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Lexikon der Geographie: Substrateigenschaften

Substrateigenschaften, Eigenschaften, insbesondere physikalische und chemische, der oberflächennahen Materialien. Die Bestimmung der einzelnen Substrateigenschaften wird wie folgt durchgeführt: a) Die Korngröße wird für die einzelnen Korngößenklassen mit unterschiedlichen Verfahren bestimmt: direkte Messung an Grobkomponenten, Siebung von Sand und indirekte Bestimmung meist mithilfe der Sinkgeschwindigkeit (Pipetieren) bei Schluff und Ton. b) Die Partikelform kann visuell beschrieben werden, präziser sind Messungen unter dem Mikroskop (evtl. Rasterelektronenmikroskop (REM) oder Schablonen bei Steinen). c) Ausrichtung der Partikel im Raum, die z.B. durch Messung der Einregelung oder Bestimmung des Gefüges bestimmt wird. d) Masse und Lagerungsdichte werden durch Wiegen und Messen des Volumens in natürlicher Lagerung, z.B. durch Ermittlung der Wasserverdrängung, gewonnen. Nach Bestimmung des spezifischen Gewichts lässt sich die Porosität des Substrats ermitteln. Die Porenverteilung muss durch mikroskopische Methoden bestimmt werden. e) Wasserleitfähigkeit und Infiltrationskapazität bestimmen den Wasserhaushalt eines Substrats. Sie können im Labor mit Durchflussversuchen bestimmt werden. Die wesentlich aussagekräftigere Bestimmung im Feld ist aufwändiger und wird mit künstlichen Wassergaben und deren Versickerungsgeschwindigkeit auf einer definierten Fläche (Permeameter), Druckmessungen im Substrat (Tensiometer) oder Auffangbehältern erzielt. f) Wassergehalt und Saugspannung (negativer Druck, mit dem Wasser in den Poren des Substrats zurückgehalten wird) werden durch Ofen-Trocknung bzw. Tensiometer oder TDR-Sonden erfasst. g) Die spezifische Oberfläche ist die Oberfläche der Partikel, bezogen auf die Masse, und beeinflusst das physikochemische Verhalten der Partikel im Sediment. Sie wird am einfachsten mit Flüssigpermeametern oder durch Gasadsorption bestimmt. h) Von Bedeutung für viele geomorphologische Prozesse ist die Materialfestigkeit. Im Gelände einfach zu bestimmen sind die Konsistenzgrenzen (fest, brüchig, plastisch, flüssig, abgegrenzt durch Schrumpf-, Ausroll- und Fließgrenze). Zur Messung gibt es zahlreiche Verfahren (Penetrometer, Hammertest, Scherkasten, Triaxialzelle), die z.T. aus der Ingenieurgeologie stammen. i) Der pH-Wert wird mit dem pH-Meter in Wasser oder CaCl 2 gemessen. j) Elementkonzentrationen, die z.B. über Verwitterungsvorgänge im Substrat Aufschluss geben, werden im Feld mit ionenselektiven Elektroden oder im Labor mit Photometrie oder Atomabsoptionsspektrometrie bestimmt. k) Die mineralische Zusammensetzung ist z.B. für Stabilitätsabschätzungen oder zur Beurteilung von Verwitterungsvorgängen von Bedeutung. Bei Tonmineralen wird sie durch Röntgenbeugung, Röntgenfluoreszenz oder mit dem REM zumindest semi-quantitativ ermittelt. Größere Mineralkörner können einzeln mit dem Polarisationsmikroskop anhand ihrer optischen Eigenschaften oder mit der Mikrosonde in ihrer Elementzusammensetzung bestimmt werden.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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