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Erdkunde Lernzettel für das Abitur 2021 in Baden-Württemberg über den ersten Themenbereich Reliefsphäre

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Erdkunde Abitur Relief Endogene Kräfte Exogene Kräfte Verwitterung 1. Oberflächenform Wirken aus dem Erdinneren und bringen v.a. die Großformen der Oberfläche hervor, z.B. Orogenese (Gebirgsbildung), Hebungs-und Snekungsvorgänge (Epirogenese), Vulkanismus Reliefsphäre Modellieren von Außen die Erdoberfläche und den Untergrund, v.a. Wasser (fluvial), Eis und Gletscher (glazial), Wind (äolisch) und Meer (marin), z.B. Verwitterung, Erosion, und Sedimentation Lockerung, Aufbereitung und Zerstörung von Gesteinen unter dem Einfluss exogener Kräfte Abhängig von Zusammensetzung und Beschaffenheit der Gesteine, klimatische Bedingungen sowie Einwirkungsdauer Oft haben verschiedene Verwitterungsarten enge Wechselwirkungen Verwitterung 1.1. Physikalische Verwitterung - Stoffliche Zusammensetzung ändert sich nicht - Durch mechanische Prozesse gelockert und zerkleinert Erste physikalische Verwitterung wenn Gesteine durch endogene Prozesse an die Oberfläche gelangen (Durch Druckentlastung entstehen Spalten und Klüfte) Insolationsverwitterung: - Voraussetzungen: Unterschiedliche Ausdehnungskoeffiziente der Minerale bei Erwärmung und geringe Wärmeleitfähigkeit des Gesteins Unterschiedliche Volumenänderung innerhalb des Gesteins beim Erwärmen und Abkühlen Druck- und Zugspannungen führen zur mechanischen Zerstörung - Häufig bei starken und schnellen Temperaturänderungen (z. B. Nordrand der Sahara) - Folgen: Desquamation (Abschuppung), Kern- und Trümmersprünge und Zerfall 1m Frostverwitterung: eindringende Feuchtigkeit 1/7 gefrierendes Wasser Druckrichtung des sich aus- dehnenden Eises - Wasser gefriert innerhalb von Fugen, Rissen oder Poren des Gesteins - Volumen nimmt beim Gefrieren um ca. 9% zu und Eis entwickelt eine Sprengkraft Prozess wird verstärkt durch anziehen von benachbarten gefrorenen Wassermolekülen - Häufig in Gebieten mit ausreichendem Wasserdargebot und Frostwechseln, z. B. Hochgebirge - Folgen: Frostschutt (eckige und Scharfkantige Blöcke, Trümmer und Scherben) Erdkunde Abitur Salzsprengung: - Verdunstung von Fugen-, Kapillar- oder Porenwasser im Gestein Salze kristallisieren aus übersättigten Lösungen aus - Durch Volumenzunahme entstehen Spannungen...

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welche das Gestein auflockert oder zerstört - Wirksam bei starker Sonneneinstrahlung und periodische Regenfälle oder Taufall (Wechsel zwischen Austrocknen und Durchfeuchtung), z.B. Atacamawüste - Folgen: Grus oder Kernsprünge Salzkristalle Druckrichtung der Salzkristalle 1 kapillar aufdringende Feuchtigkeit Hydratation: - An- und Einlagerung von Wassermolekülen in das lonengitter der Minerale, ohne chemische Veränderung des Ausgangsgesteins - Wassermoleküle lagern sich aufgrund ihres Dipolcharakters an die positiv und negativ geladenen lonen des lonengitters an Reliefsphäre - Aufquellen und Auflockern des Gesteinsverbands - Beispiel: Anhydrit (CaSO4) zu Gips (CaSO4 H₂O) (Volumenzunahme um 60%) - In kühlhumiden Breiten - Häufig Vorstufe der Lösungsverwitterung und Hydrolyse 2/7 1.2. Chemische Verwitterung - Lösungsprozesse und chemische Reaktionen des Gesteins mit wässrigen Lösungen - Stoffliche Zusammensetzung ändert sich Abhängig von Kristallstruktur der Gesteine, Beschaffenheit der wässrigen Lösung (chemische Zusammensetzung, pH-Wert, Sauerstoffgehalt) oder der Temperatur - Höchste Wirksamkeit in den immerfeuchten Tropen und den Monsunregionen während der Regenzeit aufgrund der Temperaturen und dem Wasserangebot Lösungsverwitterung: - Beruht auf der stark wasserlöslichen Eigenschaft von Salzgesteinen (Evaporiten) oder bei Kalksteinen (Carbonaten) auf die Verbindung von Wasser und Kohlenstoffdioxid (Beide reversible) - Lösung von Salzsteinen ist Folgeprozess der Hydratation Wassermoleküle lagern sich so lange an bis die lonen vollständig hydratisiert sind Können dann leicht in der wässrigen Lösung abtransportiert werden - Lösung von Kalkstein wird Kohlensäure- oder Carbonatverwitterung genannt Kohlensäurehaltiges Wasser entsteht durch Reaktion von Wasser mit Kohlenstoffdioxid (aus Atmosphäre oder Bodenluft) H₂O + CO2 = H2CO3 Kohlensaure Lösung reagiert dann mit Kalkstein und die entstandene wässrige Lösung von Calciumhydrogencarbonat kann dann abgeführt werden CaCO3 + H₂O + CO₂ Ca(HCO3)2 Ca2+ (aq) + 2HCO3(aq) Erdkunde Abitur Hydrolyse: - Zersetzt mehr als 90% aller gesteinsbildenden Minerale, vor allem Silikate und Carbonate - Reaktion eines Minerals mit den Wassermoleküle der Lösung Ausgangslage ist die Autoprotolyse des Wassers (H₂O + H₂O + H3O+ + OH¯) Gebildete lonen reagieren wiederum mit Mineralen - H3O+-lonen lagern sich an die Grenzfläche der Minerale an und geben ein Proton (H+) ab H+ verdrängt dabei die Kationen des lonengitters (Kationen bilden mit OH--Anion ein Hydroxid - Durch Kationenaustausch wird die Kristallstruktur aufgelockert bis lonengitter sich komplett auflöst - Folgen: Gestein zerfällt Reliefsphäre Kation Anion OH+ > H₂O a) Randständige Kationen des lonengitters oder Kationen, die nicht komplett in das lonengitter eingebunden sind, kommen in Kontakt mit H+-lonen (werden von H3O+-lonen abgegeben); b) die H+-lonen ersetzen die Kationen des lonengitters; c) die Kationen gehen neue Bindungen ein, sie bilden z. B. mit OH--Anionen Hydroxide. Anionen, deren Bindung durch die Prozesse instabiler wird, sind dann für die Lösungsverwitterung auch anfälliger und werden leicht vollständig hydratisiert (rechts oben). OH- Oxidationsverwitterung: - Gesteine mit Metall-lonen reagieren am Rande des lonengitters mit Sauerstoff aus der Luft oder dem Wasser - Anlagerung von Sauerstoff oder Hydroxidionen hat aufgrund Redoxreaktion mit Metall-lonen der Zerfall von Mineralien zufolge - Verläuft meist mit anderen chemischen Verwitterungsarten ab, wie z.B. Hydrolyse und Hydratation - Folgen: Instabilität der Kristallstruktur und schließlich Zerfall des Gesteins 3/7 Kation Д H2O a) Randständige Kationen des lonengitters oder Kationen, die nicht komplett in das lonengitter eingebunden sind, kommen in Kontakt mit H+-lonen (werden von H3O+-lonen abgegeben); b) die H+-lonen ersetzen die Kationen des lonengitters; Anion O H+ OH- c) die Kationen gehen neue Bindungen ein, sie bilden z. B. mit OH--Anionen Hydroxide. Anionen, deren Bindung durch die Prozesse instabiler wird, sind dann für die Lösungsverwitterung auch anfälliger und werden leicht vollständig hydratisiert (rechts oben). Erdkunde Abitur 1.3. Biogene und Anthropogene Verwitterung Biogene Verwitterung: Durch Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen verursacht - Vor allem in den Tropen - Physikalisch-Biogene Verwitterung: → Prozesse bei denen die belebte Natur Gesteine lockert oder zerstört Wurzelsprengung durch Wurzelwachstum in Gesteinen Bodentiere wühlen sich in Lockergestein - Chemisch-Biogene Verwitterung: Mikroorganismen scheiden Säuren aus die das Gestein angreifen Abgestorbene Pflanzen sondern Huminsäure aus Atmung der Bodenlebewesen begünstigt Hydrolyse und Kohlensäureverwitterung Reliefsphäre Anthropogene Verwitterung: - Der Mensch und sein Handeln zerstört indirekt Gesteine - Rauchgasverwitterung: Durch Emissionen hervorgerufene Verwitterung durch Bindung mit Wasser in der Atmosphäre zu sauren Lösungen Gelangt als Saurer Regen in die Gesteine und bilden Salze (→ Salzsprengung) 2. Karstlandschaften in Europa - Karstlandschaft = Gebiete, in denen durch Korrosion von leicht löslichen Gesteinen und Ausfällung ein charakteristischer Ober- und Unterirdischer Formenschatz entstanden ist Merkmale: Gesteine (meist Kalk) werden durch Kohlensäure gelöst (Korrosion) oder aus wässrigen Lösungen wieder ausgefällt (Sinterbildung), überwiegend unterirdische Entwässerung - Teilweise starke Nutzung von Menschen, wie z.B. Landwirtschaft oder auch Tourismus 2.1. Prozesse - Der Grundprozess der Verkastung beruht auf die Kohlensäureverwitterung (Carbonatisierung) - Das im Kalk enthaltene Calciumcarbonat reagiert mit kohlensäurehaltigem Wasser zu wasserlöslichem Calciumhydrogencarbonat, und kann in wässriger Lösung abgeführt werden CaCO3 Calcium- carbonat + H2O + CO, Kohlensäure (H₂CO3) 4/7 Voraussetzungen: Ca(HCO3)2 Calciumhydrogen- carbonat Ca2+ (aq) + 2HCO3(aq) Calcium Hydrogen- carbonat wässrige Lösung von Calciumhydrogencarbonat Verkarstungsfähiges Gestein: Muss besonders löslich sein (Calciumcarbonat-Anteile von über 95%), wie z.B. Kalkstein - Inhomogenität im Gestein: Klüfte im Gestein für Wasserdurchlässigkeit Kohlensäurehaltiges Wasser als Lösungsmittel: Genügend Wasserangebot und ausreichend Co₂ aus Atmosphäre oder Bodenluft Mischungskorrosion: - Mischung von zwei unterschiedlich gesättigten Lösungen ergibt eine ungesättigte Lösung - Veränderung von Sättigungsgrad durch: CaCO₂ (mg/l) 280 240 200 160 Erdkunde Abitur 120 80 40 0 P1 Temperatur (Aufnahmefähigkeit von CO2 sinkt bei Temperaturzunahme) Bessere Lösung bei niedrigen Temperaturen Erhöhung der CO2-Konzentration im Bodenwasser durch Vegetation Mischung zweier Lösungen (Mischungskorrosion) Kalkübersättigt C A B 4 8 12 16 20 24 28 32 Kategorien: P2 Kalkaggressiv 36 40 44 48 52 56 CO₂ eq.(mg/l) 2.2. Typischer Karstformenschatz Reliefsphäre - Oberirdischer und unterirdischer Karst - Nackter (an der Oberfläche ohne Vegetation) und bedeckter Karst (mit Vegetationsschicht) - Klein- und Großformenkarst - Hohl- (durch Lösung) und Vollformenkarst (Lösung der Umgebung, Vollformen bestehen als Überreste des gelösten Materials bestehen) Karren: - Kleinformen im cm- und Meter-Bereich, insbesondere auf nacktem Karst, Lösung der Gesteinsoberfläche durch Abfluss von Niederschlags- oder Schmelzwasser auf dem Kalk Rillenkarren, Rinnenkarren, Lochkarren, Napfkarren, Firstkarren Dolinen: b ein - Leitform des außertropischen Karstes, Trichterförmige Hohlform ohne oberirdischer Abfluss, 1-100 Meter - Lösungsdoline: Lösungswasser fließt (bevorzugt an schon vorhandenen Klüften) von der Erdoberfläche in die Tiefe - Einsturzdoline: Entstehen durch Einsturz eines Höhlendachs Trockentäler: infolge von Instabilität durch fortschreitende Korrosion oder Nachbrüche - Erdfälle: Entwickeln sich, wenn knapp unter nicht löslichem Gestein verkarstungsfähiges Gestein gelöst wird. Infolge bricht das Deckgestein 5/7 Höhle - Talform ohne fließendes Wasser - Durch Tiefenerosion von einem ehemaligen Bach oder Fluss Mehrere Entstehungsmöglichkeiten: a) Zunahme von Gesteins Durchlässigkeit b) Auftauen von Permafrostböden c) Absinken des Grundwasserspiegels

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Chemische Verwitterung - Lösungsprozesse und chemische Reaktionen des Gesteins mit wässrigen Lösungen - Stoffliche Zusammensetzung ändert sich Abhängig von Kristallstruktur der Gesteine, Beschaffenheit der wässrigen Lösung (chemische Zusammensetzung, pH-Wert, Sauerstoffgehalt) oder der Temperatur - Höchste Wirksamkeit in den immerfeuchten Tropen und den Monsunregionen während der Regenzeit aufgrund der Temperaturen und dem Wasserangebot Lösungsverwitterung: - Beruht auf der stark wasserlöslichen Eigenschaft von Salzgesteinen (Evaporiten) oder bei Kalksteinen (Carbonaten) auf die Verbindung von Wasser und Kohlenstoffdioxid (Beide reversible) - Lösung von Salzsteinen ist Folgeprozess der Hydratation Wassermoleküle lagern sich so lange an bis die lonen vollständig hydratisiert sind Können dann leicht in der wässrigen Lösung abtransportiert werden - Lösung von Kalkstein wird Kohlensäure- oder Carbonatverwitterung genannt Kohlensäurehaltiges Wasser entsteht durch Reaktion von Wasser mit Kohlenstoffdioxid (aus Atmosphäre oder Bodenluft) H₂O + CO2 = H2CO3 Kohlensaure Lösung reagiert dann mit Kalkstein und die entstandene wässrige Lösung von Calciumhydrogencarbonat kann dann abgeführt werden CaCO3 + H₂O + CO₂ Ca(HCO3)2 Ca2+ (aq) + 2HCO3(aq) Erdkunde Abitur Hydrolyse: - Zersetzt mehr als 90% aller gesteinsbildenden Minerale, vor allem Silikate und Carbonate - Reaktion eines Minerals mit den Wassermoleküle der Lösung Ausgangslage ist die Autoprotolyse des Wassers (H₂O + H₂O + H3O+ + OH¯) Gebildete lonen reagieren wiederum mit Mineralen - H3O+-lonen lagern sich an die Grenzfläche der Minerale an und geben ein Proton (H+) ab H+ verdrängt dabei die Kationen des lonengitters (Kationen bilden mit OH--Anion ein Hydroxid - Durch Kationenaustausch wird die Kristallstruktur aufgelockert bis lonengitter sich komplett auflöst - Folgen: Gestein zerfällt Reliefsphäre Kation Anion OH+ > H₂O a) Randständige Kationen des lonengitters oder Kationen, die nicht komplett in das lonengitter eingebunden sind, kommen in Kontakt mit H+-lonen (werden von H3O+-lonen abgegeben); b) die H+-lonen ersetzen die Kationen des lonengitters; c) die Kationen gehen neue Bindungen ein, sie bilden z. B. mit OH--Anionen Hydroxide. Anionen, deren Bindung durch die Prozesse instabiler wird, sind dann für die Lösungsverwitterung auch anfälliger und werden leicht vollständig hydratisiert (rechts oben). OH- Oxidationsverwitterung: - Gesteine mit Metall-lonen reagieren am Rande des lonengitters mit Sauerstoff aus der Luft oder dem Wasser - Anlagerung von Sauerstoff oder Hydroxidionen hat aufgrund Redoxreaktion mit Metall-lonen der Zerfall von Mineralien zufolge - Verläuft meist mit anderen chemischen Verwitterungsarten ab, wie z.B. Hydrolyse und Hydratation - Folgen: Instabilität der Kristallstruktur und schließlich Zerfall des Gesteins 3/7 Kation Д H2O a) Randständige Kationen des lonengitters oder Kationen, die nicht komplett in das lonengitter eingebunden sind, kommen in Kontakt mit H+-lonen (werden von H3O+-lonen abgegeben); b) die H+-lonen ersetzen die Kationen des lonengitters; Anion O H+ OH- c) die Kationen gehen neue Bindungen ein, sie bilden z. B. mit OH--Anionen Hydroxide. Anionen, deren Bindung durch die Prozesse instabiler wird, sind dann für die Lösungsverwitterung auch anfälliger und werden leicht vollständig hydratisiert (rechts oben). Erdkunde Abitur 1.3. Biogene und Anthropogene Verwitterung Biogene Verwitterung: Durch Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen verursacht - Vor allem in den Tropen - Physikalisch-Biogene Verwitterung: → Prozesse bei denen die belebte Natur Gesteine lockert oder zerstört Wurzelsprengung durch Wurzelwachstum in Gesteinen Bodentiere wühlen sich in Lockergestein - Chemisch-Biogene Verwitterung: Mikroorganismen scheiden Säuren aus die das Gestein angreifen Abgestorbene Pflanzen sondern Huminsäure aus Atmung der Bodenlebewesen begünstigt Hydrolyse und Kohlensäureverwitterung Reliefsphäre Anthropogene Verwitterung: - Der Mensch und sein Handeln zerstört indirekt Gesteine - Rauchgasverwitterung: Durch Emissionen hervorgerufene Verwitterung durch Bindung mit Wasser in der Atmosphäre zu sauren Lösungen Gelangt als Saurer Regen in die Gesteine und bilden Salze (→ Salzsprengung) 2. 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Kalkstein - Inhomogenität im Gestein: Klüfte im Gestein für Wasserdurchlässigkeit Kohlensäurehaltiges Wasser als Lösungsmittel: Genügend Wasserangebot und ausreichend Co₂ aus Atmosphäre oder Bodenluft Mischungskorrosion: - Mischung von zwei unterschiedlich gesättigten Lösungen ergibt eine ungesättigte Lösung - Veränderung von Sättigungsgrad durch: CaCO₂ (mg/l) 280 240 200 160 Erdkunde Abitur 120 80 40 0 P1 Temperatur (Aufnahmefähigkeit von CO2 sinkt bei Temperaturzunahme) Bessere Lösung bei niedrigen Temperaturen Erhöhung der CO2-Konzentration im Bodenwasser durch Vegetation Mischung zweier Lösungen (Mischungskorrosion) Kalkübersättigt C A B 4 8 12 16 20 24 28 32 Kategorien: P2 Kalkaggressiv 36 40 44 48 52 56 CO₂ eq.(mg/l) 2.2. Typischer Karstformenschatz Reliefsphäre - Oberirdischer und unterirdischer Karst - Nackter (an der Oberfläche ohne Vegetation) und bedeckter Karst (mit Vegetationsschicht) - Klein- und Großformenkarst - Hohl- (durch Lösung) und Vollformenkarst (Lösung der Umgebung, Vollformen bestehen als Überreste des gelösten Materials bestehen) Karren: - Kleinformen im cm- und Meter-Bereich, insbesondere auf nacktem Karst, Lösung der Gesteinsoberfläche durch Abfluss von Niederschlags- oder Schmelzwasser auf dem Kalk Rillenkarren, Rinnenkarren, Lochkarren, Napfkarren, Firstkarren Dolinen: b ein - Leitform des außertropischen Karstes, Trichterförmige Hohlform ohne oberirdischer Abfluss, 1-100 Meter - Lösungsdoline: Lösungswasser fließt (bevorzugt an schon vorhandenen Klüften) von der Erdoberfläche in die Tiefe - Einsturzdoline: Entstehen durch Einsturz eines Höhlendachs Trockentäler: infolge von Instabilität durch fortschreitende Korrosion oder Nachbrüche - Erdfälle: Entwickeln sich, wenn knapp unter nicht löslichem Gestein verkarstungsfähiges Gestein gelöst wird. Infolge bricht das Deckgestein 5/7 Höhle - Talform ohne fließendes Wasser - Durch Tiefenerosion von einem ehemaligen Bach oder Fluss Mehrere Entstehungsmöglichkeiten: a) Zunahme von Gesteins Durchlässigkeit b) Auftauen von Permafrostböden c) Absinken des Grundwasserspiegels