

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Zeichne nach einer Schulstunde im linken und nach einer Woche im rechten Glasein, wie sich die Bodenpartikel im Glas verteilt haben!Sieh dir die Schichten genau an und versuche diese zu beschriften (Sand, Feinsand,Schluff, Ton, Tontrübe).Bestimme die Bodenart deiner Bodenprobemit Hilfe des DreieckdiagrammsSCHÜLERAKTIVITÄT AB3Bestimme die prozentualen Anteilevon Sand, Schluff und Ton mitHilfe der jeweiligen Schichtdicken.Trage diese in das Diagrammein und lies die Bodenartab, in deren Feld der vondir eingezeichnetePunkt fällt.Notiere deinErgebnis!92Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABAB4 Bodenprofil – Das eigene Bodenprofil aus dem GeländeHintergrundDie Untersuchung von Böden im Gelände erfolgtin der Regel an einem Bodenprofil (bis1 m Aufschlusstiefe) oder alternativ an einemSpatenaushub (30–40 cm Tiefe sind meistausreichend). Alternativ kann auch ein Bohrstockverwendet werden (Pürckhauer-Bohrstock),mit dessen Hilfe Bohrkerne aus biszu 1 Meter Tiefe gezogen werden. Die Beprobungist dabei umso besser, je größer derDurchmesser des Bohrstocks ist.Bezug von BohrstöckenIn vielen Fällen besteht die Möglichkeit, dieBohrstöcke auszuleihen. Hier sind staatlicheInstitutionen gute Anlaufstellen. Universitätenmit naturwissenschaftlichen Fakultäten sindebenfalls häufig in Besitz der nötigen Ausrüstung.Fachleute der entsprechenden Einrichtungenkönnen zusätzlich noch weiterführendeRatschläge zum Gebrauch des Gerätes geben.Der Bezug von Bohrstöcken ist über das Internetoder den Fachhandel möglich. Die Kostenliegen bei etwa 250–300 € für den Bohrstockund bei etwa 80–100 € für den Hammer.BohrstockbeprobungZur Gewinnung eines Bohrkerns wird der Bohrstockmit dem Hammer möglichst weit in denBoden getrieben. Dabei ist zu beachten, dassoftmals schon vor Erreichen der maximalenEinschlagtiefe (1m) der Widerstand so großwird, dass ein weiteres Einschlagen nicht ratsamist, um Beschädigungen der Gerätschaftenzu vermeiden. Größere Steine u. Ä. könnenebenfalls dafür sorgen, dass sich derBohrstock nicht sehr tief einschlagen lässt.Bei solchen Problemen ist es ratsam, den Versuchabzubrechen und sich einen neuen Beprobungspunktzu suchen.Vor dem Herausziehen wird der Bohrstock1- bis 2-mal (nur in eine Richtung!) gedreht,um den Kern von der Bohrlochwand abzutrennen.Mit dem Ziehgerät lässt sich derBohrstock wieder aus dem Boden entfernen,wobei das Herausziehen durch Drehen desBohrstocks (ebenfalls nur in eine Richtung)erleichtert wird. Vor Betrachtung des Bodenprofilsmuss mit einem Messer oder einerSpachtel aus der Öffnung überstehenderBoden abgeschnitten werden, um verschmiertesMaterial zu entfernen.Wichtige GefahrenhinweiseVor einer Bohrung – auch im eigenen Schulgarten– sind unbedingt Erkundigungen überLeitungen und Kabel im Untergrund bei derentsprechenden Kommune bzw. den Versorgungsunternehmeneinzuholen! Insbesondereim städtischen Bereich durchzieht ein dichtesNetz aus verschiedenen Versorgungssträngenden Boden. Aber auch unter Wiesen und selbstim Wald können solche Leitungen verlegt sein.Durch den Bohrstock können diese beschädigtund zur Gefahr für den Bohrenden werden(Strom- oder Gasleitungen!).Beim Herausziehen des Bohrstockes ausdem Boden ohne Ziehvorrichtung ist auf dierichtige Ziehtechnik zu achten, da sonst Rückenverletzungenauftreten können (vgl.Heben eines Getränkekastens). Bohren Sieauf Privatgelände nicht ohne Erlaubnis desEigentümers.Anlegen von BodenprofilenDas Anlegen von Bodenprofilen bedeutet einennicht unerheblichen Eingriff in denBoden. In Absprache mit Grundstückseigentümernoder der Forstverwaltung sind solcheAufgrabungen jedoch eine eindrucksvolleMöglichkeit, den Aufbau des Bodens kennenzu lernen. Zur standortkundlichen Aufnahmewerden von den Forstämtern gezielt Bodenaufgrabungendurchgeführt, so dass bei Anfragehäufig bereits bestehende Profile besuchtund untersucht werden können.Spatenaushub (im Schuhkarton)In den meisten Fällen wird es ausreichen, einenSpatenaushub bis in eine Tiefe von 30oder 40 cm durchzuführen. Der sauber ausgestocheneBoden kann z. B. in einem Schuhkartonfür den Unterricht mitgenommen unddort besprochen bzw. bearbeitet werden (Aushublochwieder mit Erde auffüllen!). Der Kartonsollte in einem geschlossenen Plastikbeutelaufbewahrt werden (nicht zu langeund zu warm, gelegentlich lüften und leichtbefeuchten).A33 | Probennahme mitHilfe des Pürckhauer-Bohrstocks.Lernort Boden 93

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Bodenprofil (I) – Meine BodenaufnahmeOrdne die unten stehenden Begriffe den einzelnen Horizonten des Bodens zu.Schreibe sie in den Abschnitt, für den sie zutreffen. Schreibe auch auf,was du über die einzelnen Horizonte weißt oder aus der Abbildung ableiten kannst.Male die Abbildung „naturnah“ aus.SCHÜLERAKTIVITÄT AB4a„Streuschicht“, „Humusauflage“, „O-Horizont“, „A-Horizont“, „B-Horizont“,„C-Horizont“, „Oberboden“, „Unterboden“, „Organischer Horizont“,„Ausgangsgestein“, „mit Humus vermischter Mineralboden“, „Humushorizontohne mineralische Bestandteile“, „Horizont mit überwiegendem Stoffeintrag“,„Horizont mit überwiegendem Stoffaustrag“94Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABBodenprofil (II) – ArbeitsblattBearbeite das Bodenprofil mit Hilfe des Arbeitsblattes. Untergliedere, wenn nötig,die Profilabschnitte weiter. Versuche das Bodenprofil so zu zeichnen, wie dues am linken Rand als Muster siehst. Natürlich können deine Horizontgrenzenanders liegen als in dem Beispiel.SCHÜLERAKTIVITÄT AB4bLernort Boden 95

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?AB6 BodenluftHintergrundPoren machen bis zu 50 Vol.-% des Bodensaus. Der Gehalt an Bodenluft in ihnen verhältsich gegenläufig zu dem des Bodenwassersund ist somit sehr variabel. Eine guteDurchlüftung des Bodens ist Voraussetzungfür das Gedeihen der Bodenorganismen bzw.für das Pflanzenwachstum. Sie benötigenbeide zur Energiefreisetzung durch AtmungSauerstoff aus der Luft und geben Kohlendioxidab. Je größer das Porenvolumen desBodens ist, desto besser ist er durchlüftet.Das hat zur Folge, dass Böden mit größerenBodenteilchen (z. B. Sand) besser durchlüftetsind als solche mit feiner Körnung (v. a.Tonböden). Ein hoher Humusgehalt im Bodenfördert die Durchlüftung, weil der Boden dadurcheine stabilere (Poren-) Struktur erhält.Der hier durchgeführte Versuch bestimmtdas Volumen der im Boden befindlichen Luftdurch ihre Verdrängung durch Wasser. Dazuwird die Bodenprobe in ihrem Probenahmegefäß(Konservendose) in einen Messbechermit einer bekannten Wassermenge gestellt.Unter der Annahme, dass das aufgenommeneWasser die gesamte und ursprünglichin der feldfrischen Bodenprobe befindlicheLuft verdrängt, kann aus dem „Wasserverlust“auf das Volumen der Bodenluft geschlossenwerden. Wird die Bodenprobe zunächstüber einen Zeitraum von einigenTagen getrocknet, wird das gesamte Porenvolumenbestimmt.Tabelle | Vergleich der Zusammensetzungvon atmosphärischerLuft und Bodenluft.Bestandteile der Luft Atmosphärische Luft Bodenluft (gut durchlüftet)Stickstoff 78 % 79–83 %Sauerstoff 21 % 18–21 %Kohlendioxid 0,03 % 1–2 %andere 0,97 % bis 1 %Hinweise zur VersuchsdurchführungBei der Wahl der Konservendose muss daraufgeachtet werden, dass die Wandung stabilgenug ist, damit die Dose beim Einschlagenin den Boden nicht zerstört wird (anErsatzdose denken).A35 | Deformierte Probendosezur Ermittlungder Bodenluft.98 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABWie viel Luft steckt in meiner Bodenprobe?MaterialienDurchführungpro Bodenprobe eine leere Konservendose (am besten 320 ml) ohne Deckel und mit Löchern im Boden, eine nicht geöffnete Konservendose gleicher Größe (Kontrolldose)2 Messbecher oder Messzylinder (mit feiner Skala), FolienstiftSpaten, Hammer, Holzbrettchenverschiedene Bodenproben, WasserFeldarbeitSuche dir eine Stelle zur Probenahme aus, die nicht zu dicht bewachsen ist und keineSteine an der Oberfläche besitzt. Drücke die leere Konservendose mit der Öffnung nachunten vorsichtig in den Boden. Lege danach das Holzbrettchen auf die Dose und schlagesie vorsichtig mit dem Hammer weiter in den Boden. Die Dose muss soweit eingeschlagenwerden, dass nur noch der gelöcherte Dosenboden erkennbar ist. Grabe dieDose vorsichtig wieder aus, ohne dass dabei der Boden aus der Dose rutscht.SCHÜLERAKTIVITÄT AB6Bestimmung des DosenvolumensFülle Wasser in einen Messbecher und markiere mit einem wasserfesten Folienstiftden Wasserstand. Drücke die nicht geöffnete Dose (Kontrolldose) in den wassergefülltenMessbecher und achte darauf, dass sie vollständig eintaucht. Markieremit dem Folienstift den neuen Wasserspiegel. Nimm die Kontrolldose vorsichtigwieder aus dem Wasser heraus und achte darauf, dass du möglichst wenig Wasserverschüttest. Berechne aus der Differenz der beiden Wasserstände das Volumender Dose und notiere es!Bestimmung des Luftvolumens der FeldprobeStelle die Dose mit der Bodenprobe kopfüber in den anderen Messbecher. Achte da­rauf, dass kein Boden aus der Dose herausfällt. Am besten stülpst du den Messbecherüber die Dose und drehst beide danach um. Fülle nun das Wasser aus dem erstenMessbecher in den zweiten ein. Warte eine Zeit lang, bis sich der Wasserspiegelnicht mehr ändert, und markiere den Wasserstand mit dem Folienstift.Erkläre, warum sich im Vergleich zur nicht geöffneten Kontrolldose ein niedrigererWasserspiegel im Messbecher einstellt. Berechne das Luftvolumen der Bodenprobe,indem du die Wasserstände im ersten und zweiten Messbecher vergleichst und notieredein Ergebnis.Wiederhole den Vorgang mit Proben von anderen Standorten.Warum verhalten sich verschiedene Bodenproben eventuell anders?Bei welcher Bodenart erwartest du das größte Porenvolumen?Lernort Boden 99

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?DVD | Hinweise zur physikalischenVerwitterung.A36 | Natürliche Pflanzenkräfte.AB7 Physikalische VerwitterungHintergrundBöden sind ein Gemisch aus verwittertenGesteinsbruchstücken, Tonmineralien undorganischer Substanz, die sich in langen Zeiträumenunter dem Einfluss von Klima, Organismenund Gesteinen entwickelt haben. DieVorgänge, durch die Gesteine unter den genanntenBedingungen einer fortschreitendenZerstörung unterliegen, werden als Verwitterungbezeichnet. Bei der physikalischenVerwitterung wird festes Gestein durch mechanischeProzesse aufgelockert und zerkleinert.Die chemische Zusammensetzungdes Gesteins bleibt erhalten.Gesteine weisen natürliche Schwächezonenauf, an denen sie bei den physikalischen Verwitterungsvorgängenaufbrechen. DieseTrennflächen öffnen sich bereits geringfügig,wenn das Gestein durch die Abtragung derGebirge an die Erdoberfläche kommt und sich– entblößt von der Gesteinsüberlast – entspannenkann. Die Trennfugen stellen nuneine Angriffsfläche für die Verwitterung dar.Ein wichtige Rolle bei der physikalischen wieauch bei der chemischen Verwitterung spieltWasser, das in Risse und Spalten innerhalbdes Gesteins eindringt. Zu den physikalischenVerwitterungsformen gehört die Frostsprengung.Gefriert das Wasser in den Rissen undSpalten des Gesteins und dehnt sich dabeibis zu 9 % seines ursprünglichen Volumensaus, entstehen starke, nach außen gerichteteKräfte. Diese sind groß genug, um Spaltenzu erweitern und das Gestein zu zerbrechen.Auch Pflanzenwurzeln können in dasRiss- und Spaltensystem der Gesteine eindringenund hohe Wachstumsdrücke erzeugen,die das Gestein sprengen. Hohe, inkurzer Zeit ablaufende Temperaturschwankungentragen ebenfalls zur Gesteinszerstörungbei. Die Ursache dieser Temperaturverwitterungliegt in den unterschiedlichenAusdehnungskoeffizienten der einzelnen Mineraleeines Gesteins bei Temperaturveränderungen.Diese Art der Verwitterung ist vorallem in Wüstengebieten anzutreffen, da hiergroße Gegensätze zwischen den Tag- undNachttemperaturen vorherrschen.Hinweise zur Durchführung der VersucheFrostsprengung AB7aDie besten Ergebnisse zur Frostsprengungwerden mit porösen Gesteinen erzielt, da hierdas Wasser gut in die Poren eindringen kann.Die Poren dürfen allerdings nicht zu großsein, damit sich das Wasser im Gestein hält.Geeignet sind feinkörnige Sandsteine, Tonsteineoder auch im Baumarkt erhältlichekünstliche Bausteine. Sehr dichte Gesteinewie Granit, Gneis oder Kalkstein eignen sichdagegen weniger. Solche Gesteine sind inder Natur in der Regel nur frostanfällig, wennsie von Spalten und Klüften durchzogen sind,in die das Wasser eindringen kann. Um denPorenraum des Gesteins ausreichend mitWasser zu füllen, bietet es sich an, das Gesteinwiederholt aus dem Gefrierschrank zunehmen, kurze Zeit (wenige Minuten) auftauenzu lassen und es anschließend nochmalsmit kaltem Wasser zu übergießen (diesesim Gefrierschrank auf Temperaturenknapp über den Gefrierpunkt abkühlen).Dabei frieren weitere Wassermoleküle an diein den Poren befindlichen Eiskristalle an.100 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABTemperaturverwitterung AB7bHier handelt es sich um einen Modellversuch,was den Schülern bewusst gemacht werdensollte. Die extremen Temperaturschwankungen,wie sie im Versuchsverlauf durch die Verwendungeiner Flamme erzeugt werden, kommenin der Natur nicht vor (Ausnahme Feuer).Bei der Versuchsdurchführung muss berücksichtigtwerden, dass die Durchwärmung unddamit Ausdehnung der Gesteine längere Zeitbenötigt. Dazu sollten sie mit der Griffzangein die heißeste Flamme des Bunsenbrennersgehalten werden. Da Gesteine eine sehr geringeWärmeleitfähigkeit besitzen, wird nureine verhältnismäßig dünne äußere Schaleausreichend erhitzt. Die besten Ergebnissesollten bei Gesteinen erzielt werden, die grobkörnigsind und verschiedene Minerale mitunterschiedlicher Größe besitzen (z. B. Granite).Im Regelfall lassen sich die Ergebnissedurch die Verwendung schon angewitterterGesteine verbessern. Sind keine grobkörnigenGesteine vorhanden, kann der Versuchauch mit Tonsteinen durchgeführt werden,da diese durch ihren feinlagigen Aufbau dazuneigen, schalig abzuplatzen.Um sehen zu können, dass auch kleinste Partikelvon den Gesteinen abgesprengt werden,hat es sich bewährt, die Gesteine in einemsauberen, weißen Eimer abzukühlen, da hierdie Kontraste deutlicher sind.Wurzeln zu und es entstehen zum Teil sehrstarke Drücke (Turgordruck), die dazu führen,dass die Risse erweitert werden und dasGestein mechanisch zerstört wird.Der Modellversuch soll nicht die Wurzelsprengungdemonstrieren, sondern vielmehr dieallgemeine Wirkung von Pflanzen auf die Gesteinsverwitterung.Dazu wird die Eigenschaftvon getrockneten Erbsen oder Linsen genutzt,bei Wasserzugabe aufzuquellen und damitihr Volumen zu vergrößern. Die dabei entstehenQuellungskräfte sind so groß, dass sieim Gips, in den sie zuvor eingebettet wurden,Risse erzeugen. Beim Anrühren des Gipsesmuss auf das richtige Mischungsverhältniszwischen Gips und Wasser geachtet werden,damit ein möglichst zäher Brei entsteht. Jenach verwendetem Gips kann es unterschiedlichlange dauern, bis der Gips eineausreichende Härte erreicht hat. Aus diesemGrund sollten die zu verwendenden Joghurtbechernicht zu groß sein, damit durch daskleinere Volumen eine möglichst kurze Aushärtezeitgegeben ist.Wichtige GefahrenhinweiseBeim Benutzen des Bunsenbrenners mussimmer darauf geachtet werden, dass sowohlSchutzbrille als auch Schutzhandschuhe getragenwerden (Verbrennungs- und Splittergefahr).Die Gesteine sind zudem nur mit einerTiegelzange in die Flamme zu halten.A37 | Wurzelsprengung vonKressesamenin Gips.Quellungs- und Wachstumskräfte AB7cIm belebten, durchwurzelten Bereich der Bödenist die Verwitterung meist intensiver alsim unbelebten Bereich. Dazu tragen vor allemPflanzenwurzeln und niedere Vertreter der Bodenflorawie Bakterien, Algen oder Pilze bei.Die Verwitterungswirkung der Bodenflora liegtdabei hauptsächlich in der Abgabe von biotischproduzierten Säuren (z. B. während desStreuabbaus), weshalb die ablaufenden Mechanismenim Prinzip denen der chemischenVerwitterung gleichen. Darüber hinaus kannjedoch auch eine mechanische Verwitterungdurch Pflanzenwurzeln eintreten. In diesenFällen dringen zunächst die äußerst feinenHaarwurzeln der Pflanzen in Risse und Spaltender Gesteine ein. Beim weiteren Pflanzenwachstumnimmt der Durchmesser derLernort Boden 101

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Väterchen Frost als SprengmeisterMaterialien1 Plastikflasche mit SchraubverschlussGeschirrtuch oder HandtuchGefriertruhe/GefrierschrankDurchführungFülle die Plastikflasche randvoll mit Wasser. Verschließe die Flasche mit demSchraubverschluss (fest zudrehen!) und umwickele sie mit dem Tuch.Lege die Flasche in die Gefriertruhe.Warte etwa einen Tag lang und überprüfe dann, was geschehen ist.Meine Beobachtung und Erklärung:SCHÜLERAKTIVITÄT AB7aoderMaterialienDurchführungBecherglas oder Plastikschale, Wasser, Gefriertruhe/Gefrierschrankporöse Steine (Sandsteine, Tonsteine, Bimsstein, poröser künstlicher Baustein)Wässere die Steine etwa 30 min. lang, indem du sie in ein mit Wasser gefülltesBecherglas legst. Trockne sie danach ab und lege sie in einem trockenenBecherglas oder einer Plastikschale über Nacht in die Gefriertruhe.Wiederhole gegebenenfalls den Tau- und Frostwechsel mehrmals, indem du dieSteine wieder wässerst und danach wieder in die Gefriertruhe legst.Meine Beobachtung und Erklärung:Wo können wir die Folgen des Frosts im Alltag entdecken?102 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABHeiß und kalt – Wie Temperatur den Steinen zusetztMaterialienDurchführungkleine Steine unterschiedlicher Art, Wasser, Eiswürfel (Durchmesser max. 5 cm)sauberer, weißer Eimer (5 Liter)Bunsenbrenner, Tiegelzange, FeuerzeugSchutzbrille, SchutzhandschuheBei der Benutzung des Brenners Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen.Die Steine nur mit der Tiegelzange in die Flamme halten!Fülle kaltes Wasser in einen Eimer und gib einige Eiswürfel hinzu.Halte einen der Steine 5 – 10 min. in die heißeste Flamme des Bunsenbrenners.Schrecke den erhitzten Stein im Eiswasser ab, indem du ihn einfach hineinfallen lässt (nicht mit der Zange eintauchen!).Notiere deine Beobachtung und erkläre diese:SCHÜLERAKTIVITÄT AB7b+cKleine Sprengmeister – Pflanzen machen sich PlatzMaterialiengetrocknete Erbsen oder Linsen, Gips1 kleiner JoghurtbecherWasser, 1 kleiner Löffel, TellerDurchführungRühre den Gips nach der Gebrauchsanweisung des Herstellers im Joghurtbecher an.Drücke einige Erbsen oder Linsen in den Brei, bis sie nicht mehr zu sehen sind, undwarte, bis der Gips hart geworden ist. Nimm den hart gewordenen Gipsblock aus demJoghurtbecher und lege ihn auf eine Unterlage (z. B. Teller).Schaue nach bestimmten Zeitabständen (1, 6 und 24 Stunden), ob sich der Gipsblockverändert hat.Notiere deine Beobachtung und erkläre diese:Lernort Boden 103

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?AB8 Chemische VerwitterungWichtiger Gefahrenhinweis:Bei der Verwendung vonSäure ist auf die ordnungsgemäßeHandhabung unddie jeweiligen Sicherheitshinweisezu achten. Ummögliche Gefahren bei derDurchführung des Versuchsmit Salzsäure zu vermeiden,kann der Versuch auch mitEssig, Essigessenz oderZitronensaft durchgeführtwerden. Damit die Wirkungdes Essigs verstärkt wird,kann man diesen erwärmen(Geruchsentwicklung!).HintergrundDie chemische Verwitterung beruht auf chemischenReaktionen zwischen den Bestandteilender Gesteine und des Bodens mit imWasser gelösten Stoffen (z. B. Säuren). EinigeGesteinsminerale besitzen eine hoheLöslichkeit und unterliegen dabei vorwiegendder Lösungsverwitterung. Sie wirkt sich besondersin Gesteinen aus, die relativ leichtlösliche Alkali- und Erdalkalisalze enthalten(z. B. Steinsalz, Gips, Anhydrit). Andere Mineraleverbinden sich beispielsweise mit demSauerstoff der Luft oder in der Bodenlösung(vor allem wenn sie Elemente in reduzierter2+Form im Kristallgitter besitzen, z. B. Fe ;= Oxidationsverwitterung).Die wichtigsten Agenzien der chemischenVerwitterung sind das Wasser, die darin gelöstenSäuren (Hydrolytische Verwitterung, Modul A „Was ist Boden?“) und Salze sowieverschiedene Gase. In Gebieten mit hohenAnteilen an kalkhaltigen Gesteinen (Kalksteinund Dolomit) spielt die Kohlensäure-Verwitterungeine große Rolle. Hier kommt es zurLösung des Calciumcarbonats (CaCO 3 ) durchdie im Wasser gelöste Kohlensäure.Die chemische Verwitterung geht häufig mitMineralneubildungen und einer Freisetzungvon in den Mineralen fixierten Nährstoffeneinher. Die Wirksamkeit und somit die Intensitätder chemischen Verwitterung sowie derMineralneubildung ist stark temperaturabhängig.So sind beide in den Kälte- (zu kalt)und Wärmewüsten (zu trocken) nahezu ohneBedeutung, stellen aber in den (sub)humidenTropen den wichtigsten Faktor der Verwitterungdar.Durch die Abgabe von Wasserstoffionen beider Nährstoffaufnahme haben Pflanzen großeBedeutung für die biochemische Verwitterung.Hinweise zur VersuchsdurchführungFür die Durchführung der Versuche solltenGesteine in großer Anzahl vorhanden sein.Insbesondere an Kalksteinen lässt sich dieWirkung von Säuren gut verdeutlichen (Bläschenbildungbei Säureaufgabe). Bei Graniten,Sandsteinen oder den meisten metamorphenGesteine laufen die Säurereaktionen zulangsam ab, um sie beobachten zu können.Reaktionen mit Salzsäure oder Essig in diesenGesteinen beruhen auf sekundären Kalkgehalten(z. B. durch Verwitterung; vor der Versuchsdurchführungtesten!).A38 | Aufschäumen undCO 2 -Bildung als Reaktionvon Salzsäure mitKarbonatgestein.104 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABChemielabor Boden – Wenn Säuren auf Gesteine einwirkenMaterialienBechergläserEssigessenz oder Essig (evtl. 10%-ige Salzsäure, keine konzentrierte Salzsäure!)verschiedene Gesteine (z. B. Sandsteine, Tonsteine, Granit, Kalksteine)Durchführung und AuswertungenLege ein Gesteinsstück in ein Becherglas.Fülle das Becherglas zunächst mit so viel Wasser auf,dass das Gesteinsstück vollständig bedeckt ist.Notiere deine Beobachtung:Beim Umgang mit Salzsäure aufdie Gefahrenhinweise achten!SCHÜLERAKTIVITÄT AB8Lege in ein zweites Becherglas ein weiteres Gesteinsstück und gib langsamein wenig Essigessenz oder Zitronensaft hinzu, bis die Probe halb bedeckt ist.Notiere deine Beobachtung:Nimm ein drittes Gesteinsstück, lege dies ebenfalls in ein Becherglasund gib wenige Tropfen Salzsäure direkt auf die Probe.Notiere deine Beobachtung:Führe den Versuch mit verschiedenen Gesteinen durch.Erkläre deine Beobachtungen:Gibt es Unterschiede in der Reaktion bei verschiedenen Gesteinen?Durch welchen Stoff wird die chemische Verwitterung beschleunigt?Lernort Boden 105

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?AB9 pH-Wert von BödenHintergrundBöden besitzen ein sehr unterschiedlicheschemisches Milieu bzw. eine unterschiedlicheBodenreaktion, die über den pH-Wertcharakterisiert ist. Die Bodenreaktion wirdentscheidend durch das Ausgangsgestein fürdie Bodenbildung geprägt. Böden, die aussauren Gesteinen (das sind Gesteine miteinem hohen Gehalt an SiO 2 , meist erdalkaliarm,z. B. Granit) entstanden sind, zeigenim Regelfall eine saure, Böden aus basischen(Basalte) oder kalkhaltigen Gesteinen (Kalkstein)eine alkalische Bodenreaktion. Der pH-Wert des Bodens wird allerdings auch vonder Vegetation durch die Produktion von organischenSäuren beeinflusst.Seit Beginn der Industrialisierung prägen zusätzlichEinträge saurer Immissionen (z. B.H SO , HNO ) den pH-Wert unserer Böden.2 4 3Auf bereits primär sauren Böden führen dieseEinträge zum Teil zu einer weiteren erheblichen„Versauerung“. Dabei können durchdas saure chemische Milieu nicht seltenSchadstoffe freigesetzt werden ( Modul CWaldboden, Modul F Schadstoffe).Der pH-Wert eines Bodens steuert entscheidenddie Verwitterungsvorgänge wie auchdie bodenbildenden Prozesse. Von ihm hängeninsbesondere das Pflanzenwachstumund die Verfügbarkeit der Nährstoffe für diePflanzen ab. Für die meisten Pflanzen günstigepH-Werte liegen im mäßig sauren bisschwach basischen (alkalischen) Bereich. InAbhängigkeit von der Bodenart und vom Humusgehaltdes Bodens werden von der BayerischenLandesanstalt für Landwirtschaft diein nebenstehender Tabelle eingetragenenpH-Werte für den Ackerbau empfohlen.A39 | pH-Wertermittlungin Humus durch Teststäbchen(links; pH-Wert 7, grünliche Färbungdes Stäbchens)und Sandboden(rechts; pH-Wert 5,orange Färbung desTeststäbchens).106 Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABHumusgehalt in %Bodenart < 4 4,1 – 15,0 15,1 – 30,0Tabelle | AnzustrebenderpH-Wert bei ackerbaulichgenutzten Böden in Abhängigkeitvon Bodenart undHumusgehalt.Sand 5,4 – 5,8 4,7 – 5,4 4,3 – 4,7schwach lehmigerSandstark lehmiger Sandbis schluffiger Ton5,8 – 6,3 5,0 – 5,9 4,6 – 5,16,2 – 6,8 5,3 – 6,4 4,9 – 5,6toniger Lehm bis Ton 6,6 – 7,2 5,7 – 6,7 5,3 – 5,9Hinweise zur VersuchsdurchführungJe nach Ausstattung kann die Bestimmungdes pH-Wertes entweder mit Universalindikatorpapieroder einem pH-Meter erfolgen.Es ist darauf zu achten, dass das Filtrat möglichstkeine Bodenpartikel mehr enthält, diebeim Eintauchen des Indikatorpapiers darankleben bleiben und eine andere Farbe vortäuschenkönnten.Bei der Zusatzaufgabe sollte sich der pH-Wert der Blumenerde nach Zugabe der Säurenur wenig ändern. Nicht geeignet ist im Regelfalltorfreiche Gartenerde, hingegen lassensich mit frischer Komposterde sehr guteResultate erzielen. Die nur geringe Änderungdes pH-Wertes bei Zugabe von Säure auf dieBlumenerde (Komposterde) ist darin begründet,dass die humusreiche Blumenerde basischwirkende Kationen besitzt, welche dieWasserstoffionen der Säure abpuffern.Gleichzeitig sind nur wenige sauer wirkendeStoffe in der Blumenerde vorhanden, wodurchdie Zugabe von basisch wirkenden Stoffen(Seifenlauge) nicht ausgeglichen werden(neutralisiert) werden kann. In diesem Falleist ein pH-Wert-Anstieg in den alkalischenBereich zu beobachten. Da die Pufferwirkungder Gartenerde von deren Qualität abhängt,ist es sinnvoll, den Versuch zunächst selbstdurchzuführen. Dabei sollte bestimmt werden,wie viele Tropfen des Zitronensaftes undder Seifenlauge höchstens zugefügt werdensollten, damit sich ein sinnvolles Ergebniseinstellt (damit die Pufferkapazität nicht überschrittenwird).pH-Wert und IndikatorlösungIn den unteren Jahrgangsstufen lässt sichdie Wirkungsweise von natürlichen Indikatorlösungenbesonders gut demonstrieren.Geeignet hierzu ist der Saft von gekochtemBlaukraut. Dazu wird klein geschnittenesBlaukraut (halbe Frucht) mit reichlich Wasser(> 2 Liter) und ohne weitere Zusätze gekocht,bis das Wasser einen kräftigen Farbtonhat. Die Flüssigkeit wird anschließenddurch ein Sieb in Flaschen abgefüllt. Wirddem Saft Säure (z. B. Zitronensäure) zugefügt,färbt sich die Flüssigkeit rot (vgl. Rotkraut).Bei Zugabe von Natron erfolgt ein Umschlagnach Blau/Violett (vgl. Blaukraut). Indiesem Zusammenhang bietet sich die Verwendungder Abb. A20 ( Modul A „Was istBoden?“) mit den dort gewählten Farben an.Lernort Boden 107

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Welchen pH-Wert hat mein Boden?Materialienverschiedene Bodenproben (z. B. Sand, Ton, Komposterde)Bechergläser, Trichter, Glasschälchen, Papierfilterdestilliertes Wasser, Universal-Indikatorpapier oder pH-MeterDurchführungGib etwas von jeder Bodenprobe in verschiedene Bechergläser und fülle diese bis zur Hälfte mit destilliertem Wasser auf.Rühre Wasser und Bodenproben gut um und lasse diese anschließend etwa 10 Minuten lang stehen.Gib einen Papierfilter in einen Trichter und filtriere das Gemisch aus Boden undWasser in ein anderes Becherglas.Halte einen Streifen Indikatorpapier in die aufgefangene Bodenlösung, bis sich der Streifen verfärbt. Achte darauf, dass das Destillat nach dem Filtrierenkeine Bodenpartikel mehr enthält, die am Indikatorpapier festkleben können.SCHÜLERAKTIVITÄT AB9aMeine Ergebnisse:Vergleiche die Farbe des Streifens mit der pH-Skala an der Verpackung.Trage die Werte in die Tabelle ein.pH-WertBodenprobe 1 Bodenprobe 2 Bodenprobe 3Erkläre deine Beobachtungen und versuche eine Beziehung zwischen pH-Wertund dem Charakter des Bodens herzustellen:108Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABHoppla – Wer puffert die Säure und Lauge?MaterialienKomposterde oder Blumenerde, SandbodenBechergläser, Trichter, Glasschälchen, Papierfilterdestilliertes Wasser, Universal-Indikatorpapier oder pH-MeterZitronensaft oder Essig, SeifenlaugeDurchführung (wie Schüleraktivität AB9a)Gib etwas von der Komposterde in drei Bechergläser und fülle diese bis zur Hälfte mitdestilliertem Wasser auf. Rühre Wasser und Bodenprobe gut um und gib in daszweite Becherglas einige Tropfen des Zitronensaftes, in das dritte einige Tropfen derSeifenlauge (am besten die Tropfen zuerst in einen kleinen Messbecher geben, damitdas gleiche Volumen verwendet wird). Rühre nochmals gut um und lasse die Bechergläseranschließend etwa 10 Minuten lang stehen. Gib in der Zwischenzeit die gleicheTropfenmenge Zitronensaft und Seifenlauge in je ein Becherglas, das du zuvorbis zur Hälfte mit destilliertem Wasser gefüllt hast. Bestimme jeweils den pH-Wertdieser hergestellten Lösungen, indem du einen Streifen Indikatorpapier 1–2 Sekundenin Lösung tauchst. Vergleiche die Farbe des Streifens mit der pH-Skala an derVerpackung. Gib anschließend einen Papierfilter in einen Trichter und filtriere dasGemisch aus Boden und Wasser der Bodenprobe ohne Zusatz in ein weiteres Becherglas.Achte darauf, dass das Filtrat keine Bodenpartikel mehr enthält, die am Indikatorpapierfestkleben könnten. Halte einen Streifen Indikatorpapier 1 - 2 Sekunden indas Filtrat und schüttle anschließend überschüssige Flüssigkeit vorsichtig vom Teststreifenab. Vergleiche die Farbe des Streifens mit der pH-Skala an der Verpackung.Trage den gemessenen Werte in die Tabelle ein und verfahre anschließend in dergleichen Weise mit den Bodenproben, denen du den Zitronensaft und die Seifenlaugezugegeben hast. Führe den Versuch mit der Bodenprobe aus dem Sandbodendurch. Trage die gemessenen Werte in die Tabelle ein.SCHÜLERAKTIVITÄT AB9bMeine Ergebnisse:Komposterde 1(ohne Zusatz)Komposterde 2(mit Zitronensaft)Komposterde 3(mit Lauge)pH-WertSandboden(ohne Zusatz)Sandboden(mit Zitronensaft)Sandboden(mit Lauge)pH-WertErkläre deine Beobachtungen:Lernort Boden109

ABSchüleraktivitäten Boden – Was ist das eigentlich?Arbeitshilfenzur Bestimmung wichtiger BodeneigenschaftenA: Roll- und Hörprobe zur Bestimmung der Bodenart1. Versuche die Probe zwischen den Handtellern schnell zu einembleistiftdicken Wurm auszurollen.a) klappt nicht Sandb) klappt sandiger Lehm, Lehm oder Ton2. Quetsche die Probe zwischen Daumen und Zeigefinger in Ohrnähe.a) starkes Knirschen sandiger Lehmb) kein oder schwaches Knirschen Lehm oder TonB: Schlämmanalyse zur Bestimmung der BodenartARBEITSHILFEN – Seite 11. Entferne zuerst kleine Steinchen und Pflanzenreste aus der Bodenprobe.2. Fülle ca. 100 ml Boden in die Probenflasche.3. Fülle danach die Flasche bis etwa zur Hälfte mit Wasser auf.4. Verschließe die Flasche, schüttle sie kräftig durch und lasse sieanschließend 10 Minuten stehen.5. Es werden sich von unten nach oben absetzen: grober Sand, feiner Sand,Schluff, Ton (Feinton verbleibt oft noch in der Trübe).6. Benenne die Bodenart (Die dickste Schicht gibt den ersten Namen,z. B. Sand. Die zweitdickste beschreibt die Bodenart näher, z. B. schluffigerSand. Sind alle drei Hauptbodenarten gleichmäßig vertreten, handelt es sichum Lehm.).7. Miss ggf. die Höhen der jeweiligen Anteile aus. Bestimme die relativen Mengenund trage diese in das Dreiecksdiagramm ein.C: pH-Wert (Bodenreaktion)1. Fülle einige Krümel der Bodenprobe in das Probengefäß.2. Stelle eine Bodenlösung her, indem du destilliertes Wasser hinzugibst.3. Schüttle die Probe und lasse sie mindestens 2 Minuten stehen.4. Halte das pH-Teststäbchen kurz in die Bodenlösung und schüttle anschließenddie Flüssigkeit ab. Bestimme den pH-Wert durch Vergleich mit der Farbskala.110Lernort Boden

Boden – Was ist das eigentlich? SchüleraktivitätenABD: Kalkgehalt1. Gib ca. 5 g Bodenprobe auf eine Petrischale.2. Träufle einige Tropfen der 10%igen Salzsäure auf die Probe(Vorsicht ätzend!).3. Beobachte die Reaktion.Reaktionkein Aufbrausenschwaches Aufbrausendeutliches, aber nicht anhaltendes Aufbrausenlang anhaltendes AufbrausenKalkgehaltkalkarm bis kalkfreischwach kalkhaltigkalkhaltigkalkreichE: Beurteilung der Stabilität der KrümelstrukturARBEITSHILFEN – Seite 2Gib ca. 10 Krümel mit einem Durchmesser von 2 – 3 mm in eine Hälfte einerPetrischale. Gib so viel destilliertes Wasser in die Schale, dass die Bodenkrümelzu ca. 2/3 im Wasser liegen. Schließe die Schale und schüttle sie nach10 Minuten kurz durch.Beobachte das dabei entstehende Verschlämmungsbild.Bewertung1 = Krümel zerfallen in wenige große Bruchstücke oder bleiben erhalten.2 = Krümel zerfallen in große und wenige kleine Bruchstücke.3 = Krümel zerfallen zu gleichen Teilen in große und kleine Bruchstücke.4 = Krümel zerfallen in vorwiegend kleine Bruchstücke.5 = Krümel zerfließen.Lernort Boden111

HerausgeberBayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (StMUGV)Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung (ISB)