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Tonminerale – Definition
„Tonminerale sind in der Regel plättchenförmige Kristalle. Sie gehören zu der Gruppe der Schichtsilikate und haben einen Durchmesser von kleiner 2 μm. […] Alle Tonminerale sind OH- bzw. wasserhaltige Silikate, die hauptsächlich Aluminium- Eisen-, Magnesium- und Kaliumionen regelmäßig im Schichtgitter eingebaut haben.“ (Stahr et. al. 2016, S. 48)
Tonminerale – Eigenschaften
Tonminerale weisen einen regelmäßigen Aufbau aus Siliziumtetraeder– und Aluminiumoktaederschichten auf und verhalten sich in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen gerichtet. Dabei ändern sich auch die chemischen und physikalischen Eigenschaften (Ludger 2018).
So besitzen Tonminerale infolge der Aufnahme bzw. Abgabe von Flüssigkeiten die Fähigkeit, zu quellen bzw. zu schrumpfen.
Bildquelle: Verändert nach By Solid State (own drawing, created with Diamond 3.1) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons
Außerdem besitzen Tonminerale große spezifische Oberflächen und sind aufgrund der Fähigkeit, Ionen aus der Bodenlösung in austauschbarer Form zu adsorbieren, gemeinsam mit der organischen Substanz von großer Bedeutung für den Ionenaustausch im Boden (Glawion et. al. 2009).
Nach ihrem Kristallaufbau unterscheidet man Zwei- Drei- und Vierschichttonminerale.
Tonminerale – Bildung
Für die Entstehung von Tonmineralen gibt es prinzipiell drei verschiedene Wege:
- Neubildung: primäre Silikate werden bis in die Bausteine aufgelöst. Im wässrigen Milieu bilden sich neue Silikatschichten, welche neue Tonminerale bilden
- Umwandlung: aus Glimmer (hat bereits als primäres Mineral die Dreischichtstruktur) entsteht ein Tonmineral
- Transformation: ein Tonmineral transformiert sich in ein anderes
2-Schicht-Tonminerale
In Zweischichttonmineralen wiederholen sich regelmäßig Tetraeder- und Oktaederschichten. Ihre Entstehung ist durch große Verwitterungsintensität begünstigt.
Zwischen den einzelnen Schichtpaketen besteht ein recht geringer Abstand, da sich Wasserstoffbrücken ausbilden, welche einen relativ engen Zusammenhalt aufweisen. Durch diesen geringen Zwischenraum ist kaum Sorbtion von anderen Ionen und Molekülen möglich. Sie können daher nicht quellen.
Böden, in denen Zweischichtminerale dominieren, besitzen nur eine geringe Austauschfähigkeit für Ionen, da die Anlagerung nur in den Außen- oder Spaltflächen möglich ist und die inneren Oberflächen nicht zugänglich sind. Dies wirkt sich negativ auf die Ertragsfähigkeit aus.
Beispiele für 2-Schicht-Tonminerale sind Kaolinit und Halloysit.
Bildquelle: James St. John https://bit.ly/2lj1NRY
3-Schicht-Tonminerale
In Dreischichttonmineralen sind die Oktaederschichten zwischen zwei Tetraederschichten eingelagert. Sie entstehen bei nicht zu intensiver Verwitterung.
Es besteht keine Wassserstoffbrückenbildung. Daher sind die Zwischenräume größer und Sorbtion- sowie Quellmöglichkeiten gegeben.
Die Ionen aus den einzelnen Schichten sind am Rand austauschbar. Daher weisen Dreischichtminerale eine höhere Austauschkapazität als Zweischichtminerale auf. Die Böden sind also fruchtbarer.
Beispiele für 3-Schicht-Minerale sind Illit, Vermiculit sowie Montmorillonit.
4-Schicht-Minerale
Bei Vierschichtmineralen besteht ein Schichtpaket aus zwei Tetraeder- und zwei Oktaederschichten. Sie entstehen zum Beispiel in relativ sauren Böden aus Dreischichtmineralien.
Da sich jeweils eine Oktaeder- und eine Tetraederschicht gegenüber liegen, besteht ein großer Zusammenhalt und nur ein enger Zwischenraum. Sie sind daher nicht quellbar.
Quellen
Herrmann, Ludger (2018): Bodenkunde Xpress. Stuttgart.
Semmel, A. (1992): Grundzüge der Bodengeographie. Wiesbaden.
