Toxische Eisenkonzentration in verschiedenen Bodenhorizonten? Analyse von Bodenproben aus dem Raum Fürth

Pre-University Paper , 2009 , 25 Pages , Grade: 1,3

Chemistry - Analytical Chemistry

Der deutsche Arzt Paracelsus behauptete 1538, alle Dinge seien Gift und allein die Dosis mache, dass etwas kein Gift sei.

Diese medizinische Grundregel hat bis heute nichts von ihrer Gültigkeit verloren. Im Gegenteil: In den letzten Jahrhunderten taten sich durch den Fortschritt der Medizin immer neue Felder auf, bei denen neue Heilmittel aus ursprünglich giftigen Stoffen entwickelt wurden. Dies lässt sich besonders anschaulich an Schlangengiften sehen, die auch als Basis für Medikamente und Gegengifte Verwendung finden. Doch nicht nur von vornherein „schädliche“ Stoffe, sondern auch „gute“ Stoffe können schädlich sein – je nachdem, wie konzentriert sie aufgenommen werden.

Eisen an sich ist für höhere Organismen ein essentielles Spurenelement. Besonders Pflanzen benötigen es für ihr Wachstum, für die Biosynthese von Proteinen, Enzymen und für die Synthese des grünen Blattfarbstoffs – dem Chlorophyll. Dieses ist die Voraussetzung für die Photosynthese, ohne die die gesamten Lebensvorgänge auf der Erde undenkbar wären. Essentiell bedeutet in der Biologie und Chemie, dass ein bestimmter Stoff nicht vom Organismus aus anderen Nährstoffen synthetisiert werden kann. Der Organismus muss sich dieses Spurenelement also von außen verschaffen, um überleben zu können. Dies geschieht bei Pflanzen ausschließlich über Wurzeln aus dem Boden.

Falls das Eisen nicht in ausreichender Konzentration zur Verfügung steht, führt dies bei Pflanzen zu typischen Mangelerscheinungen: die jungen Blätter verfärben sich gelb, werden fast weißlich und haben charakteristische grüne Blattadern. Auch wird das Wachstum der Pflanze und der jungen Blätter eingeschränkt. Im Gegensatz dazu wirkt Eisen in höheren Konzentrationen für den Pflanzenorganismus toxisch.

Diese Arbeit soll untersuchen, ob Paracelsus’ Grundsatz bezüglich des essentiellen Spurenelements Eisen auf Böden in Cadolzburg bei Nürnberg zutrifft und ob eventuelle Schädigungen bei Pflanzen zu befürchten sind.

Inhaltsverzeichnis

1 Eisen als essentielles Spurenelement ... 1

2 Grundlagen ... 3
2.1 Bodenaufbau ... 3
2.2 Chemische Eigenschaften des Bodens ... 4
2.3 Toxische Wirkung des Eisens auf die Pflanze ... 4
2.4 Bodenschätzung und Bodenzahlen ... 5

3 Analyse der Bodenproben ... 7
3.1 Probeentnahme ... 7
3.2 Beschreibung der Bodenproben ... 7
3.3 Der Eisentest ... 9
3.3.1 Herstellung der Eichlösungen ... 9
3.3.1.1 Versuchsvorbereitung ... 9
3.3.1.2 Versuchsdurchführung ... 10
3.3.1.3 Beobachtung ... 10
3.3.1.4 Auswertung ... 10
3.3.2 Bestimmung der pFe-Werte ... 12
3.3.2.1 Versuchsvorbereitung ... 12
3.3.2.2 Versuchsdurchführung ... 12
3.3.2.3 Beobachtung ... 12
3.3.2.4 Auswertung ... 12
3.3.3 Ermittlung der pH-Werte ... 15
3.3.3.1 Versuchsvorbereitung ... 16
3.3.3.2 Versuchsdurchführung ... 16
3.3.3.3 Versuchsergebnisse ... 16

4 Diskussion ... 17

5 Ausblick ... 19

Literatur ... 21

A Anhang [URL] ... 23

1 Eisen als essentielles Spurenelement

Omnia sunt venena, nihil est sine veneno. Dosis sola facit venenum¹
(Alle Dinge sind Gift und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist)²

- Paracelsus, 1492-1541

Diese medizinische Grundregel, die der deutsche Arzt Paracelsus in seiner „dritten defensio“ 1538 formulierte, hat bis heute nichts von ihrer Gültigkeit verloren. Im Gegenteil: in den letzten Jahrhunderten taten sich durch den Fortschritt der Medizin immer neue Felder auf, bei denen neue Heilmittel aus ursprünglich giftigen Stoffen entwickelt wurden.

Dies lässt sich besonders anschaulich an Schlangengiften sehen, die auch als Basis für Medikamente und Gegengifte Verwendung finden³. Aber Paracelsus hat richtig erkannt, dass nicht nur von vornherein „schädliche“ Stoffe, sondern auch „gute“ Stoffe schädlich sein können – je nachdem, wie konzentriert sie aufgenommen werden.

Eisen an sich ist für höhere Organismen ein essentielles Spurenelement. Besonders Pflanzen benötigen es für ihr Wachstum, für die Biosynthese von Proteinen, Enzymen und für die Synthese des grünen Blattfarbstoffs - dem Chlorophyll⁴. Dieses ist die Voraussetzung für die Photosynthese, ohne die die gesamten Lebensvorgänge auf der Erde undenkbar wären. Essentiell⁵ bedeutet in der Biologie und Chemie, dass ein bestimmter Stoff nicht vom Organismus aus anderen Nährstoffen synthetisiert werden kann. Der Organismus muss sich dieses Spurenelement also von außen verschaffen, um überleben zu können. Dies geschieht bei Pflanzen ausschließlich über Wurzeln aus dem Boden⁶.

Falls das Eisen nicht in ausreichender Konzentration zur Verfügung steht, führt dies bei Pflanzen zu typischen Mangelerscheinungen: die jungen Blätter verfärben sich gelb, werden fast weißlich und haben charakteristische grüne Blattadern. Auch wird das Wachstum der Pflanze und der jungen Blätter eingeschränkt⁷. Im Gegensatz dazu wirkt Eisen in höheren Konzentrationen für den Pflanzenorganismus toxisch⁸.

Die vorliegende Arbeit soll untersuchen, ob Paracelsus’ Grundsatz bezüglich des essentiellen Spurenelements Eisen auf Böden der näheren Umgebung zutrifft und ob eventuelle Schädigungen bei Pflanzen zu befürchten sind.

2 Grundlagen

Um die Auswirkungen des Eisens im Boden zu analysieren ist es nicht ausreichend, eine willkürliche Menge „Boden“ zu untersuchen und daraus Schlüsse zu ziehen. Eine fundierte Bodenuntersuchung⁹ setzt zum einen Kenntnisse über die Beschaffenheit des zu untersuchenden Bodens und zum anderen entsprechende Geräte voraus, damit z.B. auch Bodenproben aus größeren Tiefen entnommen werden kann. Deswegen soll zuerst einmal auf die theoretischen Grundlagen eingegangen, die notwendig sind um das System Boden besser zu verstehen. Da das Medium „Boden“ an sich aber sehr komplex ist, kann hier trotzdem nur auf die Grundlagen eingegangen werden, die zur Anfertigung der Bodenproben und der Bewertung der selbigen notwendig sind.

2.1 Bodenaufbau

Die Abbildung 2.1 zeigt ein Schema eines Bodenprofils. Dieses ist, wie an den Markierungen erkennbar, in verschiedene „Horizonte“ unterteilt, die jeweils entsprechende Funktionen und Eigenschaften¹⁰ aufweisen. A bezeichnet den Oberboden bzw. die Humusschicht, aus dem die meisten Pflanzen ihre Nährstoffe und auch das für die Photosynthese benötigte Wasser beziehen. Außerdem werden von hier vorhandene Stoffe, wie z.B Ton und Eisen in untere Schichten abgeführt. B bezeichnet den Unterboden, auch Verwitterungsschicht genannt, in dem sich Tonminerale und Eisenoxide anreichern, die aus dem A-Horizont durch entsprechende Niederschlagsverhältnisse eingespült werden. Daher lässt sich vermuten, dass in den B-Horizonten der zu untersuchenden Böden am meisten Eisen vorliegt. Dieser Horizont sorgt, je nach Grad seiner Verwitterung, für das Vorhandensein verschiedener Bodenarten. Horizont C steht letztlich für das anliegende mineralische Ausgangsgestein, das schon teilweise vom Grundwasserspiegel beeinflusst werden kann. Der organische Horizont O und die Streuschicht L spielen für die vorliegende Arbeit keine Rolle, seien aber der Vollständigkeit halber erwähnt.

[Dies ist eine Leseprobe. Graphiken und Tabellen sind nicht enthalten.]
Schema eines Bodenprofils mit Unterteilungen in verschiedene Bodenhorizonte

2.2 Chemische Eigenschaften des Bodens

Zwischen den festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteilen des Bodensystems finden die verschiedensten Reaktionen statt. Um die toxische Wirkung des Eisens besser zu verstehen, muss zuerst der Ionenaustausch und die damit verbundene Pufferfähigkeit des Bodens erläutert werden. Das Bodensystem besitzt fünf Pufferzonen, die in separaten pH-Bereichen liegen. Mit diesen Pufferzonen wird der pH-Wert in der jeweiligen Bodenschicht bei Einwirken einer Säure oder einer Lauge weitgehend stabil gehalten¹¹, was wiederum garantiert, dass es keine ständigen Schwankungen im Boden gibt, an die sich Pflanzen anpassen müssten. Das Problem aber ist, dass durch das „abpuffern“ des pH-Wertes immer auch die Puffersubstanzen (meist Salze oder Schwermetalloxide¹²) verbraucht und dadurch gleichzeitig Schwermetall- oder Salzionen freigesetzt werden. Unter der Annahme, dass dem Boden Säure bzw. Lauge hinzugefügt wird, wird der pH-Wert nur so lange auf einem Level gehalten bis die Puffersubstanzen dieses pH-Bereichs verbraucht sind, worauf der pH-Wert schlagartig bis zur nächstgelegenen Pufferzone abfällt bzw. steigt.

[...]

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¹ vgl. Wikipedia
² nach Aschner
³ vgl. bo
⁴ vgl. Kaim, Wolfgang/Schwederski, Brigitte: Bioanorganische Chemie. Zur Funktion chemischer Elemente in Lebensprozessen, S. 158/167
⁵ vgl. Wikipedia
⁶ nach Kaim/Schwederski: Bioanorganische Chemie, S. 168
⁷ vgl. Symptome von Eisenmangel
⁸ nach Kaim/Schwederski: Bioanorganische Chemie, S. 159
⁹ vgl. Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft
¹⁰ nach Huntemann, Volker - LK Geographie - Bodentypen
¹¹ nach Mortimer, Charles/Müller, Ullrich: Chemie. Das Basiswissen der Chemie, S. 303
¹² vgl. Barthels, Ulrich/Wilhelm, Knabe: Das Experiment. Der Eisentest im Waldboden, S. 132 (Tabelle)

• Grade: 1,3
• Author: Patrick Kastner (Author)
• Publication Year: 2009
• Pages: 25
• Catalog Number: V304370
• ISBN (eBook): 9783668030305
• ISBN (Book): 9783668030312
• Language: German
• Tags: Chemie, Eisen, Eisentest, Spurenelement, Eisenkonzentration, Boden, Bodenhorizont, Toxizität, Horizont