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Humus

Humus

Als Humus (lateinisch "Erdboden") wird das gesamte im Boden enthaltene tote organische Material bezeichnet. Zum Humus gehören abgestorbene Pflanzenreste, tierische Exkremente und Kadaver u.a. in allen Stadien der Zersetzung. Humus kann an der Bodenoberfläche mehr oder weniger mächtige Auflagen bilden oder auch, durch tierische Aktivität oder von abgestorbenen Wurzeln herrührend, in den Mineralboden eingearbeitet sein. Der Humus unterliegt vor allem der Aktivität von Mikroorganismen, die durch ihre Stoffwechselaktivitäten zu seinem Auf-, Um- oder Abbau beitragen (siehe hierzu auch: Mutterboden und Oberboden).

Entstehung

Das Ausgangsmaterial für Humus, vornehmlich Pflanzen und Pflanzenteile, bestehen aus einer Fülle unterschiedlichster organischer Stoffe, die sich in ihrer Abbaubarkeit durch Mikroorganismen erheblich unterscheiden können. Viele Kohlenhydrate und Proteine werden sehr schnell zersetzt. Andere Stoffe, beispielsweise Cellulose oder Lignin können aufgrund ihrer molekularen Konstitution oder bedingt durch die hohe Stabilität nur langsam bzw. von Spezialisten angegriffen und abgebaut werden. Daher kommt es, dass bestimmte Humusbestandteile nur wenige Wochen oder Monate im Boden verweilen (Nährhumus), andere jedoch Jahrhunderte oder Jahrtausende lang im Boden verbleiben (Dauerhumus).

Struktur

Die Humusauflage eines naturbelassenen Bodens kann maximal drei Horizonte umfassen: Mit O_l wird der Streuhorizont bezeichnet (engl.: litter - Streu). Er enthält abgestorbene Pflanzenreste. Diese sind als solche noch ohne Einschränkung erkennbar und nach Pflanzenart usw. klassifizierbar. Ein Boden, bei dem direkt unter der Streuauflage ein humusreicher A_h-Horizont (s. u.) liegt, wird als Mull bezeichnet. O_f bezeichnet den Moderhorizont. Durch Fermentation und Vermoderung hat bereits eine weitgehende Zersetzung der Pflanzenreste stattgefunden. Noch sind Strukturen pflanzlicher Gewebe erkennbar, diese sind jedoch bereits mit Humuspartikeln vermengt. Besteht die Humusauflage aus Streu- und Moderhorizont, so wird sie als Moder bezeichnet. O_h bezeichnet den Rohhumushorizont. An dem darin enthaltenen Material sind keinerlei pflanzliche Strukturen mehr erkennbar. Die Zersetzung des Pflanzenmateriales hat ein weit fortgeschrittenes Stadium erreicht. Eine Humusauflage, die alle drei beschriebenen Auflagenhorizonte umfasst, wird als Rohhumus bezeichnet. Nicht mit zur Humusauflage gehört der A_h-Horizont. Dieser ist der mineralische Oberboden und enthält, meist durch tierische oder auch menschliche Aktivität (tierisch z.B: Regenwürmer und Maulwürfe , menschlich z.B: Pflügen), Humus. Der Humusanteil beträgt hier maximal 30%. Wie stark die Humusauflage ausgeprägt ist und welche der beschriebenen Horizonte sie aufweist, hängt insbesondere davon ab, inwieweit durch die bestehenden Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Bodenversauerung, Nährstoffversorgung, Exposition, Lage Breitengrad, Klima, u. a.) Humusakkumulation begünstigt wird. Allgemein ist die Humusakkumulation desto stärker, je ungünstiger sich die Umwelt für die Aktivität der Mikroorganismen gestaltet.

Bedeutung

Für den Boden als Ökosystem (Schauplatz des Bodenlebens) ist der Humus von essentieller Bedeutung. Der Humus
- schützt den Boden vor Erosion durch Regen, weil das Wasser gleichmäßig und tief einsickern kann
- reduziert die Erosion durch Wind
- enthält Schleim- und Klebestoffe, die dem Erdreich eine körnige Struktur verleihen
- ernährt Regenwürmer und andere nützliche Bodenorganismen
- senkt die Bodentemperatur im Sommer und erhöht sie im Winter
- versorgt die Pflanzen mit Nährstoffen, wobei er sie so langsam abgibt, dass die Pflanzen sie bewältigen können
- befähigt den Boden, das Wasser schwammartig zu speichern und begrenzt die Verdunstung auf ein Minimum
- kontrolliert die chemischen Veränderungsprozesse im Boden bei Zugabe von Kalk und organischem Dünger
- setzt organische Säuren frei, mit denen hoch alkalischer Boden neutralisiert wird, um Mineralien freizusetzen
- speichert Ammoniak und andere Stickstoffverbindungen in austauschbarer und verwertbarer Form

Siehe auch:

Bodenkunde, Kompostierung, Kulturboden, Dünger, Ton-Humus-Komplexe, Terra preta

Literatur

- John Seymour: Selbstversorgung aus dem Garten ISBN 3332017039

Weblinks

- [http://www.bodenwelten.de/bod_schatz/bod_humus.htm Weitere Infos zu Humus]
- [http://www.bodenkunde.uni-freiburg.de/forschung/publikationen/inhalt_15 Der Regenwurm L. badensis bei der Arbeit am Humus] Kategorie:Bodenkunde Kategorie:Feldwirtschaft

Organische Chemie

Die Organische Chemie (auch kurz: Organik) ist die Lehre vom Aufbau und Verhalten von Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen, welche auch die Bausteine des derzeit bekannten Lebens sind. Sie wurde allgemein anerkannt als Ast der Chemie. Die Abgrenzung von der organischen zur anorganischen Chemie ist nicht genau festgelegt; so werden Kohlenwasserstoffverbindungen mit Heteroatomen wie Phosphor, Schwefel oder Stickstoff der organischen Chemie zugerechnet. Das Gegenstück ist die Anorganische Chemie.

Allgemeines

Die Organische Chemie umfasst praktisch alle 15 Millionen bekannten Verbindungen des Kohlenstoffs und Wasserstoffs. Bestimmte Verbindungen werden sowohl von der Organischen als auch Anorganischen Chemie behandelt: Oxalsäure und deren Salze Oxalate, Blausäure und deren Salze Cyanide. Organische Substanzen sind sehr stark durch das jeweilige Molekül bestimmt (organische Salze wie Acetat werden auch deutlich durch die Molekülform bestimmt). In der Anorganischen Chemie kommen meist nur die allgemeinen Eigenschaften von Festkörpern und/oder Ionen zu Tragen. Die Synthesestrategien unterscheiden sich oft, da organische Molekühle meist Stück für Stück aufgebaut werden.

Geschichte

Bereits im 18. Jahrhundert war eine beträchtliche Zahl von Organischen Substanzen als Reinstoff isoliert worden. Beispiele sind der Harnstoff (1773, Rouelle) und viele Säuren, wie die von Ameisen erhaltene Ameisensäure (1749, Marggraf), die Äpfelsäure aus Äpfeln, und die aus dem Weinstein gewonnene Weinsäure (1769, Scheele). Ursprünglich bezeichnete man mit "Organischer Substanz" tatsächlich nur solche Stoffe, die man aus Pflanzen- oder Tiergewebe o.ä. gewonnen hatte und die nicht in der unbelebten Natur vorkommen. Daher auch der Name der Organischen Chemie. Es gelang zunächst nicht, diese im Labor herzustellen, so dass die Meinung entstand, solche Stoffe könnten nur von Lebewesen (Organismen) hergestellt werden, da zu ihrer Entstehung eine besondere 'Lebenskraft' (vis vitalis) notwendig sei. Die Herstellung von Harnstoff durch Erhitzen von Ammoniumcyanat im Jahr 1828 durch Friedrich Wöhler konnte diese Annahme widerlegen. Mit zunehmendem Geschick der Chemiker - etwa bei der Analyse und Synthese der Zuckerarten durch Fischer - gelang es, eine immer größere Zahl von organischen Substanzen durch Totalsynthese aus anorganischen Grundsubstanzen zu synthetisieren. Zudem wurden dabei aus den Natursubstanzen auch Abkömmlinge (Derivate) hergestellt, die in der Natur nicht vorkommen (wie etwa die Hydrazone und Phenylhydrazone der Kohlenhydrate). Auch völlig unnatürlich wirkende Stoffe, wie Kunststoffe und Erdöl, zählen zu den Organischen Verbindungen, da sie wie die Substanzen von Lebensformen aus Kohlenstoffverbindungen bestehen. Erdöl, der Ausgangsstoff für viele synthetische Produkte, ist letzten Endes auch organischen Ursprungs. Die in Lebewesen ablaufenden Stoffwechselprozesse werden nun in der Biochemie behandelt, die auf der Organischen Chemie beruht.

Bedeutung der Organischen Chemie

Die wichtigsten Moleküle des Lebens, darunter Aminosäuren, Proteine, Kohlehydrate und die DNA, sind organisch, und so ist ein Großteil der Biochemie nichts anderes als organische Chemie. Daraus ergibt sich auch eine große Bedeutung für die Biologie und für die Medizin, etwa bei der Entwicklung und Herstellung von Arzneimitteln, sowie für die Lebensmittelchemie. Technisch wichtige Bereiche der organischen Chemie sind die Petrochemie, die Kunststoffe, viele Klebstoffe, Farben und Lacke.

Stoffgruppen der Organischen Chemie

- Kohlenwasserstoffe bilden die Grundlage der Nomenklatur. ::Alkan - Alken - Alkine
- Alkohol - Aldehyd - Amin - Ether - Ester - Carbonsäure
- Aromaten - Aliphat
- acyclische und cyclische Verbindungen
- Aminosäure, Protein, Kohlenhydrate
- Metallorganische Verbindungen, beispielsweise Ferrocen

Reaktionen

Siehe Reaktionsmechanismus Die Reaktionen in der organischen Chemie lassen sich größtenteils in die folgenden Grundtypen einordnen:
- Radikalische Substitution (S_R)
- Nucleophile Substitution (S_N):
- Aliphatische nucleophile Substitution
- Aromatische nucleophile Substitution
- Elektrophile Substitution (S_E):
- Aliphatische elektrophile Substitution
- Elektrophile aromatische Substitution
- Eliminierung
- Nucleophile Addition
- Elektrophile Addition
- Radikalische Addition
- Perizyklische Reaktionen
- Umlagerung (sofern sie nicht zu den obigen Reaktionstypen gehören)
- Oxidation sowie Reduktion Darüber hinaus sind viele Reaktionen unter dem Namen ihres Entdeckers bekannt (siehe: Namensreaktionen).

weblinks

- [http://timms.uni-tuebingen.de/List/List01.aspx?rpattern=UT_2002_____00%5B12%5D_chemorg_000_ Mittschnitte von Vorlesungen der Universität Tübingen, Experimentalchemie II, Organische Chemie, Sommersemester 2002, 52 Stunden] Kategorie:Teilgebiet der Chemie ! ja:有機化学 ko:유기 화학 ms:Kimia organik simple:Organic chemistry

Mutterboden

Der Mutterboden, auch als Oberboden, und unter Landwirten als Ackerkrume bezeichnet, ist die oberste und fruchtbarste Schicht im Boden, die Humus und Kleinlebewesen enthält. Ebenso können Kies- und Sand- oder Tonanteile enthalten sein. Dieser Boden ist nicht tragfähig und muss entfernt werden, wenn ein Weg oder ein Bauwerk entstehen soll. Abgeräumter Mutterboden kann faulen, wenn er in zu großer Anhäufung gelagert wird. Kategorie:Bodenkunde

Oberboden

Als Oberboden wird die dunkle humose Erdschicht in den ersten 20 bis 30 cm unter der Erdoberfläche bezeichnet. Sie wird auch Mutterboden (Norddeutschland) oder Humus (Süddeutschland) genannt. Der Oberboden ist reich an Nährstoffen (insbesondere Stickstoff) und Bakterien. Abgestorbene Teile von Pflanzen und Lebewesen werden in den Oberboden eingetragen. Der Oberboden ermöglicht, den darauf wurzelnden Pflanzen eine schnellere Vegetation als auf einem Rohboden. In den oberen Schichten des Oberboden leben aerobe (sauerstoffliebende) Bakterien in den unteren Schichten anaerobe Bakterien Siehe auch: Bodenhorizont Kategorie:Bodenkunde

Kohlenhydrat

Kohlenhydrate, fälschlicherweise auch als Kohlehydrate bezeichnet, sind eine Gruppe von organisch-chemischen Verbindungen, die man auch als Zucker bezeichnet. Dabei gibt es Monosaccharide (Einfachzucker), Disaccharide (Zweifachzucker), Oligosaccharide/Polysaccharide (Mehrfachzucker). Zwei- und Mehrfachzucker bestehen aus chemisch verketteten Einfachzuckern. Eigentlich müsste man von 'Kohlenstoffhydraten' sprechen, weil man ursprünglich Verbindungen wie Glukose oder Fruktose als Hydrate des Kohlenstoffs betrachtete, denn chemisch gesehen sind Kohlenhydrate mehrwertige Alkohole. Daher ist die Verkürzung "Kohlenhydrate" (mit "n") vorzuziehen und historisch begründet. Einfachzucker werden von Pflanzen durch Photosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgebaut, und enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Zur Speicherung oder zum Zellaufbau werden diese Einfachzucker dann zu Mehrfachzuckern verkettet. Tiere können keine Einfachzucker synthetisieren, allerdings können sie aus Einfachzuckern langkettige Zucker herstellen. So synthetisiert die Leber beispielsweise aus Glukose den langkettigen Speicherzucker Glykogen. Kohlenhydrate sind ein wesentlicher Teil der menschlichen Nahrung. Der Energiegehalt von 1 Gramm Kohlenhydrat beträgt rund 17,2 Kilojoule (kJ) (4,1 kcal). Pflanzenarten, die vor allem dazu beitragen, den Kohlenhydratbedarf in der Ernährung zu decken, sind im Artikel Nutzpflanzen zusammengestellt. Insgesamt kann man die Kohlenhydrate auch in Strukturkohlenhydrate und Nicht-Strukturkohlenhydrate unterteilen:
- Nicht-Strukturkohlenhydrate sind u.a. Rohrzucker (Saccharose) sowie das Polysaccharid Stärke. Diese Zucker dienen dem Energiegewinn oder sind Speicherstoffe.
- Strukturkohlenhydrate sind am Aufbau der pflanzlichen Zellwand beteiligt und stellen einen Großteil des Fasermaterials der Pflanzen dar: Zellulose, Hemizellulose, u.a. Strukturkohlenhydrate können von Säugern mit einhöhligem Magen nur bedingt verdaut werden, hingegen weitgehendst oder vollständig von Wiederkäuern und Pferdeartigen (Equidae). Beispiele:
- Einfachzucker (Monosaccharide)
- Dextrose, auch Traubenzucker oder Glucose
- Mannose, ein Epimer der Glucose
- Fructose, auch Fruchtzucker
- Galactose, auch Schleimzucker
- Ribose, Teil der Ribonukleinsäure (RNA)
- Desoxyribose, Teil der Desoxyribonukleinsäure (DNA)
- Zweifachzucker (Disaccharide)
- Saccharose, auch Rübenzucker oder Rohrzucker (Glucose + Fructose)
- Lactose, auch Milchzucker (Glucose + Galactose)
- Lactulose, ein synthetisch abgewandelter Milchzucker
- Maltose, auch Malzzucker (Glucose + Glucose)
- Trehalose
- Mehrfachzucker (Polysaccharide)
- Stärke
- Cellulose
- Glykogen

Chemie

Kohlenhydrate sind Polyhydroxycarbonylverbindungen, haben in ihrer offenkettigen Form also neben mehreren Hydroxygruppen auch mindestens eine Carbonylgruppe. Befindet sich diese Carbonylgruppe an einem terminalen C-Atom (Aldehyd), so spricht man von einer Aldose, befindet sie sich an einem internen C-Atom (Keton), dann bezeichnet man den Zucker als Ketose. Die Carbonylfunktion ist eine hoch reaktive Funktionelle Gruppe. Zu nennen sind hier besonders die Oxidationsempfindlichkeit, die Reduzierbarkeit und der leichte nukleophile Angriff am Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe. Durch Oxidationsmittel werden Kohlenhydrate daher zu Glykonsäuren oxidiert. Dies gilt unter basischen Bedingungen nicht nur für die Aldosen, sondern auch für die Ketosen, die durch die Base in einer komplexen Reaktion umgelagert werden. Beim Nachweis durch das Fehling-Reagenz wird ein blauer Cu(II)-Komplex zu unlöslichem, roten Cu(I)oxid reduziert. Wird die Carbonylfunktion zur Hydroxygruppe reduziert, erhält man ein so genanntes Alditol. Durch intramolekularen nukleophilen Angriff einer der Hydroxygruppen auf das Carbonylkohlenstoffatom bildet sich ein zyklisches Halbacetal, welches energetisch meist sehr günstig ist. Hierbei werden überwiegend Sechsringe (pyranose Form) gebildet, die eine sehr niedrige Ringspannung aufweisen, es entstehen aber auch in geringerem Maße Fünfringe (furanose Form). Andere Ringgrößen treten nicht auf, da sie eine zu hohe Ringspannung aufweisen. Es entsteht ferner ein neues Chiralitätszentrum. Die beiden resultierenden Diastereomere werden mit α und β bezeichnet. In wässriger Lösung bilden α- und β-pyranose und -furanose Form eine Gleichgewichtsreaktion miteinander und mit der offenkettigen Form. Eine wässrige Lösung von reiner α-Glukopyranose wird daher nach einiger Zeit zu einer Gleichgewichtsmischung aus α- und β-Glucopyranose und -furanose (38 % α-Glcp, 62 % β-Glcp, 0 % α-Glcf, 0,14 % β-Glcf, 0,002 % offenkettig). Die hierbei messbare Veränderung des Drehwertes wird als Mutarotation bezeichnet. Von zentraler Bedeutung in der Kohlenhydratchemie ist ferner die glykosidische Bindung. Das hierbei gebildete zyklische Vollacetal eines Zuckers bezeichnet man als Glykosid.

Literatur

- Thisbe K. Lindhorst: Struktur und Funktion von Kohlenhydraten. Chemie in unserer Zeit 34(1), S. 38 - 52 (2000), ISSN 0009-2851
- Thomas K. Ritter, Chi-Huey Wong: Kohlenhydrate in der Antibiotikaforschung: ein neuer Ansatz zur Resistenzbekämpfung. Angewandte Chemie 113(19), S. 3616 - 3641 (2001), ISSN 0044-8249
- Jochen Lehmann, Kohlenhydrate: Chemie und Biologie, 2. neu bearb. und erw. Aufl., Stuttgart; New York: Thieme, 1996.

Weblinks

- [http://ntbiouser.unibe.ch/trachsel/teaching/RepeBiochem/Kohlehydrate.html Repetitorium Biochemie]
- [http://www.m-ww.de/gesund_leben/ernaehrung/kohlenhydrate.html Allgemeines, Funktion im Körper, täglicher Bedarf]
- [http://www.foerstner.org/konrad/bco/grundlagen/kohlenhydrate.html Biochemie online - Grundlagen] Siehe auch: Polysaccharid Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Kohlenhydrat ja:炭水化物 ko:탄수화물 th:คาร์โบไฮเดรต

Cellulose

Die Zellulose (auch Cellulose) ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden. Die Zellulose ist deshalb das häufigste Polysaccharid. Sie ist ein unverzweigtes Polysaccharid, das aus mehreren Hundert bis zehntausend β-Glucose-Molekülen (β-1-4 glykosidische Bindung) besteht. Der Mensch besitzt keine Verdauungsenzyme für ihren Abbau. Deshalb bildet die Zellulose zusammen mit Hemizellulosen (kurzkettige Zellulose), Pektin und Lignin den Hauptanteil der Ballaststoffe in Lebensmitteln pflanzlicher Herkunft. Das gilt auch für andere Monogastrier wie beispielsweise Schweine. Wiederkäuer können hingegen Zellulose und andere Polysaccharide, die andere als die durch Monogastrier verdaulichen Bindungen α-1,4 oder α-1,6 verbunden sind, im Pansen verdauen, da die Bindungen hier durch die Pansenmikroorganismen aufgeschlossen werden. Ähnliches gilt für Pferde und Wassergeflügel. Bei diesen Tieren findet die mikrobielle Fermentation im Darm statt. Auch bestimmte Pilze und das Silberfischchen (Lepisma) sind in der Lage Zellulose zu verdauen. Zellulose ist in Wasser und in den meisten organischen Lösungsmitteln unlöslich. Lösungsmittel wie Dimethylacetamid/Lithiumchlorid oder Dimethylsulfoxid/Tetrabutylammoniumfluorid sowie Ammoniak/Cu₂⁺ vermögen jedoch Zellullose zu lösen. Sie kann durch starke Säuren gespalten werden, mit konzentrierten Säuren bei erhöhter Temperatur kann die Zellulose zu Glukose abgebaut werden. Technisch wird Zellulose als so genannter Zellstoff aus Holz gewonnen und dient als Grundstoff in der Papierindustrie. In der Bekleidungsindustrie wird Zellulose als Regeneratzellulosefasern (Viskose), Baumwollfasern und Leinen eingesetzt. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Baustoffindustrie, wo Zellulosederivate wie Methylzellulose als Fließverbesserer etc. eingesetzt werden. Auch in der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie wird Zellulose verwendet, z. B. in Tabletten als Aufbaustoff. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt sie die Bezeichnung E 460. Nachweis erfolgt mittles einer Iod-Zinkchloridlösung (Blaufärbung) -> siehe Quelle

Quellen

- [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/auto/reagenzl.htm Prof. Blumes Medienangebot: Nachweisreagenzien] Abs. 13
- [http://www.foodnews.ch/x-plainmefood/20_lebensmittel/Cellulose.html x-plainmefood - Polysaccharide: Cellulose & Cellulosederivate]

Siehe auch

- Dextrin
- Blinddarmkot Kategorie:Kohlenhydrat ja:セルロース

Horizont

Der Horizont (griechisch ορίζοντας - der Gesichtskreis) ist die Grenzlinie zwischen der sichtbaren Erde und dem Himmel. Im mathematischen Sinn ist es die Schnittlinie der Himmelskugel mit einer Ebene, die im Beobachtungsort senkrecht zur Lotrichtung steht. Der Begriff Horizont wurde von Philipp von Zesen durch den Ausdruck Gesichtskreis eingedeutscht.

Genauer betrachtet

sind einige Bedeutungen zu unterscheiden:
- (Mathematischer) Horizont: ein Großkreis im o.e. Sinn, der in der Astronomie zwei Bezugspunkte kennt:
- Wahrer Horizont: die horizontale Ebene geht durch den Erdmittelpunkt
- Scheinbarer Horizont (häufiger verwendet): durch einen Ort an der Erdoberfläche. Der Unterschied im Höhenwinkel eines Gestirns entspricht der Parallaxe, während die Azimute dieselben sind.
- Natürlicher Horizont oder Landschaftshorizont: die Grenzlinie zwischen Himmel und Erde, wie sie von den örtlichen Bedingungen abhängt.
- Einen weiten Horizont hat man auf einem Gipfel oder auf einer Ebene, im Gegensatz zu einem Gebirgstal. Oft dienen Berggipfel als Zeitmarken, z.B. bei der berühmten Sextener Sonnenuhr.
- Der Radiohorizont bezeichnet die theoretische Reichweite von VHF und UHF Radiowellen, welche durch Brechung in der Troposphäre über den visuellen Horizont reichen. Für eine Annäherungsrechnung wird ein um ein Drittel vergrößerter Erdradius angenommen.
- Nautischer Horizont, Kimmung, Kimmlinie: der natürliche Horizont am Meer, siehe unten.
- Künstlicher Horizont: eine genau horizontale, spiegelnde Fläche (Quecksilber, Glasscheibe oder Öl), die als Hilfmittel zur Messung der Lotrichtung dient.
- Mit K.H. wird auch ein Kreiselinstrument der Navigation bezeichnet.
- Horizont im übertragenen Sinn, v.a. geistigen Sinn: siehe unten.

Horizont in Mathematik, Astronomie und Geodäsie

Der Horizont im mathematischen Sinn ist ein Großkreis, der die Sphäre oder Himmelskugel in zwei gleiche Hälften teilt und dessen "Pol" der Zenit ist. Er ist die Basis des Horizontsystems - ein Koordinatensystem, in dem Gestirne und terrestrische Messpunkte durch Richtung (Azimut, Kurs) und Höhenwinkel angegeben werden. Senkrecht zum Horizont - also durch den Zenit - verlaufen die Vertikalkreise, von denen der Meridian genau in Nord-Süd-Richtung liegt. In der Theorie über Schwarze Löcher existiert der Begriff des Ereignishorizontes - eigentlich eine Sphäre um die Singularität herum, welche "schwarz" bleibt, aus welcher klassischerweise keine Information mehr nach außen dringen kann, da aufgrund der starken Gravitation die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übertrifft und so selbst masselose Teilchen wie Lichtquanten eine so große Rotverschiebung erfahren, dass ihre Energie gleich Null wird (und sie damit faktisch ebenfalls von der Schwerkraft "festgehalten" werden).

Horizont in der Nautik, Kimmlinie

Die Kimm ist auf freiem Ozean die Grenzlinie zwischen Himmel und Wasser. Genauer handelt es sich um jene kreisähnliche Linie, von der tangential von der Erdoberfläche abgehende Lichtstrahlen ins Auge des Beobachters fallen. Die Entfernung der Kimm hängt von dem Standpunkt des Beobachters ab. Vernachlässigt man Lichtablenkungen in der Atmosphäre und idealisiert die Erde als perfekte Kugel, so ist die Entfernung zum Horizont näherungsweise gegeben durch :

d_\mathrm = 3570\,\mathrm\cdot\sqrt = 1927\,\mathrm\ \cdot\sqrt ,

wobei H die Höhe in Meter über dem Meer ist, genähert über NN. Ferner ist 1 sm = 1,852 km. Unter durchschnittlichen atmosphärischen Bedingungen ist die Horizontentfernung ein wenig größer: :

d_\mathrm = 3843\,\mathrm\cdot\sqrt = 2075\,\mathrm\cdot\sqrt

Der mathematische Hintergrund ist unter Kimm näher beschrieben. Als ungefähre Entfernung des Horizonts lässt sich abschätzen: am Meer stehende Kinder, 1.00 m Augenhöhe: 3.5 km am Meer stehende Erwachsene, 1.70 m Augenhöhe: 4.7 km aus 5 m von einer Düne: 8.0 km aus 10 m des Hotelzimmerfensters: 11.3 km Mastkorb auf einem Schiff, 30 m: 19.6 km aus 100 m: 35.7 km Kölner Dom, 157 m: 44.7 km Ulmer Münster, 162 m (höchster Kirchturm der Erde): 45.4 km aus 500 m: 79.8 km aus 1000 m: 112.9 km und folgende rein theoretische Werte (zunehmendes Problem der Erdkrümmung) Zugspitze, 2962 m: 194 km Montblanc, 4807 m: 247 km Mount Everest, 8872.47 m: 336 km Flughöhe 11 000 m: 374 km

Andere Bedeutungen (Perspektive,Geologie, Bodenkunde, im geistigen Sinn)

- In der Perspektive bzw. in Bildern: die Schnittgerade der Zeichen- bzw. Bildebene mit der Horizontalebene (dem o.e. mathematischen Horizont)
- In der Geologie: die kleinste Schichteinheit bei Sedimenten; bzw. zeitlich die kleinste Zeiteinheit.
- In der Bodenkunde werden Horizonte meist an einem 1,30m tiefen Bodenprofil(Querschnitt) benannt. Sie entstehen durch Umverteilung und Ablegerungen von mineralischen und organischen Stoffen im Boden
- In der Archäologie die Schichtabfolge von Siedlungsspuren.
- Im geistigen Sinn: der Gesichtskreis, das geistige Fassungsvermögen einer Person. Siehe auch: Himmelsrichtung, Höhe Null, Waage, Zenit, Dämmerung, Sonnenaufgang, Sonnenuntergang Kategorie:Astrometrie

Mull (Humusform)

Allgemeines

Unterscheidungsmerkmale der Humusformen Mull, Rohhumus und Moder, sind Art und Menge der angehäuften Humussubstanzen und die Gliederung der Humus-Horizonte. Die Horizontabfolge des Mulls:
- nicht sehr starken L Horizont (unzersetztes Ausgangsmaterial)
- Oh Horizont (organischer Horizont mit humifizierter (zersetzter) organischen Substanz)
- starker Ah Horizont (mineralischer Oberboden mit Humusstoffen) --> (L) - Oh - Ah Der Mull ist eine terrestrische Humusform, die gute Bedingungen für die Zersetzung organischer Bodensubstanz (Mineralisierung) liefert.

Merkmale

- leicht abbaubarer Vegetationsrückstand
- günstige Lebensbedingungen für Bodentiere und Pflanzen --> biotisch aktiv
- vielfältige Bodenfauna
- Nährstoffreichtum Aufgrund der günstigen Lebensbedingungen ist die Wühlaktivität hoch und die Vermischung der Bodenschichten stark. Der Mull besitzt ein enges C/N Verhältnis, was zur Folge hat, dass die Zersetzung schnell stattfindet.

Vorkommen

Vorkommen dieser "günstigen" terrestrischen Humusform sind Steppengebiete, Grünland und krautreiche Laubwälder. Kategorie:Bodenkunde Kategorie:Feldwirtschaft

Horizont

Genauer betrachtet

Horizont in Mathematik, Astronomie und Geodäsie

Horizont in der Nautik, Kimmlinie

d_\mathrm = 3570\,\mathrm\cdot\sqrt = 1927\,\mathrm\ \cdot\sqrt ,

wobei H die Höhe in Meter über dem Meer ist, genähert über NN. Ferner ist 1 sm = 1,852 km. Unter durchschnittlichen atmosphärischen Bedingungen ist die Horizontentfernung ein wenig größer: :

d_\mathrm = 3843\,\mathrm\cdot\sqrt = 2075\,\mathrm\cdot\sqrt

Andere Bedeutungen (Perspektive,Geologie, Bodenkunde, im geistigen Sinn)

Bodenleben

Bodenleben ist die Gesamtheit der Bodenlebewesen, die mehr als die Hälfte des irdischen Lebens ausmachen. Angesichts der Komplexität dieses Ökosystems ist seine Erforschung noch ganz am Anfang, aktuell findet in der Biologie ein großes Umdenken statt, allmählich wird man sich den weitreichenden Auswirkungen bewusst, die dieses System auf das gesamte irdische Leben hat.

Siehe auch

Humus, Oberboden, Mutterboden, Destruenten

Weblinks

- http://www.geo.de/GEO/wissenschaft_natur/oekologie/2005_10_GEO_boden/index.html Kategorie:Bodenkunde

Regenwürmer

Die Regenwürmer (Lumbricidae) sind im Erdboden lebende, gegliederte Würmer aus der Ordnung der Wenigborster (Oligochaeta). Sie gehören innerhalb des Stammes der (Annelida) Ringelwürmer zur Klasse der (Gürtelwürmer) Clitellata. Regenwürmer sind ein wesentliches Bindeglied des natürlichen Kreislaufs Boden - Pflanze - Mensch - Boden. Von den weltweit rund 3500 Arten zählen 10 Gattungen mit etwa 220 Arten zur Familie der Lumbricidae. In Deutschland leben derzeit 39 Arten. Nicht alle davon sind ursprünglich hier heimisch. Der 9 bis 30 Zentimeter lange Tauwurm oder Gemeine Regenwurm (Lumbricus terrestris) ist neben dem 6 bis 13 Zentimeter langen Kompostwurm (Eisenia foetida), wohl die bekannteste einheimische Annelidenart. Im Jahr 2004 wurde der für den Naturkreislauf nützliche Regenwurm zum "Wirbellosen Tier des Jahres" erklärt.

Name

Der Name "Regenwurm" geht offenbar auf den althochdeutschen Begriff "regnwurm" zurück, der sich auf das Verhalten der Würmer bezieht, bei starken Regenfällen die unterirdische Wohnröhre zu verlassen und auf dem Erdboden umherzukriechen. Treffender, weil auf den eigentlichen Aufenthaltsort des Wurms bezogen, ist die englische Bezeichnung "earthworm" oder der französische Begriff "ver de terre". Nach anderer Ansicht rührt der deutsche Name nicht von der Eigenart der Würmer her, bei Regen in großen Scharen an die Erdoberfläche zu kommen, sondern von ihrer steten Aktivität. Im 16. Jahrhundert soll es entsprechend noch die Bezeichnung "reger Wurm" gegeben haben. Man nimmt oft an, dass die Regenwürmer nicht an die Erdoberfläche kriechen, weil sie den Regen lieben, sondern weil sie bei Regen in ihren Gängen im Erdboden ertrinken würden, da der im Wasser gelöste Sauerstoff nicht ausreicht, um den Wurm über die Hautatmung mit genügend Sauerstoff zu versehen. 1978 veröffentlichten jedoch B. Gruner und E. Zebe eine Studie, aus der hervorging, dass unter anaeroben Bedingungen unter Wasser gehaltene Regenwürmer erst nach 35 Stunden zugrunde gehen. Wie sich weiter herausstellte, schalten die Würmer unter diesen extremen Bedingungen auf einen glykolytischen Stoffwechsel ohne Sauerstoffverbrauch um. Was der eigentliche Anlass für die Regenwürmer ist, bei Regen ihre Wohnröhren zu verlassen, scheint also unbekannt zu sein.

Körperbau

Segmentierung

Der Körper des Regenwurms besteht aus zahlreichen zylindrischen Gliedern (Segmenten), welche an ihren Seiten die kaum aus der Haut hervorragenden Borsten tragen. Die Borsten, von denen Regenwürmer pro Segment 4 Paar oder 8 Stück, besitzen, bestehen aus Chitin und Proteinen und können mit Hilfe besonderer Muskeln bewegt werden. Die Anzahl der Segmente nimmt mit dem Alter des Wurms zu. Eine spezielle Wachstumszone in der Nähe des Hinterendes produziert neue Glieder. Ausgewachsene Exemplare verfügen um die 160 Segmente.

Hautmuskelschlauch

Nach außen hin ist der gesamte Körper des Wurms und damit auch jedes seiner Segmente durch einen Hautmuskelschlauch abgegrenzt. Auf eine einschichtige Epidermis, die einige Drüsen- und Sinneszellen enthält und nach außen eine Cuticula abscheidet,folgt eine Ringmuskelschicht und weiter innen die dicke Längsmuskelschicht. Die meisten Arten besitzen Hautpigmente. So sind z.B. viele Lumbricus-Arten mehr oder weniger rot gefärbt. Alle Allolobophora-Arten besitzen dagegen mehr dunkle Pigmente, die die Hautoberfläche eher hellgrau oder grau-schwarz erscheinen lassen.

Verdauungsorgane

Eine Art Oberlippe, der Kopflappen (Prostomium), überwölbt am Kopfende den Mund. Die Mundöffnung führt in den Darm, der den ganzen Regenwurm von vorne bis hinten durchzieht. Der Darm beginnt mit einem muskulösen Pharynx, auf den die Speiseröhre (Oesophagus) mit ihren Kalksäckchen sowie ein muskulöser Kropf und Muskelmagen folgen. Hier wird (ähnlich wie bei Hühnern) die pflanzliche Nahrung durch mitaufgenommene kleine Steinchen (hier: Sandkörner) gleichmäßig zerrieben. Es folgt der lange Mitteldarm, der auf der Rückenseite in seiner gesamten Länge eine Einstülpung (Typhlosolis) aufweist, die die innere Darmoberfläche vergrößern hilft. Am Hinterende des Wurms befindet sich der After. Mit ihren kalziumhaltigen Ausscheidungsprodukten neutralisieren die Würmer alle aufgenommenen säurehaltigen Bodeninhaltsstoffe.

Ausscheidungsorgane

Als Ausscheidungsorgane liegen in jedem Segment (mit Ausnahme der ersten drei Glieder und des letzten Segments) links und rechts vom Darm zwei so genannte Nephridien, die aus einem langen, in Schleifen gewundenen, im Endabschnitt sich zur Harnblase erweiternden Exkretionskanal bestehen. Ein Wimpertrichter, der in das davor liegende Segment ragt, fängt die auszuscheidenden Substanzen auf. Jedes Nephridium ist von Blutgefäßen umsponnen, die der Sauerstoffversorgung des Ausscheidungsorgans dienen. Die Versorgung der Zellen mit Sauerstoff ist nötig, weil an den Schleifen des Nephridiums aktive Transportvorgänge zur Ausscheidung von Harnsäure, Harnstoff, Ammonium und Salzen sowie zur Rückresorption von Wasser, Ionen und organischen Verbindungen ablaufen.

Coelom

Zwischen Darm und Hautmuskelschlauch liegt in jedem Segment die sekundäre Leibeshöhle (das Coelom). Diese ist durch zarte Querwände (Dissepimente) von der Leibeshöhle des Nachbarsegments abgegrenzt und prall mit Flüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit, die von innen gegen den Hautmuskelschlauch drückt, wirkt als ein hydrostatisches Skelett und hilft dem Wurm beim Kriechen und Bohren im Erdboden Stabilität zu erlangen.

Nervensystem

hydrostatisches Skelett Das Nervensystem ist hoch entwickelt. Es ist in das Gehirn oder Oberschlundganglion, das Bauchmark und die Segmentalnerven untergliedert. Das aus zwei miteinander verwachsenen Cerebralganglien bestehende Gehirn liegt im dritten Segment kurz vor dem Beginn des Pharynx dorsal dem Darm auf. Von ihm ziehen zahlreiche Nerven nach vorn in Richtung Prostomium. Schlundkonnektive verbinden das Oberschlundganglion auf beiden Seiten des Vorderdarms mit dem zu Beginn des vierten Segments ventral vom Darm gelegenen Unterschlundganglion (siehe nebenstehende Abbildung). Es folgt der Hauptstrang des Nervensystems, der auf der Bauchseite den Wurm vom 4. Kopfsegment bis zum Schwanzsegment durchzieht. Er wird daher als Bauchmark bezeichnet. In einem Frontalschnitt durch das Bauchmark erkennt man, dass es sich evolutiv vom Strickleiternervensystem ableitet. Die ursprüngliche Organisation des Strickleiternervensystems besteht aus paarigen, längs zur Körperachse verlaufenden Konnektiven, die durch quer zur Körperachse angeordnete Kommissuren miteinander verbunden sind. Konnektive und Kommissuren sind durch Nervenknoten (Ganglien), die überwiegend aus den Zellkörpern der Nervenzellen bestehen, miteinander verbunden. Beim Regenwurm sind diese Elemente alle in einem median verlaufenden (unpaaren) Nervenstrang vereint. In azangefärbten histologischen Präparaten kann man die beiden Faseranteile (Kommissuren und Konnektive) sowie die Nervenknoten auf geeigneten Schnitten gut differenzieren. Pro Segment zweigen vom Bauchmark je 3 Paar Segmentalnerven ab. Das vordere Paar liegt im kranialen (kopfwärts orientierten) Abschnitt eines Segments, das mittlere und das hintere Paar liegen meist eng benachbart im caudalen (schwanzwärts orientierten) Bereich eines Segments. Diese typische Anordnung erlaubt in den allermeisten Fällen, ein histologisches Präparat nach kopfwärts/schwanzwärts zu orientieren. Nach ihrer Abzweigung vom Bauchmark verlaufen die Segmentalnerven zunächst durch die sekundäre Leibeshöhle des Regenwurm (Coelom) treten dann in den Hautmuskelschlauch ein, wo sie sich in einen ventralen und einen dorsalen Ast auftrennen. In ihrem weiteren Verlauf zwischen Ring- und Längsmuskulatur zweigen fortwährend feine Fasern ab und innervieren die Muskelzellen, sowie die Zellen der Epidermis. Die Innervation der Dissepimente (muskulöse Scheidewände zwischen den Segmenten) erfolgt durch die sogenannten Septalnerven, die in den Achseln der vorderen Segmentalnerven vom Bauchmark abzweigen. Das Darmnervensystem des Regenwurms (auch stomodaeales System) wurde erst relativ spät entdeckt. Augen fehlen zwar, doch ist der Regenwurm vor allem am Vorder- und Hinterende lichtempfindlich und reagiert auch auf Erschütterungen des Bodens.

Blutgefäßsystem

Besondere Atmungsorgane besitzt der Regenwurm nicht, aber ein vielfach verzweigtes, geschlossenes Blutgefäßsystem, das den über die Haut aufgenommenen Sauerstoff und die aus dem Darm aufgenommenen Nährstoffe im ganzen Körper verteilt. Es besteht aus einem Rückengefäß, das das Blut von hinten nach vorn treibt, und einem Bauchgefäß. In den Segmenten 7 - 11 werden die beiden Hauptblutgefäße durch muskulöse und stark kontraktile Schlingen, die sog. Lateralherzen (2 pro Segment), miteinander verbunden. In den übrigen Segmenten gibt es keine direkte Verbindung mehr, zwischen dem Rücken- und dem Bauchgefäß. Das Blut selbst ist durch den roten Blutfarbstoff Hämoglobin, der im Blutplasma gelöst ist, rot gefärbt. Es enthält auch farblose Blutkörperchen, die Amoebocyten, die jedoch meistens den Gefäßwänden anliegen. Das Hämoglobin des Regenwurms besteht nicht wie das des Menschen aus nur 4, sondern aus 24 Untereinheiten. Entsprechend hoch ist sein Molekulargewicht von 3.840.000 u.

Lebensweise

Ernährung

"Regenwürmer sind die Eingeweide der Erde" (Aristoteles 384-322 v.Chr.). Die nachtaktiven Regenwürmer sind überwiegend Substrat- und Pflanzenfresser, das heißt sie füllen ihren Darm mit humusreicher Erde und vermodertem Pflanzenmaterial. Sie ziehen nachts beispielsweise Keimlinge und Blätter in die Erde, um sie dort verrotten zu lassen und später als Nahrung zu verwerten. Um die Blätter festzuhalten, können die Regenwürmer ihr Vorderende knopfartig aufblähen, so dass ihr Mund wie von einer Saugscheibe umgeben ist. Diese wird an das Blatt oder den Blattstiel gepresst, und mit Hilfe des muskulösen Pharynx saugt sich der Wurm so sehr fest, dass er in der Lage ist, das angesaugte Blatt rückwärts kriechend in seine Wohnröhre zu ziehen. Sekrete aus den Pharynxdrüsen fördern den Zersetzungsprozess. Die aufgenommene Nahrung wird anschließend mit Hilfe des Muskelmagens zerrieben und im Mitteldarm verdaut. Ständig fressen sich die Regenwürmer kreuz und quer durch die Bodenschichten ihres eigenen Lebensbereich. Die dabei aufgenommene Erde enthält Detritus-Bestandteile, Bakterien, Pilzsporen und zahlreiche Einzeller, die verdaut und als Nahrung genutzt werden können. Manche Arten verzehren bekanntlich auch Aas. Durch die Ausgewogenheit der Erde, die der Regenwurm schafft, werden die für den Boden nützlichen Mikrorganismen gefördert und die bodenfeindlichen eingedämmt, z.T sogar vernichtet.

Fortbewegung

Mit Hilfe seiner ausgeprägten Ring- und Längsmuskulatur ist der Regenwurm in der Lage, sich sowohl vorwärts als auch rückwärts kriechend zu bewegen. Die Kontraktion der Ringmuskeln des Vorderendes beispielsweise bewirkt, dass die nachfolgenden Segmente dünner und länger werden. Die schräg nach hinten gerichteten Borsten verankern dabei zusätzlich die kontraktierten Segmente im Boden. Nun folgt eine von vorn nach hinten verlaufende Kontraktion der Längsmuskeln, wodurch die Segmente wieder dicker und kürzer werden, was den Wurmkörper nach vorne zieht. Berührungs- und Lichtreize können Regenwürmer auch zu sehr raschen Muskelkontraktionen im Sinne einer Fluchtreaktion veranlassen. Beim Eindringen in den Oberboden, sowie beim Bau neuer, unterirdischer Wohnröhren wird das verdünnte Vorderende als Bohrinstrument benutzt. Zum Überwinden des Bodenwiderstandes dient der feste, hydrostatische Druck der Leibeshöhlenflüssigkeit.

Fortpflanzung

Detritus Die Regenwürmer sind Zwitter und befruchten sich wechselseitig. Eine bestimmte Reihe ihrer Körpersegmente, die den so genannten Gürtel (das Clitellum, eine Art sattelförmige Verdickung) bilden, enthalten mächtige Drüsen, welche bei der Begattung ein Sekret ausscheiden, das die beiden Geschlechtspartner manschettenartig aneinanderheftet. Die Seitenränder des Clitellums treten als sogenannte Pubertätsleisten besonders hervor. Während der Begattung legen sich zwei Würmer mit der Bauchseite aneinander, und zwar so, dass sie über ihre Geschlechtsöffnungen Spermien austauschen und in die Receptacula seminis (kugelförmige Einstülpungen zur Sperma-Aufbewahrung) des Geschlechtspartners einführen können. Die jeweils dort gespeicherten fremden Spermien dienen später zur Befruchtung der eigenen Eizellen. Bei einigen Regenwurmarten wurde hin und wieder auch Selbstbefruchtung beobachtet. Die Eier werden wie bei den Blutegeln in Kokons abgelegt. Das Sekret der Clitellum-Drüsen dient zur Bildung dieses Ei-Kokons. Die Embryonen ernähren sich von dem Eiweiß, von dem sie umgeben sind, und machen nur eine geringe Metamorphose zum Wurm durch. Die Entwicklungsdauer der Jungwürmer kann je nach Art und Lebensraum sehr verschieden sein. So schlüpft der Kompostwurm (Eisenia foetida) in seiner relativ warmen Umgebung bereits nach 16 bis 20 Tagen, dagegen benötigt Lumbricus terrestris bei einer mittleren Bodentemperatur von etwa 12° C bis zu 135 Tagen.

Überleben im Winter

Den Winter verbringen die meisten Regenwürmer zusammengerollt in 40 bis 80 cm Bodentiefe in einer Art Kältestarre. Auch unter wärmespeichernden Bodenstrukturen wie Baumstümpfen, Steinen oder Komposthaufen findet man ganze Kolonien ruhender Würmer. Unter hohen und dicht geschlossenen Schneedecken ist der Boden gegen Kälte geschützt und meist nicht gefroren. Hier kann man hin und wieder Regenwürmer beobachten, die zeitweise selbst im Winter im Bereich des Oberbodens aktiv sind. Noch ist unbekannt, inwieweit und wie lange die Tiere Kältegrade überstehen können. Mittelfristig droht den im Winter aktiven Würmern aber die Gefahr auszutrocknen, da eine Durchfeuchtung des Bodens aufgrund der gefrorenen Schneedecke bzw. Bodenoberfläche nicht stattfindet. Manche Arten können während der Winterruhe ca. 80 % ihres ursprünglichen Gewichts einbüßen, bevor sie eingehen. Lumbricus terrestris z.B. vollzieht in den relativ milden Gegenden Südwestdeutschlands (Oberrheingraben) keine richtige Winterruhe. Er erscheint in feuchten, frostfreien Nächten stets an der Bodenoberfläche um Nahrung aufzunehmen. Die im Herbst abgelegten Kokons der geschlechtsreifen Regenwürmer, entwickeln sich im frostfreien Boden über den Winter hinweg weiter. Im Frühjahr schlüpfen die Jungwürmer nach Eintritt einer Bodentemperatur von über 10° C.

Bedeutung für die Bodenverbesserung

Kältestarre Regenwürmer können in bestimmten Bereichen einen Anteil von bis zu 90 % der Biomasse der gesamten Bodenfauna ausmachen. Sie nehmen als sog. Destruenten eine zentrale Stellung beim Abbau organischer Substanzen ein. Bei ihren Wanderungen durch die Böden bilden Regenwürmer Röhren. In lockerem Bodensubstrat wie z.B.in feuchten Waldböden oder in Komposterde haben die Tiere beim Durchdringen des Bodens keine Probleme. Mineralböden dagegen bieten je nach Körnung, Festigkeit und aktuellem Wassergehalt sehr unterschiedliche Widerstände. Meist werden die gebohrten Röhren mit Schleim und Exkrementen der Würmer ringsherum ausgekleidet und somit für den raschen Auf- und Abstieg stabilisiert. Man nennt diese Verfestigung auch "Tapete". Sie dient u.a. auch den Pflanzen als Dünger. Die lufthaltigen Gänge sorgen dafür, dass aerobe Bakterien mit genügend Sauerstoff versorgt werden und sich abgestorbene Pflanzenteile besser zersetzen. In den vertikal gebohrten Gängen können aber auch Pflanzenwurzeln schneller in die Tiefe wachsen. Von besonderer Bedeutung ist eine Tatsache, die bereits Charles Darwin beobachtete, dass Regenwürmer beständig die aus den tieferen Schichten des Bodens stammende Erde durch ihren Darm hindurch an die Erdoberfläche befördern und dadurch zur Auflockerung und Belüftung der Böden beitragen. Als begleitender Effekt zeigt sich u.a. das erleichterte Eindringen von Wasser in tiefere Bodenschichten. Dies wiederum fördert das Pflanzenwachstum. Ihren Kot setzen die Regenwürmer meist überirdisch in Form von geringelten Kotbällchen am Mündungsende ihrer Gänge ab. Nach Darwins Berechnung befördern die Regenwürmer in vielen Teilen Englands jährlich auf einem 6 Hektar großen Landstück ein Gewicht von mehr als 25.000 kg Erde an die Oberfläche und bewirken dadurch eine ganz erhebliche Durchmischung der Bodenschichten, wobei der Untergrund mit Humusstoffen angereichert wird. In den Oberböden der Tropen und Subtropen wurden noch wesentlich höhere Umsetzungsraten festgestellt. Es liegt nahe, dass die Böden des tropischen Regenwaldes hierbei an der Spitze liegen (bis zu 280t pro ha). Die gezielte Verarbeitung von Kompost (Kompostierung) durch Regenwürmer (Wurmkompost) ergibt als Produkt den sog. Wurmhumus mit hochkonzentrierten Bestandteilen an pflanzenverfügbaren Nährstoffen. Im Freiland sind die positiven Einflüsse von Regenwürmer nicht messbar, da man sie von den anderen Umwelteinflüssen nicht trennen kann. Unter standardisierten Bedingungen im Labor hingegen, sind die fruchtbaren Effekte dieser Bodenbewohner belegt. Erfahrungen haben aber auch gezeigt, dass sich übermäßige künstliche Düngung eher ungünstig auf die Regenwurmfauna auswirkt.

Fressfeinde

Wurmhumus Regenwürmer werden in erster Linie durch zahlreiche Vogelarten verfolgt. Meist sind es Stare, Drosseln, Amseln und Krähen, die den Würmern gezielt nachstellen. Weitere natürliche Feinde sind Marder, Maulwürfe, Igel, Spitzmäuse, Kröten, Frösche, Feuersalamander, Tausendfüßler und Laufkäfer. Auch Füchse und Dachse ernähren sich gern von Regenwürmern. Maulwürfe beißen den Regenwürmern häufig ins Vorderende, um sie am Davonkriechen zu hindern. Die auf diese Art und Weise bewegungsunfähig gewordenen, aber noch lebensfähigen Würmer, werden anschließend an einem sicheren Platz unter der Erde deponiert um als Nahrungsreservoir zu fungieren (z.B. als Wintervorrat).

Parasiten

In Regenwürmern leben zahlreiche parasitierende Organismen. Neben verschiedenen, zum Teil symbiontisch lebenden Bakterien, Ciliaten und Flagellaten finden sich besonders häufig Gregarinen (Sporozoen) und Fadenwürmer (Nematoden). Befallen werden vor allem die Leibeshöhle sowie die Samenblase. Die meisten Parasiten sind harmloser Natur, einige aber übertragen als Zwischenwirte schwere Krankheiten (z.B. die Lungenwurmkrankheit bei Schweinen und Hühnern durch Metastrongylus-Arten). Hin und wieder werden auch Larven von Bandwürmern (Eucestoda) in Regenwürmern nachgewiesen. Gelegentlich parasitieren auch Fliegenlarven (Gattung Lucilia) in Regenwürmern. Sie halten sich bevorzugt im vorderen Bereich des Regenwurms (3. u. 4. Segment) auf und führen nach einiger Zeit zum Tod ihres Wirts. Anhand dieser Fakten klingt es sicherlich einleuchtend, dass Regenwürmer nicht unbedingt für den menschlichen Verzehr geeignet sind (s. Kap. Wurmzucht, Wurmfarm).

Regenerationsvermögen und Selbstverstümmelung

Regenwürmer besitzen ein beachtliches Regenerationsvermögen, vor allem das Hinterende kann nach Verlust fast vollständig wieder durch die vorderen Körpersegmente ausgebildet werden. Regenwürmer sind auch in der Lage sich in bestimmten Gefahrensituationen selbst zu verstümmeln (Autotomie), z.B. wenn sie ein Fressfeind gepackt hat. Hierbei schnürt der Wurm am Hinterende eine Reihe von Segmenten ab, um sie dem Räuber zu überlassen, und bringt sich mit dem restlichen Körper durch eine schnelle Flucht in Sicherheit. Das weitverbreitete Gerücht, dass zwei lebende Würmer entstehen, wenn man einen Wurm in der Mitte trennt, stimmt nicht. Gerade in der Körpermitte ist das Regenerationsvermögen am geringsten. Jedes Segment eines Regenwurms hat nur die genetische Anlage, einen After zu bilden. Nach der Durchtrennung entsteht also ein Hinterende mit zwei Aftern, das dann je nach Anzahl der Segmente über kurz oder lang verhungert. Das Vorderende überlebt, falls die Trennung nach etwa dem 10. Segment stattfindet und damit die Ganglien (Nervenknoten) komplett erhalten bleiben. Am Vorderende können maximal vier Segmente abgetrennt werden, ohne dass der Wurm damit getötet wird. Diese Segmente werden zwar nicht vollständig regeneriert, das Fehlen beeinflusst allerdings auch nicht das Überleben des Tieres.

Gefährdung und Schutz

Autotomie „...Ein Wurm bin ich - kein Mensch mehr - Gespött der Leute, alle behandeln mich wie Dreck..." beklagte schon König David seine persönliche Situation in Psalm 22 des Alten Testaments. Auch in unserer Zeit drohen dem Regenwurm und insbesondere seinem Lebensraum dem Boden zahlreiche Gefahren, wie z.B. durch schädliche Bodenveränderungen. Schädliche Stoffeinträge in die Böden können durch sehr unterschiedliche Quellen verursacht werden. Die Schadstoffe stammen zu unterschiedlichen Anteilen unter anderem aus privaten und gewerblichen Anlagen, aus dem Straßenverkehr, aus Heizungs- und Feuerungsanlagen, aus der Verwertung von Klärschlamm und Abfällen sowie aus unsachgemäßer Anwendung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln. Alle genannten Faktoren bewirken eine Veränderung bzw. eine Absenkung der natürlichen Bodenfunktionen. Besonders betroffen davon sind nährstoffarme und flachgründige Standorte, die von Natur aus ein geringeres Puffervermögen gegenüber schädlichen Bodenveränderungen besitzen. Infolge der allgemeinen Schädigung binden die Böden immer weniger Humusanteile und Mineralstoffe. Das Bodenleben kommt letztendlich zum Erliegen, dies führt schrittweise zur vollständigen Erosion des Oberbodens durch Wind und Regen. Weitere Probleme bringen die Verdichtung und die immer mehr zunehmende Versiegelung unserer Böden mit sich. Man hat festgestellt, dass unter völlig versiegelten Flächen wie Fahrbahnen und Parkplätzen keine Bodenlebewesen mehr existieren. Die Enquete-Kommission des Deutschen Bundestags "Schutz des Menschen und der Umwelt" wagt in ihrem Zwischenbericht ("Konzept Nachhaltigkeit") die Prognose, dass weite Flächen des Bundesgebiet in ca. 80 Jahren zugebaut sein werden, wenn die Flächeninanspruchnahme durch Siedlung und Verkehr wie in den letzten 30 Jahren weiter voran schreiten wird. Es liegt auf der Hand, bei der Planung von neuen Wohn- und Gewerbegebieten auf eine flächensparende Bauweise mit möglichst geringer Flächenversiegelung zu achten. Die vielfache Verwendung von Baumscheiben, Rasensteinen sowie die Anlage von Grünflächen und Heckenzügen ermöglichen es, dass Regenwürmer und andere Bodenlebewesen selbst in dichtbesiedelten Ballungszentren existieren können.

Wurmzucht, Wurmfarm

Die meisten Regenwurmarten können relativ einfach in Gefangenschaft gehalten und entsprechend gut vermehrt werden. Auf diese Weise werden Regenwürmer vielerorts in sog. Wurmfarmen in großem Stil gezüchtet und kommerziell genutzt. Vielfache Verwendung finden die Würmer als Futtertiere im Zoofachhandel oder als Köder für den Angler. Zuchtansätze und Zubehör zur Wurmzucht können von darauf spezialisierten Unternehmen im Internet bestellt und auf dem Postweg zugeschickt werden. Seit einiger Zeit werden Wurmkulturen auch für die Bodenverbesserung und für die Kompostwirtschaft eingesetzt. Am besten eignen sich hierfür Arten, die bereits von Natur aus hohe Umsetzungs- und Reproduktionsraten aufweisen (z.B. Eisenia foetida). Neuerdings werden auch tropische Regenwurmarten in geheizten Anlagen kultiviert (z.B. Eudrilus eugeniae aus Westafrika). Solche Arten sollten allerdings nur in geschlossenen Bereichen (Gewächshäuser, Laboreinheiten) verwendet werden. Eine Ausbringung ins Freiland sollte aufgrund der Neozoenproblematik nicht stattfinden. Auch für den Hobbygärtner und den Halter von Terrarientieren (z.B. Schildkröten, Frosch- und Schwanzlurche) kann sich die Zucht von Regenwürmern in sog. Wurmkisten lohnen. Diese speziellen Behältnisse eignen sich u.a. auch für die Aufstellung auf Balkonen und Terrassen. Immer wieder tauchen in der Presse Berichte auf, dass Regenwürmer für den menschlichen Verzehr gezüchtet und angeboten werden (z.B. als Fleischklößchen - sog. "Wormburger" oder frisch frittiert). Aufgrund der generell starken Parasitierung der Würmer ist hier aber Vorsicht geboten (s. Kap. Parasiten).

Thielemann’sches Oktett

Die Thielemann’sche Oktettmethode ist eine in der Wissenschaft inzwischen anerkannte Anwendung, zum Fang von Regenwürmern mittels elektrischem Strom. Das Verfahren des sehr früh verstorbenen Biologen Dr. Ullrich Thielemann wird häufig im Rahmen von Untersuchungen zur standardisierten Bestandserfassung der Regenwurmfauna spezieller Standorte angewandt. Auch im Zuge des Biomonitorings ist es eine weit verbreitete Nachweismethode. Hierbei stößt man 8 Elektroden mit einen Abstand von ca. 50 cm zueinander kreisförmig in den Oberboden. Je nach Leitfähigkeit des anstehenden Bodens werden "zerhackte" Gleichstromimpulse von 50 bis 250 Volt an die Elektroden für die Dauer von etwa 20 Minuten angelegt. Binnen weniger Minuten werden die im elektrischen Feld angesiedelten Regenwürmer aus dem Boden getrieben, wobei die größeren Exemplare meistens zuerst an die Oberfläche kriechen.

Systematische Übersicht der in Deutschland vorkommenden Arten

Wurmkisten In Deutschland finden sich derzeit 39 Arten aus 6 Gattungen: Gattung Allolobophora - (14 Arten): Gattung Dendrobaena - (9 Arten): Gattung Eisenia (4 Arten): Gattung Eiseniella (1 Art): E.tetraedra Gattung Lumbricus (8 Arten (9)): Gattung Octolasium (3 Arten):

Europäische Namen (Trivialnamen)

Regenwürmer in der Populärkultur

Der vermutlich bekannteste Regenwurm ist der unkonventionelle Videospielheld Earthworm Jim. Der Witz an der Figur ist, dass diese eigentlich recht eingeschränkt wirkende Tierart plötzlich zu einem schießfreudigen Superhelden wird. Außerdem spielen Regenwürmer in der Comic- und Zeichentrickreihe Orson's Farm von Jim Davis eine Nebenrolle, in der sie beständig den Attacken der hungrigen Küken ausweichen und entkommen müssen.

Siehe auch

Desertifikation, Edaphon, Terra preta

Literatur (Auswahl)

- Peters, W. & V. Walldorf: Der Regenwurm. Heidelberg 1986.
- Buch, W.: Der Regenwurm im Garten. Stuttgart: Ulmer, 1986.TB ISBN 3800162768
- J.E. Satchell: Earthworm Ecology, London 1983.
- Gruner, B. & E. Zebe (1978): Studies on the anaerobic metabolism of earthworms. Comp. Biochem. Physiol 60 B, 441-445.
- Osche, G. (1982): Der "Riesenregenwurm" (Lumbricus badensis) des Südschwarzwaldes. In: Der Feldberg im Schwarzwald. Natur- und Landschaftsschutzgebiete Bad.-Württ. 12: S. 394-396, Karlsruhe.
- Charles Darwin (1882): Die Bildung der Ackererde durch die Thätigkeit der Würmer mit Beobachtung über deren Lebensweise.- Berlin u. Schlechtenwegen - [Nachdruck 1983 der Auflage von 1882].
- Thielemann, U. (1986): Elektrischer Regenwurmfang mit der Oktett-Methode. Pedobiologia 29 (4), 296-302.
- Breidenbach, J.: Normalanatomie und -histologie des Lumbriciden Lumbricus terrestris L. Dissertation Online (2002): http://miami.uni-muenster.de/servlets/DocumentServlet?id=117

Weblinks

- [http://www.regenwurm.de Regenwurm.de]
- [http://www.regenwurm.ch Ausstellung Regenwurm]
- [http://www.zum.de/Faecher/Bio/SA/stoff7/regenwurm.htm Der Regenwurm]
- [http://www.eduvinet.de/mallig/bio/7regenw/regwurm1.htm ABC der Wirbellosen: Der Regenwurm - Selbstlernkurs für Schüler]
- [http://www.mistwürmer.de Beispiel einer Wurmfarm] Kategorie:Wirbellose ja:ミミズ

Verdunstung

Bei einer Verdunstung geht ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über, ohne dass er jedoch vorher zum Sieden gebracht wurde.

Einordnung des Phänomens in die Thermodynamik

Die Verdunstung selbst stellt eine Phasenumwandlung dar und leitet sich deshalb auch aus den Gesetzen der Thermodynamik ab, ohne die man diesen Prozess nicht verstehen kann. Entsprechend der Maxwell-Boltzmann-Verteilung weisen die Teilchen eines Gases, aber auch in ähnlicher Form die Teilchen einer Flüssigkeit, eine Geschwindigkeitsverteilung auf. Es existieren daher bei beiden immer zugleich langsame und schnellere Teilchen, wobei diese über eine spezifische kinetische Energie verfügen und der Anteil, sowie die Anziehungskräfte, die durch ihre Nachbarteilchen auf sie wirken, zu überwinden, wechseln immer einige von ihnen von der flüssigen in die gasförmige Phase. Es treten jedoch auch immer verlangsamte Teilchen der gasförmigen Phase in die flüssige Phase zurück, weshalb sich mit der Zeit, ohne eine Beeinflussung von außen und ohne dass eine der Phasen aufgebraucht wird, ein dynamisches Gleichgewicht einstellt. In der Erdatmosphäre wird ein solches Gleichgewicht jedoch nicht immer erreicht und falls es so gestört ist, dass mehr Teilchen aus der flüssigen Phase austreten als in sie eintreten, spricht man von einer Verdunstung. Diese Verdunstung kann bei hohen Temperaturen, welche das dynamische Gleichgewicht in Richtung der Gasphase verschieben, auch zum vollständigen Verschwinden der flüssigen Phase führen, was man als Austrocknung bezeichnet. Die Oberfläche, auf der die Verdunstung stattfindet, kühlt sich beim Verdunstungsprozess ab und führt so zur so genannten Verdunstungskühlung, wobei der Umgebung die Verdunstungswärme entzogen wird.

Wasserverdunstung

Verdunstungswärme in Luft in Funktion der Temperatur.]] Wasser verdunstet schon bei Raumtemperatur, insofern die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, was dem oben beschriebenen dynamischen Gleichgewicht entsprechen würde. Da dies bei nahezu allen anderen Stoffen nicht der Fall ist und Wasser in der Erdatmosphäre eine herausragende Rolle spielt, wird von einer Verdunstung meist nur in Zusammenhang mit Wasser gesprochen. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung beruht beispielsweise das Freilufttrocknen von Wäsche oder das Verschwinden von Wasserpfützen. Der Effekt der Verdunstungskühlung durch Wasser ist die Grundlage für den Effekt der Thermoregulation durch Schwitzen, indem der Haut die Verdunstungswärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird. In der Ökologie, Meteorologie und Klimatologie wird zwischen Transpiration (Schwitzen + Blattverdunstung) und Evaporation als Formen der Verdunstung unterschieden, wobei man beide auch zur Evapotranspiration zusammenfasst. Die Aufnahme von Wasser in die Erdatmosphäre durch Verdunstung spielt sich dabei auf der Erdoberfläche, also beispielsweise Wasserflächen, Böden und Pflanzen ab. Abhängig ist die Verdunstung hauptsächlich von folgenden Faktoren:
- Lufttemperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Sonneneinstrahlung (Jahreszeit)
- Windstärke bzw. bedingt auch Windrichtung
- Oberflächenbeschaffenheit (Bodentyp etc.) und Vegetation
- Wassergehalt des Bodens bzw. Niederschlagsmenge Durch die vielfältigen Parameter, von denen die Verdunstung abhängig ist, wird deren Bestimmung sehr schwierig und aufwändig. Meist wird die Verdunstung deshalb nicht gemessen, sondern unter zuhilfenahme mathematischer Modelle lediglich mit einer Näherung geschätzt. Die resultierende Verdunstung pro Zeiteinheit, also sozusagen die Verdunstungsgeschwindigkeit, bezeichnet man als Verdunstungsrate. Man unterscheidet die potentielle Verdunstung, welche die aufgrund der meteorologischen Bedingungen prinzipiell mögliche Verdunstungsrate darstellt, von der tatsächlichen Verdunstung, die den real vorhandenen Wassergehalt, beispielsweise des Bodens, mit einbezieht. Dabei ist die potentielle Verdunstung immer größer oder gleich der tatsächlichen Verdunstung. Bei Trockenheit, also vor allem in ariden Klimazonen, können sich beide Werte stark unterscheiden.

Berechnung und Messung

Die Verdunstung lässt sich nur mit hohem Aufwand messen, meist durch Evaporimeter oder Lysimeter. Gemessen wird dabei die so genannte Grasreferenzverdunstung, welche aufgrund der eher theoretischen Definition der potenziellen Verdunstung als dessen messtechnisches Synonym genutzt wird. Wesentlich stärker verbreitet sind hingegen eine große Zahl unterschiedlicher Näherungsformeln, welche angepasst an verschiedene Einflussfaktoren zur Berechnung der Verdunstung dienen können. Deren Fehler richtet sich vor allem nach den jeweils zur Verfügung stehenden Daten, was insbesondere in Bezug auf Einflussfaktoren wie Nutzung, Bewuchs, Wurzeltiefe und hydrologische Bodeneigenschaften problematisch ist. Näherungsformeln auf Basis meteorologischer Standardmessgrößen erreichen jedoch im Allgemeinen nur eine sehr beschränkte Genauigkeit.

Weblinks

- [http://www.agrowetter.de/Agrarwetter/verdunstung.htm Agrowetter - aktuelle Verdunstungswerte für Deutschland (Deutscher Wetterdienst)] Kategorie:Meteorologie Kategorie:Thermodynamik

Kalkung

Unter Kalkung oder auch Kalkdüngung versteht man eine Maßnahme zur Erhöhung des pH-Wertes eines Bodens durch Verteilung von Kalksteinmehl oder Branntkalk. Kalkungen werden durchgeführt, um Bodenversauerungen entgegenzuwirken und um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten. Um Waldschäden eindzudämmen, werden immer mehr Bodenschutzkalkungen durchgeführt. In der Regel wird dabei eine oberflächliche Kalkung durchgeführt. Hubschrauber verbreiten den Kalk großflächig über dem Wald. Für die verschiedenen Standorte muss abgewägt werden, ob eine Kalkung durchgeführt werden sollte oder nicht. Kategorie:Bodenkunde Kategorie:Forstwirtschaft Kategorie:Dünger

Dünger

Dünger oder Düngemittel ist ein Sammelbegriff für Stoffe und Stoffgemische, die dazu dienen, höhere Erträge oder schnelleres Wachstum bei Kulturpflanzen zu erzielen. Ein Grundprinzip der Düngung folgt dem liebigschen Minimumsgesetz. Wichtigste Bestandteile eines Düngers sind meist Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K), da ein Mangel an diesen Stoffen in vielen Böden das Pflanzenwachstum beschränkt. Diese Düngerbestandteile werden gesondert oder in Mischungen angeboten, die den Anforderungen der jeweiligen Kulturpflanzen möglichst gerecht werden sollten. Dünger, welche Stickstoff, Phosphor und Kalium beinhalten, werden NPK-Dünger genannt. In zweiter Linie enthalten Dünger auch Schwefel, Kalzium und Magnesium. Schließlich benötigen Pflanzen auch Spurenelemente, welche auch in Düngern vorkommen können. Vereinfacht kann man sagen, dass Stickstoff der Erzeugung von Blattmasse dient, Phosphor dient der Blüten- und Fruchtbildung, Kalium stärkt die Holzbildung und Pflanzenstatik, Magnesium fördert die Nährstoffaufnahme. Der gelegentlich kursierende Ausdruck Kunstdünger wird häufig falsch verwendet. Sprachlich verweist er auf synthetisch hergestellte Dünger, organische wie mineralische. Der Begriff wird aber manchmal als Synonym nur für mineralische Dünger verwendet, in der falschen Annahme, nur mineralische Dünger würden synthetisiert.

Düngerarten

Man unterscheidet Dünger an der Art, wie der düngende Stoff gebunden ist:

Mineralische Dünger

Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente in Form von Salzen vor. Anorganische Dünger werden meist synthetisiert, sprich chemisch hergestellt, oder seltener im Bergbau gewonnen. Sie haben einen großen Produktivitätsfortschritt in der Landwirtschaft ermöglicht und werden heute sehr häufig eingesetzt. Problematisch sind die synthetischen Dünger in Anbetracht des enormen Energieaufwandes bei der Herstellung. Mineralische Phosphatdüngung führt zudem zu einer Anreicherung des giftigen und radioaktiven Schwermetalls Uran im Boden und damit in der Nahrungskette, da Phosphat und Uran chemisch eng aneinander gebunden sind. Der Einsatz von Mineraldüngern kann in Granulat- oder Pulverform, häufig als Silikat, oder in flüssiger Form erfolgen. Selbst eine Aufnahme über die Blätter ist begrenzt möglich. Erfinder der Mineraldünger bzw. Kunstdünger ist Justus von Liebig. Die Düngung mit gasförmigem Kohlenstoffdioxid (CO₂) ist eine wichtige Anwendung im Unterglasgartenbau.

Organische Dünger

Bei den organischen Düngern sind die düngenden Elemente an Kohlenstoff gebunden. Organische Dünger sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden (z. B. Harnstoff). Sie entfalten ihre Wirkung langfristiger und werden weniger schnell ausgewaschen als mineralische. Eine Kennzahl für die Wirkgeschwindigkeit ist der C-N-Quotient, das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff. Je größer die Kennzahl ist, desto langsamer wirkt der Dünger. Organische Dünger sind meist Abfallstoffe aus der Landwirtschaft, die wiederverwendet werden können; dies kann zu geschlossenen Kreisläufen führen. Beispiele für organische Dünger:
- Gülle
- Jauche
- Mist
- Guano
- Kompostierte Pflanzenreste
- Blutmehl
- Fischmehl
- Knochenmehl und Hornspäne
- Harnstoff

Vorteile des Düngens

Durch Düngung werden die zur Ernährung des Menschens nötigen landwirtschaftlichen Erträge deutlich gesteigert.

Gefahren des Überdüngens

Bei zu starker Ausbringung von Düngern besteht die Gefahr, dass der Boden überdüngt (Eutrophierung) und damit die Bodenfauna nachteilig verändert wird, was wiederum zu Lasten der Erträge und der Qualität der Ernte geht. Überdies werden die nicht von den Pflanzen aufgenommenen Düngerbestandteile in das Grundwasser ausgeschwemmt und können dadurch dessen Qualität gefährden. Dieses Problem besteht vor allem in Gebieten intensiver landwirtschaftlicher Nutzung mit hohem Viehbesatz (z.B. im Münsterland und in Südwestniedersachsen) und stellt die Wasserversorgung dort vor erhebliche Probleme. Zudem führt das nährsalzreiche Wasser, wenn es in Oberflächengewässer gelangt, zu einem Überangebot an Mineralstoffen, was zu Algenblüten führen kann und so Sauerstoffmangel im Tiefenwasser von Seen verursacht.

Düngerverbrauch

Der weltweite Verbrauch an Düngemitteln betrug 1999 141,4 Mio. Tonnen (Quelle: FAO). Die größten Verbraucher sind (in Mio. Tonnen):
- China : 36,7
- Vereinigte Staaten : 19,9
- Indien : 18,4
- Brasilien : 5,9
- Frankreich : 4,8
- Deutschland : 3,0
- Pakistan : 2,8
- Indonesien : 2,7
- Kanada : 2,6
- Spanien : 2,3
- Australien : 2,3
- Türkei : 2,2
- Vereinigtes Königreich : 2,0
- Vietnam : 1,9
- Mexiko : 1,8 Diese Zahlen sind insofern relevant, als die Herstellung von Stickstoffdünger sehr energieintensiv ist. Sie geben jedoch keine Information über das Pro-Kopf- bzw. Pro-Hektar-Verhältnis.

Weblinks

- [http://www.gartentechnik.de/News/duenger/ Dünger-News für Privatgärtner]
- [http://www.hausgarten.net/gartenpflege/duengung.html Düngung im Garten]

Siehe auch

Alkalisch

Eine alkalische Lösung im engsten Sinne ist eine Lösung eines Hydroxides eines Alkalimetalles, zum Beispiel Natronlauge oder Kalilauge. Im weiteren Sinne verwendet man den Begriff auch für jede Lösung von Basen, die Brönsted-Säuren (=Protonen abgebende Säuren) neutralisieren. Alkalische Lösungen in diesem weiteren Sinne können auch nichtwässrig sein und enthalten eventuell auch keine Hydroxide (sondern beispielsweise Alkoholate von Alkalimetallen oder andere Basen). Wässrige Lösungen sind basisch, wenn die Konzentration der Hydroxidionen OH^- die der Protonen H⁺ übersteigt. Bei 22°C ist das der Fall, wenn die Konzentration der Hydroxidionen größer ist als 10^-7 mol/l, die der Protonen ist dann kleiner als 10^-7 mol/l. Der pH-Wert ist dann größer als 7. Stark alkalische wässrige Lösungen haben einen pH-Wert größer 10, zum Beispiel hat einmolare Natronlauge einen pH-Wert von 14. Wie die sauren Lösungen besitzen auch alkalische Lösungen einige gemeinsame Eigenschaften. Diese Lösungen ergeben mit Indikatoren charakteristische Färbungen und fühlen sich auf der Haut glitschig an. Die Lösungen sind ätzend, daher muß beim Arbeiten mit alkalischen Lösungen stets eine Schutzbrille getragen werden. Ferner zeigen sie elektrische Leitfähigkeit, es müssen also freibewegliche Ionen vorliegen. Alkalische Lösungen erhält man u.a. durch Lösen von Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxiden in Wasser. Die Schmelzen dieser Hydroxide zeigen ebenfalls elektrische Leitfähigkeit. Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide sind demnach Salze, die im festen Zustand ein Ionengitter bilden, das aus positiv geladenen Metallionen und negativ geladenen Hydroxidionen aufgebaut ist. Davon ausgehend kann angenommen werden, daß nach Lösen der Hydroxide in Wasser in diesen Lösungen ebenfalls Metall- und Hydroxidionen vorhanden sind. Da alle alkalischen Lösungen obengenannte Eigenschaften aufweisen, ist es naheliegend, daß diese auf das Vorliegen einer allen Lösungen gemeinsamen Teilart zurückzuführen sind, auf die Hydroxidionen.

Eigenschaften

Stark alkalische Lösungen sind stark ätzend: Sie können Metalle, beispielsweise Aluminium, und Proteine auflösen, weshalb Hautkontakt mit ihnen vermieden werden sollte. Beim Umgang mit stark alkalischen Lösungen sollten daher Handschuhe und eine Schutzbrille getragen werden. Sie können - vor allem bei langem Einwirken in der Hitze - auch Glasoberflächen angreifen, dies kann zum Beispiel in der Geschirrspülmaschine zu einer Trübung von Gläsern führen. Die Handhabung von Natronlauge etc. in Glasgefäßen wie Erlenmeyerkolben ist natürlich dennoch problemlos möglich, solange keine Schliffstopfen aus Glas verwendet werden, da diese bei längerem Lagern festbacken. (Nach der Verwendung von Schliffküken aus Glas, beispielsweise an Tropftrichtern, sofort gründlich spülen.)

Reaktionen

Eine wichtige Reaktion alkalischer Lösungen ist die mit Säuren, die durch sie neutralisiert werden, siehe auch Säure-Base-Reaktion und Titration. Lösliche Hydroxide wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid bilden mit Wasser stark alkalische Lösungen (Laugen).

Herstellung alkalischer Lösungen

Herstellung von wässrigen Alkalimetallhydroxidlösungen

# Lösen des entsprechenden Hydroxids in Wasser. Dies ist die beste Herstellungsmethode für die praktische Verwendung der Lösungen im Labor. Die Wärmeentwicklung beim Lösen kann so stark sein, dass das Wasser zu sieden beginnt, wobei die alkalische Lösung verspritzen kann. # Reaktion des Alkalimetalloxids mit Wasser, es bildet sich Hydroxid, das sich löst.
zum Beispiel Li₂O + H₂O -> 2 LiOH # Reaktion des Alkalimetalls mit Wasser. Bei der sehr heftigen Reaktion entwickelt sich Wasserstoff, der sich durch die Reaktionswärme oft sofort entzündet.
beispielsweise 2 Na + 2 H₂O ----> 2 NaOH + H₂
Eine wichtige Variante ist die technische Produktion von Natronlauge durch die Reaktion von Wasser mit Natriumamalgam, das man durch die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberelektroden erhält. # Elektrolyse von Halogendlösung. Durch die Elektrolyse von Kochsalzlösung wird großtechnisch Natronlauge hergestellt, wobei man durch eine poröse Trennwannd (Diaphragma) weitgehend verhindert, dass sich die Kochsalzlösung und Natronlauge vermischen, so dass eine kontinuierliche Elektrolyse möglich ist:
2 NaCl + 2 H₂O ----> 2 NaOH + Cl₂ + H₂

Weitere alkalische Lösungen

Kalkwasser erhält man am besten aus Calciumoxid CaO, das als gebrannter Kalk günstig erhältlich ist. Siehe auch: Base (Chemie), Lauge, Säure, pH-Wert Kategorie:Chemikaliengruppe

Ammoniak

Ammoniak (nach dem Ammonssalz [NH₄Cl = Ammoniumchlorid] aus der Ammonsoase, heute Oase Siwa) ist ein stark stechend riechendes, farbloses und giftiges Gas, das zu Tränen reizt und erstickend wirkt. Die Dichte von Ammoniakgas ist geringer als die Dichte der Luft.

Weitere Eigenschaften

- kritische Temperatur: 132,5 °C
- kritischer Druck: etwa 11,3 MPa (Megapascal) Ammoniak ist sehr gut wasserlöslich, bei 0 °C lösen sich in 100 ml Wasser 90,7 g. Diese Ammoniaklösung heißt Salmiakgeist (Ammoniumhydroxid). Sie reagiert alkalisch . Ammoniak-Luft-Gemische sind im Bereich von 15,5 bis 30 Vol.-% Ammoniak an einer heißen Oberfläche von 630 °C explosionsfähig (Gefahr allerdings eher in geschlossenen Räumen). Eine Zündquelle kann in großtechnischen Anlagen auch Wasserstoff darstellen, so dass auch unter 630 °C die Möglichkeit einer Explosion besteht. Es verbrennt schnell und vollständig, so dass anschließend kein NH₃ mehr wahrnehmbar ist. Ammoniak wirkt auf Haut und Schleimhäute (insbesondere auch auf die Augen) ätzend. Geschluckt ruft es blutiges Erbrechen mit heftigen Schmerzen und Lungenschäden hervor, unter Umständen mit tödlichem Ausgang. Ein Ammoniakgehalt der Luft von 1,5 bis 2,5 g/m³ wirkt nach 30 bis 60 Minuten tödlich.

Nachweis

- Klassische Verfahren: Vorsichtige Geruchsprobe reicht meist aus. Geringe Gasmengen können beispielsweise mit angefeuchtetem Indikatorpapier nachgewiesen werden, welches auf die bei der Reaktion von Ammoniak und Wasser entstehenden OH^- Ionen mit Färbung reagiert.
- Spektroskopische Verfahren: Ammoniak bildet mit Hypochlorit-Ionen Chloramin. Dieses bildet mit Phenolen farbige Indophenole. Dieser Nachweis wird Indophenolreaktion oder Berthelot-Reaktion genannt.

Herstellung

Die Herstellung geschieht heute im industriellen Maßsstab zum weitaus größten Teil (ca. 90% der Welterzeugung) aus Wasserstoff und Stickstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Alternative Herstellungsverfahren sind die Gewinnung aus Kalkstickstoff (Kalkstickstoffverfahren von Rothe-Frank-Caro) oder durch Hydrolyse von Nitriden (Serpek-Verfahren)

CaCN_2 + 3 H_2 \rightarrow CaCO_3 + 2 NH_3

2 AlN + 3 H_2 O \rightarrow Al_2 O_3 + 2 NH_3

Beide Verfahren haben keine nennenswerte technische Bedeutung, da die Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren billiger ist. Ein weiterer Weg der NH₃ -Erzeugung ist die Reduktion von Stickstoffmonoxid (NO) mit Wasserstoff (H₂)

2 NO + 10 H_2 \rightarrow 2 NH_3 + 2 H_2 O

Verwendung

Ammoniak ist eines der wichtigsten und häufigsten Produkte der chemischen Industrie. Heute beträgt die Weltproduktion von Ammoniak etwa 125 Millionen Tonnen. Circa 3% der weltweit täglich produzierten Energie wird für die Herstellung von Ammoniak aufgebraucht. Der Großteil dieser Produktion wird als Ausgangstoff für Stickstoffdünger verwendet. Daneben wird:
- flüssiges Ammoniak wegen seiner hohen Verdampfungswärme in Kältemaschinen eingesetzt (Kältemittelbezeichnung R717).
- In der Textilveredlung, zum Plastifizieren von Holz und als nichtwässeriges Lösungsmittel wird Ammoniak gebraucht
- Gasförmiges Ammoniak wird als Destraktions-Mittel verwendet.
- In der Metall-Industrie wird Ammoniak als Ammoniak-Spaltgas zur Nitrierhärtung und als Schutzgas zur Wärmebehandlung, auch zum Blankglühen, verwendet.
- Ammoniakwasser findet Verwendung zu Reinigungs- und Beizzwecken. Auch wird es zum Unschädlichmachen von Chlor u. Formaldehyd nach Desinfektionsmaßnahmen eingesetzt.
- Ammoniak kann auch zur Entschwefelung von Rauchgas verwendet werden. Hierbei bildet sich Ammoniumsulfat, das als Düngemittel verwertet wird.
- Sowohl bei der Rauchgasreinigung von Kraftwerken wie auch bei der Abgasreinigung von Dieselmotoren wird Ammoniak zur Entstickung eingesetzt (SCR-Verfahren).
- Ammoniak wird auch zur Herstellung von Arzneimittel und Sprengstoff eingesetzt.
- Ammoniakwasser wird in Chlorgasanlagen zur Dichtigkeitsprüfung eingesetzt. An Lecks kommt es zur Nebelbildung, aufgrund entstehenden Ammoniumchlorids [NH₄Cl]
- erlangt in flüssiger und überkritischer Form immer mehr Bedeutung als nicht oxidatives Lösemittel, unter anderem wegen seiner physikalisch-chemischen Ähnlichkeit zu Wasser (Wasserstoffbrückenbindungen, Eigendissoziation NH₄⁺ + NH₂^- -> 2NH₃, usw.)
- Ammoniak ist eine der bedeutendsten Grundchemikalien der chemischen Industrie. Aus ihm werden zahlreiche weitere Vorprodukte hergestellt. Hierbei sind besonders zu nennen: Ammoniak ____|_____________________________________ | | | Oxidation | | sämtlicher | (NH₂)₂CO (Harnstoff) weiterer | / | organischer Salpetersäure Kunstharze | und / / | \ Düngemittel anorganischer Nitrate / | \ Stickstoff / | \ / / | \ Düngemittel | \ Hydroxylamin / | Nitrile | \ / | Adipinsäure Nitroaromaten Amine Hydrazin beispielsweise Anilin

Literatur

- Robert Schlögl: Katalytische Ammoniaksynthese - eine "unendliche Geschichte"? Angewandte Chemie 115(18), S. 2050 - 2055 (2003),

Weblinks

- [http://www.bayern.de/lfu/umwberat/data/chem/stoff/ammoniak_2004.pdf Umweltberatung: Ammoniak und Ammonium] Kategorie:Chemische Verbindung Kategorie:Gift ja:アンモニア ms:Ammonia simple:Ammonia

Kompostierung

Unter Kompostierung oder Rotte versteht man die Zersetzung organischen Materials durch Destruenten (Mikroorganismen, Regenwürmern, Asseln und anderen Kleintiere). Das Endprodukt dieses Vorganges nennt man Kompost (lat. componere, zusammensetzen). Kompost ist ein wichtiger Bestandteil der oberen Bodenschichten. Sein wichtigster Bestandteil ist Humus. Er hat oft einen hohen Gehalt an Nährelementen. Kompost hat auch eine hohe Wasserspeicherkapazität, so dass Pflanzen Trockenperioden besser überdauern. Insgesamt ist fertiger Kompost ein hervorragendes Düngemittel und ein ausgezeichneter Bodenverbesserer. Die Kompostierung ist ein in der Natur unter Zufuhr von Sauerstoff (aerob) ablaufender Vorgang. Bei einem Mangel an Sauerstoff kommt es zur Fäulnis. Die sauerstoff-freie Art der Verrottung (anaerob) kann gezielt erzeugt werden, indem Grüngut in einen luftdichten Fermenter gegeben wird. In diesem wandeln Bakterien das Grüngut in Gärgut um, wobei sie als Stoffwechselprodukte insbesondere Methan abgeben. Dieses kann anstelle von Erdgas für den Antrieb von Fahrzeugen oder für Heizzwecke verwendet werden. Gärgut wird in der Regel aerob nachkompostiert.

Kontrollierte Kompostierung

anaerob Im Garten, in der Landwirtschaft und in der Abfallwirtschaft wird die Kompostierung gezielt eingesetzt, um organische Substanzen schnell und kontrolliert in Erde umzuwandeln. Durch geeignete Belüftung kann eine (auch aufgrund von Geruchsabgabe) unerwünschte Fäulnis verhindert werden. Ebenso wichtig ist ein geregelter Feuchtigkeitshaushalt. Der Kompost darf während des Kompostiervorgangs weder austrocknen noch zu nass sein. Durch Wärmeisolierung kann gemäß der RGT-Regel die Kompostiergeschwindigkeit erhöht werden (Thermokomposter). Auch die Mischung des Kompostierguts ist wichtig. Das Verhältnis von Stickstoff zu Kohlenstoff im Ausgangsmaterial muss ausgewogen sein, um den Mikroorganismen geeignete Nahrung zu bieten. Generell ist eine Mischung aus grünem Pflanzenmaterial und trockenem Pflanzenmaterial (z. B. Heu, Stroh), ggf auch stark zerkleinertes Astwerk und Tierstreu geeignet. Kaffeesatz lockt Würmer an und wirkt sich besonders positiv auf den Kompostiervorgang aus. Gekochte Speisereste oder Süßes im Kompost bergen die Gefahr, Ratten, Hunde oder Waschbären anzulocken. Kompost wird fälschlicherweise als Düngemittel bezeichnet. Richtig ist, daß er Mikroorganismen als Energiequelle dient. Aufgrund ihrer Lebensfunktion entstehen Stoffwechselprodukte, die höheren Pflanzen als Aufbaustoffe dienen. Die Kompostierung kann sowohl hauptsächlich durch Bakterien und Pilze erfolgen als auch vornehmlich durch Regenwürmer (z. B. in der