Holzforscherheft Österreich

Leuchtende

Füße, heiße

Rutschpartien

und saugende

Fantasietiere!

IdeengeberInnen und AutorInnen

Prof. Hans Eck, MA

Unterrichtet Fachdidaktik für Naturwissenschaften am Institut für

Professionalisierung in der Elementar- und Primarpädagogik an der

Pädagogischen Hochschule Steiermark und ist Lehrender bei den

Universitätslehrgängen „Pädagogik und Fachdidaktik für LehrerInnen-Naturwissenschaften

in der Grundschule und in der Sekundarstufe“,

Universität Klagenfurt. „Alles was in der realen Welt des Experimentierens

passiert, kommt der kindlichen Aufnahmefähigkeit

sehr entgegen. Das Experiment bietet dadurch die Möglichkeit eines

kindgerechten Zugangs zu naturwissenschaftlichem Denken. Das

spannende Thema „Holz und seine Eigenschaften“ fordert zu einer

Fülle von faszinierenden Experimenten auf.“

Kontakt: hans.eck@ainet.at

Dr. rer. nat, DI Birgit Pudelski

Als Team-Mitglied von proHolz Steiermark ist Birgit Pudelski das

direkte Bindeglied zwischen der Forst- und Holzwirtschaft und den

Schulen und Kindergärten. Sie arbeitet mit großem Engagement

mit den Kindern, Jugendlichen und PädagogInnen und bringt ihnen

bei Workshops, Fortbildungen oder bei Veranstaltungen das Thema

Wald und Holz näher. Als passionierte Biologin und Naturwissenschaftlerin

bringt sie ihre Leidenschaft für das Experimentieren und

Forschen in das Holzforscherheft ein.

Kontakt: pudelski@proholz-stmk.at

Mag. Petra Seebacher

Petra Seebacher ist vom ersten Tag an als Mitarbeiterin von proHolz

Steiermark bei der Initiative „Holz macht Schule“ mit dabei. Als aktive

Netzwerkerin ist sie Drehscheibe zwischen den pädagogischen

Institutionen, Ausbildungsstätten und den Holzbetrieben. Unter

ihrer Federführung wurde die Österreich weit erste Neue Mittelschule

mit Holz-Schwerpunkt in Graz gegründet, weiters entstanden

in Kooperation mit der Pädagogischen Hochschule Steiermark

zahlreiche Lehrmittel, die von den Bildungseinrichtungen bestens

angenommen werden.

Kontakt: seebacher@proholz-stmk.at

Impressum: Holzexperimente Forscherheft. Erscheinungsort Graz, 2. Auflage 2019.

Herausgeber: proHolz Steiermark, Reininghausstraße 13a, 8020 Graz, T +43(0)316/587850,

office@proholz-stmk.at, www.proholz-stmk.at, Geschäftsführung: g. Doris Stiksl.

Redaktion: Mag. Petra Seebacher, Prof. Hans Eck, MA, Dr. Birgit Pudelski

Layout: design your dream. Illustration: Taska Grafik Egger & H fbauer OG. Herstellung: Medienfabrik.

Alle Rechte, insbesondere die Übernahme von Beiträgen nach Urheberrechtsgesetz, sind vorbehalten.

Fotonachweise: Österreichische Bundesforste: S. 8, S. 24 . Helmut Lunghammer: S. 9, S. 10, S. 14 unten, S. 15, S. 18, S. 21, S. 30, S. 31,

S. 33, S. 34, S. 37, S. 42, S. 47, S. 48, S. 49, S. 51, S. 52, S. 54, S. 56, S. 58, S. 59, S. 63, S. 71 . Privat: S. 8 unten, S. 10, S. 11, S. 26 . pierer.

net: S. 14 oben . fotolia: Cover, S. 27 . ÖFM Stübing: S. 67 unten rechts . Sappi Austria: S. 76 oben rechts . proHolz Austria: S. 74, S. 75

Vorwort

» Warum verliert eine Lärche als

einziger Nadelbaum im Winter die Nadeln?

» Warum ist eine Palme kein Baum?

» Warum bricht eine Holzleiste,

wenn man sie mit zu viel Kraft biegt?

» Warum darf man einen Holzboden

nie mit zu viel Wasser aufwischen?

» Warum ist die Schaukel aus Lärchenholz gebaut?

» Können Bäume auch schwitzen?

FRAGEN DIR DEINE SCHÜLERINNEN

AUCH LÖCHER IN DEN BAUCH?

Uns geht es genau so! Wir AutorInnen haben in den letzten Jahren

unzählige Kinder, Jugendliche und PädagogInnen mit Workshops

und Fortbildungen rund um Wald und Holz begleitet. Dabei triff

man auf Fragen, die immer wieder gestellt werden. Um diese

Fragen wirklich gut beantworten zu können, ist aber ein Hintergrundwissen

notwendig, das in der passenden Art und Weise noch

nicht für SchülerInnen der Volksschulen bzw. der Sekundarstufe I

aufbereitet wurde.

Also haben wir beschlossen, ein solches Kompendium in Form des

„Holzforscherheftes“ zu erstellen. Ziel ist, den Kindern und Jugendlichen

die Vielseitigkeit von Holz näher zu bringen, und sie anzuregen,

Wald und Holz im wahrsten Sinne des Wortes zu „begreifen“.

Wir wünschen viel Spaß beim Lesen, Forschen und Experimentieren

und freuen uns, wenn du uns deine Anregungen und Erfahrungen

weitergibst. Unsere Kontaktdaten findest du nebenan

Prof. Hans Eck, MA Dr. rer.nat. Birgit Pudelski Mag. Petra Seebacher

KapiteL 1

08 Was ist eigentlich ein Wald?

Wie kommt ein Baum in den Wald?

Wie wächst ein Baum?

09 Warum wachsen Bäume nicht

unendlich in den Himmel?

Wann ist ein Baum ein Baum?

10 Welche Arten von Bäumen gibt es?

Warum verlieren Bäume ihre Blätter?

11 Warum braucht ein Baum Wurzeln?

12 Wie sieht ein Baum von innen aus?

14 Sieht das Holz von jedem Baum gleich aus?

15 Hat jeder Baum Jahresringe?

16 Wie trinkt der Baum?

KapiteL 1I

20 AUS WAS BESTEHT HOLZ?

Versuch: Wir bauen eine Zellwand aus Knete

22 EINE REISE DURCH DAS HOLZ

KapiteL 1II

26 WIE WALD UND HOLZ

UNSER KLIMA BEEINFLUSSEN

28 FOTOSYNTHESE

29 Versuch: Die atmenden Blätter

31 Versuch: Wie atmet ein Baum?

32 Versuch: Warum ist es im Wald kühler

als in der Stadt?

KapiteL 1V

36 ZUGFESTIGKEIT

Versuch: Hält Holz was es verspricht?

38 DRUCKFESTIGKEIT UND HÄRTE

Versuch: Warum können ganze Städte

auf Holzpfählen gebaut werden?

40 Versuch: Wie hart kann Holz eigentlich sein?

42 QUELLEN UND SCHWINDEN

Versuch: Warum arbeitet Holz?

45 Versuch: Ein Feuchtigkeitsmesser aus Furnier

47 Versuch: Zündholzstern und Zahnstocherkäfer

50 BIEGEN

Versuch: Holz in Wasser kochen

51 Versuch: Der Zauber des Wasserdampfs

53 Versuch: So kommt Holz ins Schwitzen

55 ELEKTRISCHE LEITFÄHIGKEIT

Versuch: Warum hatten Schraubenzieher

früher einen Holzgriff?

57 ELEKTROSTATIK

Versuch: Stäbe aus Holz mit

elektrischen Kräften bewegen

59 Versuch: Ein Holzrad ohne Berührung bewegen

60 WÄRMELEITFÄHIGKEIT UND

LUFTDURCHLÄSSIGKEIT

Versuch: Wer kann sich am längsten

auf der Rutsche halten?

62 Versuch: Eine (Schaum)Krone für das Holz

64 BRANDVERHALTEN

65 Versuch: Der kleinste Holzkohlenmeiler der Welt

68 Versuch: Wo steckt Kohlenstoff drin?

70 HÖLZER UND IHRE BESONDEREN

EIGENSCHAFTEN

Versuch: Die geheimnisvolle Rosskastanie

72 Der Weg des Holzes

74 Berufe und Ausbildungsmöglichkeiten

So arbeitest du

mit diesem Heft!

1. Neue, spannende Fakten

rund um Wald und Holz entdecken!

Lies unbedingt zuerst Kapitel I (Allgemeines rund um Wald

und Holz), Kapitel II (Holz und Klimaschutz) und Kapitel III

(Ab in die Zelle) durch. Diese Inhalte sind notwendig, um

die Hintergründe der Experimente zu verstehen.

Nähere Informationen zu den einzelnen Themenbereichen

und Experimenten haben wir für dich im Internet

unter www.holzmachtschule.at zusammengestellt.

2. Experimentieren und forschen

Führe die für dich und deine SchülerInnen interessanten

Experimente durch. Eine genaue Anleitung findest du in

diesem Heft im Kapitel IV „Experimentieren“.

Weiterbilden

Die Holz-Experimente sind immer wieder Inhalt

von Fortbildungen an verschiedenen Pädagogischen

Hochschulen. Die aktuellen Termine findest du i

PH-online bzw. unter www.holzmachtschule.at.

Fragen

Die AutorInnen stehen natürlich für deine Fragen

zur Verfügung! Schreibe uns einfach ein kurzes Mail

und wir werden dich gerne unterstützen!

KapiteL 1

… wie die Jahresringe

bei Bäumen entstehen?

… warum Bäume im

Winter nicht abfrieren?

... ob ein Baum auch eine

Lunge zum Atmen hat?

… warum ein Baum

nicht unendlich hoch

wachsen kann?

… warum die Lärche als einziger Nadelbaum

im Winter die Nadeln verliert?

… ob jeder Baum

gleich schnell trinkt?

… ob man aus einem Baum wirklich

Trinkwasser abzapfen kann?

Was ist eigentlich ein Wald?

Spannendes rund um

WÄlder und bÄume

Rechtlich gesehen ist ein Wald eine mit

Waldbäumen bewachsene Fläche, die über

1.000 m² groß und durchschnittlich mindestens

10 m breit ist (unabhängig von Grundstücksgrenzen).

Wie kommt ein Baum

in den Wald?

Bäume werden unter anderem von WaldbesitzerInnen

oder FörsterInnen gezielt gepflanzt

oder wachsen aus Samen, die von anderen

Waldbäumen auf die Erde fallen (diese

Methode wird „Naturverjüngung“ genannt).

Auch Vögel und andere Waldtiere verbreiten

Samen von Bäumen – zum Beispiel wenn sie

Wintervorräte anlegen oder Samen fressen

und wieder ausscheiden.

Wer einen Wald aufforstet, also neue Bäume

setzt, trägt eine große Verantwortung. Bäume

die heute gesetzt werden, ernten unsere Enkel

oder Urenkel. Die Frage ist: Welche Bäume

werden in 100 Jahren in unseren Breitengraden

wachsen, wenn sich das Klima weiterhin

so rasant verändert?

Dank der Tiere können sich Bäume

auch hangaufwärts natürlich vermehren

(zum Beispiel durch den

Tannen- oder Zirbelhäher). Sonst

würden die Samen ja nur hangabwärts

fallen und dort für neue

Bäume sorgen.

Wie wächst ein Baum?

Frage: Wenn ein Schild in der Höhe von

1,5 m an einen Baumstamm gehängt wird,

wie hoch hängt es in 10 Jahren?

Immer noch in 1,5 m Höhe, da Bäume an

den Spitzen in die Höhe wachsen, der Stamm

wird jedes Jahr dicker. Sicher kennst du einen

Baum, in den Buchstaben oder Symbole eingeritzt

sind. Beobachte: Ein eingeritzter Buchstabe

ist mit den Jahren unförmiger und „breiter“

geworden, aber noch immer auf gleicher

Höhe.

Warum wachsen Bäume nicht

unendlich in die Höhe?

Bäume brauchen zum Wachsen unter anderem

Wasser. Das Wasser wird vom Baum mit

den Wurzeln aus dem Boden entnommen

und Richtung Baumspitze transportiert. Je

größer der Baum wird, desto schwieriger ist es,

die Spitze gegen den Luftdruck mit Wasser zu

versorgen - ähnlich, wie wenn man aus einem

mehrere Meter langen Schlauch versucht,

Wasser anzusaugen. Je länger der Schlauch

ist, desto schwieriger wird es – das kann auch

mit den SchülerInnen ausprobiert werden.

Sobald die Versorgung mit Wasser nicht mehr

ausreichend gegeben ist, hört der Baum auf

in die Höhe zu wachsen.

Wann ist ein Baum ein Baum

und wie unterscheidet er sich

von anderen Pflanzen?

Bäume bestehen grundsätzlich aus einer

Wurzel, einem Stamm und einer Krone. Der

Stamm verholzt und wird jedes Jahr dicker.

Nur Bäume machen ein sekundäres Dickenwachstum.

Der Stamm ist besonders stabil

und widerstandsfähig gegen Wind und Wetter,

Krankheiten und Tiere (Schäden durch

Wild, Insekten etc.).

Eine Palme ist kein Baum, auch wenn

sie mehrere Meter hoch ist! Der

Stamm besteht aus den fest gewickelten,

abgestorbenen Blättern und wird

nicht dicker sondern nur länger. Das

für Bäume typische „Verholzen“ und

das sekundäre Dickenwachstum fehlt.

Wenn ein Baum so

widerstandsfähig ist,

wieso müssen kleine Bäume

beim Setzen dann

geschützt werden?

Nur der Stamm verholzt, die jungen Triebe,

deren Spitzen sich noch im Wachstum befinden,

sollen nicht stabil sein, sondern ganz

schnell wachsen und biegsam sein. Sie sind

voll mit Inhaltsstoffen, die Tiere besonders

schmackhaft finden (siehe Wildverbiss am

Foto nebenan). Sobald die Baumspitze über

der „Verbisshöhe“ (ca. 1,30 m) ist, ist kein

Schutz gegen Wildverbiss mehr nötig.

Allgemein

Welche Arten von Bäumen gibt es?

Es gibt zwei große Gruppen von Bäumen:

Laub- und Nadelbäume

Sie unterscheiden sich durch ihre Blätter bzw.

Nadeln und den Aufbau ihres Holzes.

Eine Ausnahme ist der Gingko. Er hat weder

Nadeln, noch Laubblätter. Er ist der einzige

Baum mit Gabelblättern. Laubbäume verlieren

im Herbst ihre Blätter, Nadelbäume behalten

ihre Nadeln mehrere Jahre lang. Im

Gebirge sogar bis zu 20 Jahre. Ausnahme: Die

Lärche verliert jedes Jahr ihre Nadeln.

Warum verlieren Laubbäume ihre Blätter?

warum behalten Nadelbäume ihre Nadeln?

UND: Warum wirft die Lärche ihre Nadeln ab?

Unterschiedliche „Atmung“

Bei uns ist im Winter der Boden gefroren. Es ist

daher kaum Wasser verfügbar. Die Tage sind

sehr kurz und die Sonne scheint oft gar nicht.

Blätter sind in der Regel größer und weicher

als Nadeln. Das heißt, sie haben eine größere

Oberfläche, auf der Wasser verdunstet und

sie sind empfindlicher gegen Frost. Nadeln

sind kleiner und härter. Das liegt zum einen

am Aufbau (Festigungsgewebe), zum anderen

an einer Wachsschicht, der sogenannten Cuticula,

auf der Oberfläche der Nadel. Die Spaltöffnungen

der Nadeln und Blätter, über die

der Baum atmet, sind bei Nadeln in der Cuticula

versenkt. So sind sie vor Wind und Frost

geschützt. Bei Blättern von Laubbäumen fehlt

dieser Schutz, gleich wie bei den Nadeln der

Lärchen. Ihre Nadeln sind relativ dünn, eher

wie Laubblätter (nicht so dick, wie eine Tannen-,

oder Fichtennadel). Deshalb verliert die

Lärche ihre Nadeln im Winter.

Im Sommer haben Laubbäume große Vorteile,

da ihre leichten und großen Blätter mehr

Sonnenlicht aufnehmen und energiereiche

Stoffe speichern können als die kleinen Nadeln

(siehe Fotosynthese S. 28). Im Herbst

werden diese Stoffe in den Baumstamm gezogen

und die Blätter fallen ab, um den Baum

vor dem Erfrieren zu schützen.

Der Baum atmet über Spaltöffnungen a

der Blatt- bzw. Nadelunterseite

Blätter von Laubbäumen in sehr heißen Ländern (z.B. die klassischen Hartlaubgewächse)

haben ebenfalls eine dicke Cuticula (schützende Wachsschicht), da sich die

Bäume vor Hitze genauso schützen müssen wie vor Kälte. Da es in diesen Ländern

meist keine Jahreszeiten gibt, wie bei uns, verlieren diese Bäume ihre Blätter auch

nicht. Das System ist das gleiche wie bei unseren Nadelbäumen.

Duftende ätherische Öle als Frostschutz

Nadeln haben neben der Schutzschicht besondere

Stoffe, z.B. Alkohole (Glykol) und ätherische

Öle, die sie vor dem Erfrieren schützen.

Sie sind außerdem dank viel Festigungsgewebe

sehr stabil. Deshalb erfrieren Nadelbäume

auch mit Nadeln im Winter nicht.

Die selben Stoffe, die unsere

Christbäume so gut duften lassen,

helfen, dass die Nadeln im Winter

nicht erfrieren!

Warum braucht ein Baum Wurzeln

und sieht jeder Baum unter der Erde gleich aus?

Wurzeln haben zwei wichtige Aufgaben: Sie

befestigen einen Baum und sie nehmen Wasser

und Nährstoffe aus dem Boden auf

Bäume haben unterschiedliche Wurzelsysteme.

Diese bestimmen ob ein Baum ein Tief-,

Flach- oder Herzwurzler ist. Das bedeutet, je

nach Art bilden Bäume entweder die Wurzeln

knapp unter der Erdoberfläche, um Niederschläge

schnell aufnehmen zu können (Flachwurzler

– zum Beispiel die junge Fichte), oder

sie bilden tiefe Pfahlwurzeln, um Wasser in

tieferen Schichten des Bodens erreichen zu

können (Tiefwurzler – zum Beispiel die Eiche).

Die meisten Bäume bilden früher (z.B. die Linde)

oder später (z.B. die Fichte) eine Mischung

der Systeme aus (Herzwurzler). Das Wurzelsystem

ist stark vom Standort abhängig. Bei

wenig Niederschlägen und starkem Wind ist

ein tiefes Pfahlwurzelsystem von Vorteil (zum

Beispiel bei Zirben in extremen Hochgebirgslagen),

bei regelmäßigen Niederschlägen in

windstillen Lagen profitieren flache Horizontalwurzelsysteme.

BEISPIELE FÜR WURZELSYSTEME

Flachwurzler (junge Fichte) Herzwurzler (Linde) Tiefwurzler (Eiche)

Deshalb sind Fichtenwälder so besonders

anfällig in Bezug auf die Stürme

der letzten Jahre. Junge Fichten bilden

flache Wurzelsysteme aus, erst im Alter

wachsen die Wurzeln tiefer. Wer hat

nicht schon beim Spazierengehen eine

ganze Wurzelscheibe mitsamt Teilen des

Waldbodens aufragen sehen? Das ist ein

Grund dafür, dass die Fichte heute fast

nicht mehr als „Monokultur“ (reine Fichtenwälder)

sondern als Mischwald (verschiedene

Baumarten) angebaut wird.

Allgemein

Wie sieht ein Baumstamm von innen aus?

Wenn man sich den Querschnitt eines Baumstammes ansieht,

so ist der prinzipielle Aufbau immer gleich:

Von außen nach innen

1. Borke: Sie besteht aus totem Gewebe

und schützt den Baum vor Tieren, Keimen,

Wind und Wetter. Sie ist die äußerste Schicht

der Rinde.

2. Bast: Diese Schicht ist der Transportbereich

für die energiereichen Stoffe (meist Zucker),

die bei der Fotosynthese in den Blättern

und Nadeln gebildet werden und bis in die

Wurzeln gelangen müssen.

3. Kambium: Es dient der Zellteilung. Hier,

in dieser kleinen Schicht zwischen Bast und

Holz, bildet der Baum seine neuen Zellen, um

jedes Jahr um einen weiteren „Jahresring“ in

die Breite zu wachsen.

4. Splintholz: Es dient dem Wassertransport.

Spezielle Gefäße transportieren das

Wasser von den Wurzeln in den gesamten

Baum.

5. Kernholz: Es dient der Stabilisierung

und schützt den Baum vor Zersetzung. Im

Kernholz wird kein Wasser mehr transportiert.

In den Leitungsbahnen befindet sich nun Luft.

Sie werden je nach Baumart oft verschlossen

damit sie unempfindlicher und noch stabiler

werden. Nicht jede Baumart bildet echtes

Kernholz, in dem kein Wassertransport mehr

stattfindet, aus (echte „Verkerner“ sind zum

Beispiel die Lärche, die Eiche, bestimmte Kiefernarten

oder die Edelkastanie).

Deshalb sterben Bäume ab, deren Rinde (also eigentlich deren Bast) rund um den

Stamm abgeschält wurde. Es ist nicht mehr möglich, dass die energiereichen Stoffe,

die bei der Fotosynthese gebildet werden, in die Wurzeln gelangen. Wurzelwachstum

und Wasseraufnahme sind nicht mehr möglich. Ohne Zucker in den Wurzeln

verdurstet der Baum und stirbt. Große Verletzungen der Rinde bewirken auch,

dass Keime in das Leitungsgewebe eindringen können.

Stamm/Querschnitt

Kernholz

Splintholz

Markstrahlen

Mark

Kambium

Bast

Borke

jahresring

Jahresringgrenze

Frühholz

Spätholz

Wasser

oder Luft

Zelle

Allgemein

Deshalb fressen Wildtiere besonders gerne die

Rinden von jungen Bäumen ab. Die Borke ist als

Schutzschicht noch nicht dick genug und im Bast

befinden sich viele schmackhafte Stoffe. Das ist

wie „Schokolade“ für Wildtiere.

Deshalb werden Bretter, die im Außenbereich

eingesetzt werden, oft aus Kernholz geschnitten.

Es ist besonders stabil, nimmt kaum mehr Wasser

auf und quillt deshalb nicht so stark wie Splintholz

(siehe das Experiment zum Thema „Quellen,

Schwinden“ S. 42). Darum werden Holzarten mit

einem großen und dunklen „Holzkern“ wie zum

Beispiel Lärche oder bestimmte Kiefernarten für

Fassaden, Spielplätze oder sonstige Holzprodukte

im Freien verwendet.

Sieht das Holz von jedem Baum gleich aus?

Nein - es sind deutliche Unterschiede zu erkennen. Holz hat die unterschiedlichsten Farben. Die

Jahresringe sind deutlich oder kaum zu erkennen. Es gibt Einschlüsse, viele oder wenige Äste,

Markstrahlen, Harzkanäle und vieles mehr.

Furnierstücke verschiedener Holzarten

Hat jeder Baum Jahresringe und wie entstehen sie?

Jahresringe (siehe S. 13) entstehen durch

eine Abfolge von Wachstum und Ruhephase.

Im Frühjahr wächst der Baum schnell. Er

bildet große Zellen mit dünnen Zellwänden

– das Holz ist hell (Frühholz). Im Sommer beginnt

er mit der Einlagerung von Nährstoffe

und dem Aufbau von Schutz gegen Kälte und

Schädlingen – dieses Holz ist dunkler (Spätholz).

Pro Jahr entsteht ein Jahresring, darum

kann man anhand der Jahresringe das Alter

eines Baumes bestimmen.

In Ländern mit gleichbleibendem

Jahresklima (ohne Hitze- / Kälteperioden)

haben Bäume auch keine

typischen Jahresringe wie bei uns.

was kann eine baumscheibe erzählen?

Anhand einer Baumscheibe können wir herausfinden,

was mit einem Baum im Laufe

seines Lebens passiert ist. Zuerst kann an der

Anzahl der Jahresringe das genaue Alter des

Baumes ermittelt werden. Die Farbe, der Geruch

und die Maserung geben Aufschluss darauf,

um welche Baumart es sich handelt. Wie

ging es dem Baum? Hatte er genug Luft, Licht

und Wasser zum Wachsen? Auch Klimaveränderungen

kann man an Scheiben von alten

Bäumen nachverfolgen – dicke Jahresringe

bedeuten gute, nahrhafte Jahre; dünne Ringe

das Gegenteil. Hat ein Tier daran geknabbert,

gab es ein Feuer oder einen Steinschlag?

Ist ihm auf einer Seite ein anderer Baum zu

nahe gekommen, so dass er keine Äste bilden

konnte?

So genannte „DendrochronologInnen“ beschäftigen

sich mit der Jahrringforschung.

Dank dieser Wissenschaft kann zum Beispiel

anhand von verbauten Holzbalken herausgefunden

werden, wann alte Gebäude errichtet

oder renoviert wurden (das hat u. a. mit der

Struktur der Jahresringe zu tun).

Kranke Bastschicht

Krankes Kambium

Beginn der Krankheit

Ast

Der Baum stand in

Hanglage, darum sind hier

die Jahresringe enger

Baumscheibe eines abgestorbenen Marillenbaumes

Allgemein

Wie trinkt ein Baum und kann ich aus einem

Baum wirklich Wasser abzapfen?

Wasser fließt normalerweise immer vom höchsten Punkt nach unten.

ABER: Nicht in Bäumen – hier ist es umgekehrt! Der Baum muss ja das Wasser

aus der Erde über den Stamm nach oben zu den Blättern oder Nadeln bringen.

Dabei bedienen sich die Bäume einiger Tricks:

Wasser wird über die Wurzeln aus dem Boden

in den Baum transportiert. Der Motor für

die Aufnahme ist der positive Wurzeldruck

(Osmose).

Im Splintholz des Stammes sind sogenannte

Leitungsbahnen, die Wasserteilchen von

unten nach oben bis in die Blätter und Nadeln

verteilen. Auf der Unterseite der Blätter

und Nadeln sind kleine Öffnungen (Spaltöffnungen

oder Stomata genannt), über die der

Baum atmet. Wind und Sonneneinstrahlung

bewirken, dass die Wasserteilchen an diesen

Öffnungen auf den Blatt- und Nadelunterseiten

verdunsten. Dabei „ziehen“ sie immer

mehr Wasserteilchen aus den Leitungen nach.

Es entsteht ein Sog, wie bei einem Trinkhalm

(siehe Versuch: Verdunstung und Atmung

S. 29 ff). Bei großer Hitze und Trockenheit

schließt der Baum seine Öffnungen und kann

sich so vor dem Austrocknen schützen.

Unterstützt wird dieser Vorgang durch die

sogenannte Kapillarwirkung: Eine spezielle

Eigenschaft von Wasser ist, dass es in sehr

engen Röhren nach oben „klettern“ kann, bis

das Gewicht der Wassersäule mit der Fähigkeit

von Wasser sich „festzuhalten“ im Gleichgewicht

steht.

In Überlebensfilmen zapfen Menschen immer wieder Bäume an, um daraus zu

trinken. Wenn es einem gelingt den Wasserstrom, den der Baum erzeugt, abzuzweigen,

fließt das Wasser direkt heraus. Ganz deutlich ist das auch zu sehen,

wenn an einem gesunden Baum im Frühjahr ein Ast abgeschnitten wird. An der

Schnittfläche bilden sich Wassertropfen, teilweise fließt es richtig heraus. Da

nach dem Absägen des Astes allerdings der Sog der Blätter fehlt, ist dieser Effekt

nur kurz zu beobachten. Bei manchen Bäumen kann man im Frühling den Saftstrom

mittels Stethoskop sogar hören.

Trinkt jeder Baum gleich schnell?

Jeder Baum besteht, wie jedes andere Lebewesen

auch, aus unzähligen Zellen (siehe S. 19

ff). Wie schnell ein Baum trinkt, hängt mit dem

Aufbau des Holzes auf Zellebene zusammen.

Dabei unterscheiden sich Nadel- und Laubbäume

deutlich voneinander. Prinzipiell bilden

aber beide im Frühjahr schnell dünnwandige

Zellen (Frühholzzellen) und gegen Herbst dickwandige

Zellen (Spätholzzellen). Die Zellen

„aufeinander gestapelt“ bilden unterschiedliche

Poren, also Kanäle für den Wassertransport.

wassertransport im baum

Wasserdampf

Licht,

Wärme

Wind

Spaltöffnung

Osmotischer

Druck

Allgemein

Laubbäume werden zusätzlich danach

eingeteilt, wie die Poren in den Jahresringen

angeordnet sind. Hier ist vor allem

die Größe und Anzahl der Poren

ausschlaggebend.

Ringporig (z. B. Esche, Ulme, Eiche):

Der Übergang zwischen dünnwandigen

Frühholzzellen und dickwandigen Spätholzzellen

ist fließend. Die Jahresringgrenze

ist deutlich sichtbar.

Halbringporig (z. B. Walnuss, Kirsche):

Der Übergang zwischen Früh- und Spätholz

ist fließend. Die Jahresringgrenze ist

trotzdem deutlich sichtbar.

Zerstreutporig (z. B. Buche, Ahorn, Pappel):

Es gibt nur geringe Unterschiede

zwischen Früholz- und Spätholzzellen.

Deshalb sind kaum Jahresringgrenzen

erkennbar.

Diese Anordnung, die unter dem Mikroskop

gut sichtbar ist, spielt zum Beispiel

bei der Holzartenbestimmung eine große

Rolle.

Der Wasser- und Nährstofftranspor

findet ja ausschließlich im Splintholzbereich

statt (siehe „Wie sieht ein

Baumstamm von innen aus“ S. 13). Bei

Nadelhölzern kann dieser bis zu 60 Jahresringe

umfassen, bei zerstreutporigen

Laubhölzern findet der Transport ungefähr

in den letzten 20 Jahresringen (10 %

davon im neuesten) statt. Bei ringporigen

Laubbäumen sind meist weniger

als 10 Jahresringe aktiv und der Wassertransport

erfolgt zu 75 % im letzten

(neuesten) Jahresring.

SAFTSTROMGESCHWINDIGKEITEN

Nadelhölzer, immergrün 1,2 m/h

Lärche 1,4 m/h

Mediterrane Hartlaubgewächse 0,4-1,5 m/h

Zerstreutporige Laubhölzer 1-6 m/h

Ringporige Laubhölzer 4-44 m/h

Lianen 150 m/h

Poren

Ringporige Laubhölzer wie

Esche, Ulme oder Eiche

transportieren das Wasser im

Baum schnell und effektiv.

Leider ist das System aber

anfällig für Frost, Krankheiten

und Beschädigungen.

Denn wenn der äußerste

Jahresring angegriffen ist,

fallen bis zu 75 % des

Wassertransports weg.

Das ist auch der Grund für

das große Eschen- und

Ulmensterben!

KapiteL 1I

… was Bäume so einzigartig

macht und von allen anderen

Pflanzen unterscheidet?

… warum ein 20 cm großer Grashalm umknickt, ein

Baum aber 40 Meter und mehr erreichen kann?

… ob alle Zellen im Baum

gleich aussehen?

… wie man mit Knetmasse und

Schnüren ganz einfach eine

Holzzelle nachbauen kann?

Ab in die Zelle!

Warum soll ich mich überhaupt mit den Zellen eines Baumes

beschäftigen? Kann ich dieses Kapitel nicht einfach streichen?

NEIN! Dieser Teil des Holzforscherheftes ist die Basis dafür, dass du in späterer Folge die

Hintergründe der Experimente verstehst und viele SchülerInnen-Fragen beantworten

kannst. Im Grunde genommen ist es ganz einfach!

Sehen alle Zellen in einem

Baum gleich aus?

Ein Baum besteht aus verschiedenen Zellarten,

die auf die jeweilige Funktion im Baum

spezialisiert sind. Hier zwei Beispiele:

» Zellen, die in den Blättern vorkommen:

Diese Zellen beinhalten zum Beispiel Blattgrün

(Chlorophyll), was die Grundlage für die

Fotosynthese ist.

» „Holzzellen“, die in den festen (verholzten)

Teilen des Baumes, also z.B. im Stamm

(Splintholz und Kernholz) vorkommen:

Diese Zellen sind mit Wasser oder Luft gefüllt.

Die Zellwände bestehen unter anderem aus

Lignin, was für eine hohe Stabilität sorgt (damit

der Baum in große Höhen wachsen kann).

Dieses Lignin kommt nur in Bäumen vor

(nicht in Grashalmen, Blumen oder anderen

Gewächsen) und macht aus Holz erst richtiges

Holz. Mehrere Zellen aufeinander bilden die

Poren (siehe S. 13 und S. 18).

Wie sieht es in einer Holzzellwand aus und warum können Bäume

im Gegensatz zu anderen Pflanzen extreme Höhen erreichen?

Holzzellwände bestehen aus drei Hauptbaustoffen:

Zellulose (lange Ketten aus Zuckerteilchen) ca. 45 %

Hemizellulosen (=Holzpolyosen; kurze verzweigte

Ketten aus Zuckerteilchen) ca. 22 % (18-27 %)

Lignin (kommt NUR in Holzzellen vor; kugelige Teilchen) ca. 26 % (22-30 %)

Aus was besteht Holz eigentlich?

Um den Aufbau der Holzzellwand

zu verstehen, bietet sich ein einfacher

Versuch an. Knetmasse soll

dabei das Lignin darstellen. Dicke

Schnüre sollen die Zellulose symbolisieren

und dünne Schnüre sollen

die Hemizellulose darstellen.

Damit bilden wir die Zellwandbestandteile

nach. (siehe S. 23).

Dieses Modell ist eine wichtige

Grundlage für viele nachfolgende

Experimente (siehe Kapitel IV).

» 1 - 2 Becher Knetmasse

» mind. 4 Stk. dickere Schnur in 2 verschiedenen

Längen (z. B. dicke Schuhbänder, Wäscheleine

o.ä.; die Länge soll so bemessen sein, dass die

Schnüre umknicken, wenn sie auf

den Boden gestellt werden)

» 3 – 5 Stk. dünne Schnur (je ca. 10 – 15 cm lang)

» Klebeband

1. Zuerst eine Bodenplatte aus Knetmasse

formen. Als ersten Schritt die kurze dicke

Schnur (also die symbolische „Zellulose“)

mit einem Ende in die Knetmasse drücken.

Sie steht von selbst und knickt nicht um.

Dann das Gleiche mit den längeren dicken

Schnüren probieren – sie fallen um.

Was heißt das?

Ganz einfach: Reine Zellulose ist nicht wirklich

stabil. Das ist auch der Grund, warum

zum Beispiel Grashalme nur in eine bestimmte

Höhe wachsen können, ohne dass

sie umknicken bzw. sich umbiegen.

2. Damit Bäume zig Meter in den Himmel

wachsen können, brauchen sie also in den

Zellen weitere Bestandteile:

Verbinde jetzt mit den dünnen Hemizellulose-Schnüren

mit Klebeband die dicken

Schnüre. Die verbundenen Schnüre fallen

zwar noch immer um, aber die dünnen

Schnüre sorgen später für eine stabilere

Verbindung zwischen Knetmasse (also

dem symbolischen Lignin) und den dicken

Schnüren (der symbolischen Zellulose).

3. Verklebe nun die Schnüre mit Knetmasse

(Lignin). Je mehr Knetmasse die Schnüre

umgibt, desto besser stehen sie.

In der Natur heißt das: Je mehr Lignin vorhanden

ist, umso stabiler wird es. Darum

können Bäume ohne umzuknicken große

Höhen erreichen. Lignin sorgt auch dafür,

dass Bäume geschützt durch den kalten

Winter kommen.

1. Verschieden lange Schnurbündel ausprobieren.

Wer kann das höchste Bündel bauen, ohne dass es umfällt?

2. Das Bündel biegen. Die Biegung bleibt erhalten

(das ist die Erklärung zum Biege-Versuch siehe S. 50 ff

Jetzt ist klar: Das Lignin macht Bäume so

besonders und einzigartig!!!

eine Reise

durch das holz

Stamm/Querschnitt

jahresring

mit zellen

Wasser

oder Luft

1. zellwände

Mittellamelle

Primärwand

Sekundärwand

Tertiärwand

NACHBAR

ZELLE

NACHBAR

ZELLE

3. Zellulosefaser

Mikrofibrille

Makrofibrille

2. Zellwandbestandteile

Lignin

Zellulose

Hemizellulose

KapiteL 1II

… ob Bäume im Sommer

auch schwitzen?

… dass die Welt ohne

Treibhausgase (z.B. CO 2

)

eine reine Eiswüste wäre?

… dass Bäume aus Sicht der

Menschen „verkehrt“ atmen?

… warum Holzprodukte CO 2

-Verminderer und

somit aktive Klimaschützer sind?

… warum in Japan Ärzte

den Wald auf Krankenschein

verschreiben?

… was überhaupt

das Klima ist?

Wie Wald und Holz

unser Klima beeinflussen

Unser Wald ist eine natürliche Klimaanlage. Die Bäume spenden Schatten und filtern

Staubpartikel aus der Luft. Sie erhöhen die Luftfeuchtigkeit und produzieren frischen

Sauerstoff. Wald und Holzprodukte verringern aber auch den Treibhauseffekt.

Diese Fakten lassen sich mit einfachen Versuchen anschaulich darstellen. Vorab haben

wir ein paar spannende Informationen rund um das Thema Wald, Holz und Klimaschutz

zusammengefasst.

Was ist eigentlich das Klima?

Jede Region der Welt hat, was das Wetter betrifft, einen bestimmten jährlichen Ablauf. Es ist

heiß, kalt, trocken oder feucht. In unseren Breitengraden gibt es zum Beispiel große Temperaturschwankungen

zwischen Winter und Sommer, in anderen Gebieten unterscheiden sich die Jahreszeiten

durch unterschiedliche Regenmengen (z. B. die typische „Regenzeit“ in Äquatornähe).

Dieser über viele Jahre fast gleichbleibende Wetterablauf an einem Ort wird als Klima bezeichnet.

Was hat CO 2 (Kohlenstoffdioxid)

mit dem Klima zu tun

und wie würde unser Klima

ohne CO 2 aussehen?

Chemisch gesehen ist CO 2

die Summenformel

für Kohlenstoffdioxid – eine chemische

Verbindung aus Kohlenstoff (C) und Sauerstoff

(O). Es ist ein natürlicher Bestandteil

der Luft.

Weltweite Eiszeit ohne CO 2 !

Klimatechnisch gesehen zählt CO 2

zu den natürlichen

Treibhausgasen. Das sind Gase, die zum

Treibhauseffekt, sprich zur Erderwärmung,

beitragen. Diese Gase heben die durchschnittliche

Temperatur an der Erdoberfläche auf zirka

+15 °C an. Und das ist gut! Denn ohne diesen

natürlichen Treibhauseffekt würde die Temperatur

auf unserer Erde durchschnittlich nur -18 °C

betragen – ein Leben wäre kaum möglich!

Wie entsteht CO 2

CO 2

entsteht bei der Verbrennung beziehungsweise

Verrottung von kohlenstoffhalt -

gen Substanzen. Dazu zählen zum Beispiel die

Verbrennung von Heizöl, Erdgas, die Treibstoffe

von Autos und vieles mehr. Diese kohlenstoffhaltigen

Substanzen haben Kohlenstoff

Verbrennung wird der gespeicherte Kohlenstoff

frei und verbindet sich mit dem Sauerstoff

der Luft wieder zu C 2

CO 2

wird aber auch im Organismus von Lebewesen

produziert – zum Beispiel bei der Atmung

oder bei der Verdauung von Mensch

und Tieren.

Wie wirkt sich ein erhöhter

CO 2 -Anteil in der Luft aus?

CO 2

ist also ein Treibhausgas, das grundsätzlich

dafür sorgt, dass Leben auf der Erde überhaupt

möglich ist. In den letzten Jahrzehnten

ist es aber verstärkt zu einer Störung des natürlichen

Gleichgewichts der Atmosphäre gekommen.

Eingriffe des Menschen haben zu

einem erhöhten CO 2

-Anteil in der Luft und

somit zu einer Verstärkung des natürlichen

Treibhauseffektes geführt. Das Ergebnis ist

eine steigende Durchschnittstemperatur auf

der Erde.

in den letzten Jahren die Zahl der Naturkatastrophen

zugenommen. Denken wir an die

zahlreichen Überflutungen, die trockenen

und heißen Sommer und die damit verbundenen

Ernteausfälle. Nicht zu vergessen sind

die vielen Stürme und heftigen Unwetter mit

Hagel und Starkregen. Einer der Auslöser dieser

Katastrophen ist der erhöhte CO 2

-Anteil in

der Luft!

Folgen sind zum Beispiel die Erhöhung des

Meeresspiegels, der Rückgang der Gletscher,

oder eine Verschiebung der Klimazonen verbunden

mit veränderten Niederschlagsmengen.

Das führt auf der ganzen Welt zu Dürren

und Überschwemmungen. Auch bei uns hat

Wie tragen Bäume und andere Pflanzen dazu bei,

dass sich der CO 2 -Anteil in der Luft reduziert?

Auch Bäume „atmen“ – aber aus Sicht der

Menschen in die verkehrte Richtung: Wir

Menschen atmen unter anderem Sauerstoff

ein und CO 2

aus. Bäume hingegen entziehen

der Luft beim Wachstum das Treibhausgas

CO 2

und wandeln es bei der Fotosynthese mit

Hilfe des Sonnenlichts in Kohlenstoff (C) und

Sauerstoff (O) um. Der Kohlenstoff (C) wird

im Holz gespeichert, der Sauerstoff (O) wird

„ausgeatmet“ und wieder an die Umgebung

abgegeben. Der Kohlenstoff bleibt so lange

im Holz, bis es verrottet oder verbrennt. Erst

dann verbindet er sich wieder mit dem Sauerstoff

der Umgebungsluft zu C 2

Wird der Baum VOR seiner Verrottung aus

dem Wald entnommen und entsprechend

verarbeitet (z. B. zu Häusern, Möbeln oder

Spielsachen), bleibt der Kohlenstoff im Holz

weiterhin gebunden. Die Bildung von CO 2

wird dadurch verhindert. Holzprodukte können

somit, was den positiven Klimaeffekt betrifft,

wie ein „zweiter Wald“ gesehen werden

Alleine in steirischen Wäldern sind 200 Millionen

Tonnen Kohlenstoff gebunden – das entspricht

zirka 750 Millionen Tonnen CO 2

Was den positiven Klimaeffekt durch die Verminderung von CO 2

betrifft, sind Holzprodukte

wie ein zweiter Wald zu sehen! Umso mehr Holzprodukte aus nachhaltiger

Waldwirtschaft im Umlauf sind, desto besser ist das für unser Klima. Nachhaltige

Waldwirtschaft bedeutet, dass für geerntete Bäume neue Bäume gepflanzt werden,

die wiederum CO 2

aufnehmen und Sauerstoff abgeben. Diese „bewirtschafteten

Wälder“ sind somit doppelt gut für unser Klima. Weiters schafft die forstliche Bewirtschaftung

Raum und Licht für die neuen Bäume, die unter diesen Bedingungen

schneller wachsen und der Atmosphäre noch aktiver Kohlenstoffdioxid entziehen.

Einige Beispiele für die Kohlenstoff-Speicherleistung von Holz:

» Schreibtisch (45 kg Holz) => bindet 0,023 Tonnen Kohlenstoff

» Modernes Holzhaus (32.000 kg Holz) => bindet 16 Tonnen Kohlenstoff

» Dachstuhl (4.565 kg Holz) => bindet 2,28 Tonnen Kohlenstoff

Wärme

und

Licht

O 2

(Sauerstoff)

H 2

O (Wasser)

CO 2

(Kohlenstoffdioxid)

Fotosynthese

Zucker

Die Fotosynthese

als Lebensgrundlage

von Bäumen

Ein Baum braucht zum Wachsen

Wasser, Nährstoffe, die

in der Erde stecken, Licht und

Wärme von der Sonne und

einen Teil der Luft, nämlich

das Kohlenstoffdioxid, kurz

CO 2

genannt.

Bäume betreiben in ihren

Blättern und Nadeln Fotosynthese,

wie alle Pflanzen.

Das heißt aus Wasser (H 2

O),

Kohlenstoffdioxid (CO 2

) und

Sonnenenergie bilden sie Zucker

und Sauerstoff (O 2

). Der

Zucker wird zur Versorgung

des Baumes verwendet, der

Sauerstoff wird wieder abgegeben

(„ausgeatmet“).

Wasser und Nährstoffe

die atmenden blätter

Für die Fotosynthese benötigen Bäume das Treibhausgas CO 2

. Im folgenden Versuch kann

gezeigt werden, dass Bäume tatsächlich Kohlenstoffdioxid (CO 2

) aufnehmen, um Fotosynthese

zu betreiben.

» 2 Einmachgläser mit Dichtungen

(müssen hitzebeständig und dicht sein)

» Frisch gepflückte Blätter

(evt. auch Nadeln) von Bäumen

» Mindestens zwei Teelichter

» Lange Streichhölzer

» Schutzbrille

» Feuerfeste Unterlage

Sicherheitshinweis:

Versuche mit brennenden

Kerzen dürfen nur unter

Aufsicht Erwachsener durchgeführt

werden. Brennende

Kerzen und flüssiges Kerzenwachs

sind heiß und können

zu Verletzungen führen.

In ein Glas kommen die frischen Blätter (evt.

zusätzlich Nadeln). In beide Gläser wird je ein

Teelicht auf einen Sockel (z.B. ein weiteres umgedrehtes

Teelicht) gestellt. Beide Teelichter

werden angezündet und die Deckel der Gläser

geschlossen. Wenn beide Teelichter erloschen

sind, die Gläser für ca. eine Stunde in die Sonne

stellen. Anschließend vorsichtig einen Deckel

nach dem anderen öffnen und möglichst rasch

versuchen, die Teelichter erneut anzuzünden.

ACHTUNG: Zuerst ein Glas öffnen und die Kerze

anzünden; dann erst beim nächsten Glas

den Deckel öffnen und das Teelicht entzünden;

sonst vermischt sich die Luft der Gläser mit der

„normalen“ Umgebungsluft und der Versuch

funktioniert nicht mehr!

Was zeigt uns dieser Versuch?

Grundsätzlich gilt: Feuer braucht Sauerstoff damit

es brennt – CO 2

stickt das Feuer ab. Wie bei

jeder Verbrennung entsteht beim Brennvorgang

in den Gläsern Kohlenstoffdioxid (CO 2

Das ist schwerer als Luft und sammelt sich am

Boden des Glases. Wenn der Deckel geschlossen

wird, erstickt das CO 2

die Flamme.

Im leeren Glas bleibt das Kohlenstoffdioxi

im Glas. Deshalb kann die Flamme auch nicht

wieder angezündet werden.

Im Glas mit den Blättern und den Zweigen

betreiben die Blätter noch etwas Fotosynthese

und verwandeln das CO 2

in Sauerstoff und

Zucker. Hier kann die Kerze wieder entzündet

werden, da das Kohlenstoffdioxid abgebaut

wurde und genug Sauerstoff für die Flamme

entstanden ist.

Nach einer Stunde Sonneneinstrahlung kann die Kerze in dem Glas mit den frischen Blättern und Zweigen

wieder angezündet werden. Das Streichholz im leeren Glas geht aus.

Tipp!

So funktionieren sogenannte CO 2

Feuerlöscher. Das CO 2

erstickt die

Flammen, indem es den Sauerstoff

verdrängt. Sie werden z.B. in Küchen

bei Ölbränden eingesetzt, wo nicht

mit Wasser gelöscht werden darf.

Auch wir Menschen brauchen Sauerstoff

zum Atmen. Wird die Kohlenstoffdioxid-Konzentration

in der

Luft zu hoch, werden wir müde

und müssen gähnen.

Dann ist es Zeit zum Lüften!

Noch besser funktioniert dieser

Versuch, wenn die Kerze vom Sockel

auf den Boden des Glases geschupft

wird. Dort hat sich noch mehr CO 2

gesammelt.

ACHTUNG: Die Blätter können durch

die Kerze zu brennen beginnen – daher

auch der Aufbau mit dem Sockel!

Noch besser sind die Ergebnisse,

wenn zusätzlich eine Backpulver-Essig-Mischung

mit ins Glas gestellt

wird. Dadurch entsteht noch mehr

Kohlenstoffdioxid

Wie atmet ein Baum?

hat er auch eine Lunge?

Blätter und Nadeln haben hauptsächlich auf der Unterseite Öffnungen, sogenannte Spaltöffnungen,

die bei viel Wasserangebot geöffnet sind und bei Trockenheit geschlossen werden

können. Über diese Öffnungen atmet der Baum Kohlenstoffdioxid (CO 2

) ein und den

für uns Menschen und Tiere lebensnotwendigen Sauerstoff aus. Das kann in einem einfachen

Versuch anschaulich gezeigt werden:

» ein ganz frisch

gepflücktes Blatt

von einem Baum

» Schale mit Wasser

» Stein

Ein ganz frisch gepflücktes Blatt mit der

Unterseite nach oben in die Schale mit

Wasser legen. Mit einem Stein beschweren.

30 Minuten in die Sonne stellen.

An den Spaltöffnungen der Blätter bilden

sich deutlich erkennbare Luftblasen.

Hier geben die Blätter den vorab bei der

Fotosynthese gebildeten Sauerstoff ab

Buchenblatt, frisch gepflückt, nach 30 min. Sonneneinstrahlung

unter Wasser. An den Spaltöffnungen haben sich Luftbläschen

gebildet – das ist der Sauerstoff, der abgegeben wird.

Eine 20 Meter hohe Fichte gibt pro Tag rund 21.000 Liter Sauerstoff an die Umwelt

ab. Das entspricht dem durchschnittlichen Tagesbedarf von 35 Menschen.

Warum ist es im Wald kühler

als in der Stadt?

Bäume verdunsten über Blätter und Nadeln Wasser, das sie vorab über die Wurzeln aus

der Erde aufgenommen haben. Diese „natürliche Klimaanlage“ sorgt dafür, dass es im Wald

kühler und angenehmer ist als in städtischen Gebieten. Nicht umsonst werden in Städten

bewusst Grünflächen mit Bäumen angelegt. Auch dieser Vorgang kann mit einem Experiment

gezeigt werden:

So wie wir Menschen bei Hitze schwitzen (transpirieren) gibt auch der

Baum bei Sonnenschein Wasser ab. Im Gegensatz zu uns Menschen

sorgt er damit aber für ein kühleres Klima.

Eine ähnliche Situation kennen wir, wenn wir entlang eines Flusses oder eines

Baches spazieren gehen. Direkt neben dem Wasser ist es um einige Grade kühler

als in 50 m Entfernung. Auch hier ist unter anderem die Verdunstung von Wasser

der Grund für die (zumindest im Hochsommer) angenehm kühle Temperatur.

» Baum in einem

Topf eingepflanzt

» Glasflasche mit

weitem Hals

Den Baum gießen, sodass genügend Wasser für die Verdunstung

(Transpiration) vorhanden ist. Über einen Ast des

Baumes die Glasflasche stülpen. ACHTUNG: Sie soll nicht mit

dem Erdboden in Berührung kommen, denn es soll nicht die

Verdunstung aus der Erde sondern jene aus den Nadeln /

Blättern gezeigt werden! Für 30 Minuten in die Sonne stellen.

Nach rund 30 Minuten bilden sich Wassertropfen in der Flasche.

Das ist das Wasser, das die Bäume aus den Blättern

und Nadeln abgeben.

Bei Sonnenlicht macht ein Baum Fotosynthese,

d.h. er wandelt mit Hilfe von Sonnenenergie

das Kohlenstoffdioxid (CO 2

) und Wasser in Zucker

und Sauerstoff (O) um

Dabei transpiriert (verdunstet) er geringe Mengen

Wasser. Normalerweise gibt er diese feinen

Wasserteilchen an die umgebende Luft ab.

In der Flasche werden diese Teilchen nun aufgefangen

und bilden Tröpfchen auf dem Glas,

die deutlich erkennbar sind.

Pinie im Topf (frisch

gegossen) mit einem

Ast in einer Glasflasche.

Transpirationströpfchen

nach 30 Minuten

Sonneneinstrahlung.

Deshalb ist es im Sommer so angenehm frisch im Wald. Er wirkt wie ein

Luftbefeuchter für uns und hat positive Wirkungen auf unsere Atemwege.

In Japan gilt der Wald seit einigen Jahren sogar als „Therapiezentrum“:

Beim so genannten „Forest-Bathing“ gehen PatientInnen auf Anweisung ihrer

ÄrztInnen in den Wald um durch die Wirkung der Bäume Heilung für

verschiedene Krankheiten zu erfahren.

Eine abschließende Info für Holz-ExpertInnen:

Wie kann 1 Kubikmeter Holz die Atmosphäre um 1 Tonne CO 2

entlasten?

Hier kommt die C-auberformel zum Einsatz: Holz besteht zu 50 Prozent aus Kohlenstoff

(C). 1 Kubikmeter Holz wiegt im Mittel 500 Kilogramm, enthält also 250 Kilogramm

C. Wenn C in CO 2

umgewandelt wird (oxidiert), entstehen aus 1 Kilogramm C

ca. 3,67 Kilogramm CO 2

. 250 Kilogramm C ergeben 917 Kilogramm CO 2

, also

ca. 1 Tonne CO 2

pro Kubikmeter Holz. (Universität Hamburg, Arno Frühwald)

KapiteL 1V

… warum es in einem

Holzhaus im Winter warm

und im Sommer kühl ist?

... wie man Holzstücke dauerhaft biegen kann?

… warum mit Holzasche

Wäsche nicht

schmutzig sondern

sauber wird?

… was passiert, wenn Flüssigkeiten

auf Holz tropfen?

… was ein Holzbalken

eigentlich aushält?

… was Seifenblasen mit

Holz zu tun haben?

Zugfestigkeit

hält holz was es verspricht?

Bäume sind groß, stark und stabil. Bei starkem Wind können

sich Baumkronen bis zum Boden neigen und trotzdem richtet

sich ein Baum wieder auf. Selbst bei einem Orkan

werden Bäume eher entwurzelt, bevor sie tatsächlich

brechen. Der Grund liegt in der extremen Zugfestigkeit

von Holz. Wird ein Baum gebogen, wird sein Holz

auf der Innenseite der Biegung stark gestaucht, auf

der Außenseite tritt eine starke Zugbelastung auf.

Damit sich der Baum wieder aufrichten kann, muss

das Holz in der Lage sein trotzdem seine ursprüngliche

Form wieder anzunehmen. Mit dem folgenden

Versuch kann einfach, aber eindrucksvoll gezeigt

werden wieviel Zugbelastung selbst ein sehr dünnes

Stück Holz aushält.

» verschiedene Furnierstreifen

(Furnier ist sehr dünn

geschnittenes Holz –

Furnierreste erhält man

zum Beispiel von Tischlereien)

» 2 kleinere Schraubzwingen

» 4 kleine Holzstücke /

Holzbacken zum Einklemmen

des Furnierstreifens

» eine Holzleiste mit Haken

» einen zusätzlichen Haken

» einen Wassereimer, eine

Gießkanne bzw. einen

weiteren Wassereimer

» Schere

» eventuell eine Schnur

Zunächst wird der Furnierstreifen so eingeklemmt,

dass er quer zur Faser belastet wird. Der Eimer soll

nur wenige Zentimeter über dem Boden schweben,

um Überschwemmungen zu vermeiden. Nun wird der

Wassereimer mit der Gießkanne oder einem weiteren

Eimer befüllt, bis der Furnierstreifen reißt. Dies geschieht

relativ bald.

In einem zweiten Durchgang wird der Furnierstreifen

so eingebaut, dass er in Faserrichtung belastet wird

(siehe Foto). Jetzt ist es kein Problem, den Eimer vollständig

zu befüllen. Das Furnierstück hält. Der Eimer

wird wieder geleert. Schneide jetzt entlang der Faserrichtung

(also entlang der Richtung, in der sich das

Holz leicht brechen lässt) vom Furnierstreifen ein

Stück mit der Schere ab. Das Experiment wird wiederholt.

Wenn der Furnierstreifen noch immer nicht

reißen will, schneide den Streifen noch schmäler. Anhand

der eingefüllten Wassermenge kann genau ermittelt

werden, wie viel Gewicht der Holzstreifen ausgehalten

hat.

zugfestigkeit

Die enorme Zugfestigkeit von Holz in Faserrichtung

wird bei diesem Versuch sehr

anschaulich gezeigt. Zellulosefasern in

den Zellen bestehen hauptsächlich aus

sehr stabilen, langen Zuckerketten, die

nur unter extremer Belastung brechen.

Quer zur Faser ist die Zugfestigkeit dagegen

geringer, da diese Fasern über lösbare

Verbindungen (Wasserstoffbrücke -

bindungen) aneinander haften - sie lösen

sich bei zu großer Belastung voneinander.

Ausprobieren mit dem

Knetmasseversuch (siehe Seite 20):

Ein ganzes Schnur-Knetmassebündel kann

sehr viel halten, wenn es der Länge nach benützt

wird. Je mehr Schnüre im Bündel sind,

desto mehr hält es aus! Wird es quer genommen,

lösen sich die einzelnen Schnüre rasch

voneinander und das Bündel bricht auseinander.

Es ergibt sich ein ganz ähnliches

Muster wie bei der Furnierholz-Bruchkante.

Die Zugfestigkeit ist wichtig bei Streben

oder Querhölzern in vielen Holzgebäuden.

Darum werden Holzbalken zum Teil

mit Zugprüfverfahren geprüft – unter anderem

in der holz.bau forschungs gmbh

an der Technischen Universität in Graz.

Hier zeigt sich zum Beispiel, dass Hölzer

mit vielen Ästen weniger stark belastet

werden können als „astreine“ Hölzer.

Warum ist Holz das optimale

Material, um einen Dachstuhl

zu bauen? Bei einem Dach treten

die verschiedensten Kräfte

auf. Dachbalken müssen nicht

nur das Gewicht der Dachziegel,

der Isolierung und im Winter

der Schneelast tragen.

Sie müssen auch dafür sorgen,

dass die Form erhalten bleibt

und das Dach nicht „platt“ gedrückt

wird. Dabei treten starke

Zugkräfte auf. Zudem darf

die Konstruktion selbst nicht zu

schwer für das Haus darunter

werden. Holz ist ein leichtes

aber vor allem sehr zugstabiles

Material.

1. Versuchsaufbau

Zugbelastung

von Holz

2. Zugbelastung

eines Eichenfurnierstücks

Faserrichtung.

Deutlich ist die

Maserung des

Holzes in Längsrichtung

erkennen

druckfestigkeit und Härte

Warum können ganze städte

auf holzpfähle gebaut werden,

ohne dass diese brechen?

In Zusammenhang mit der Zugfestigkeit von Holz wurde bereits beschrieben, was passiert,

wenn ein Baum sich im Wind biegt. Auf der Außenseite der Biegung tritt eine starke

Zugbelastung auf, auf der Innenseite entsteht ein hoher Druck (siehe Skizze Seite 36).

Im Splint- und Kernholz des Baumes verlaufen die feinen Leitungsbahnen des Baumes

ähnlich wie Trinkröhren von unten nach ganz oben bis in die letzte Blattspitze (siehe Seite

13). Der folgende Versuch zeigt deutlich, was die Bäume, also Holz, so stabil gegen Druckbelastung

macht.

» Trinkhalme (am besten Röhrl

aus Papier – können auch selbst

hergestellt werden) oder Halme

aus Stroh (Bastelware)

» eine Schere

» Klebstoff

» gleich große Bücher

zum Beschweren

Klebe die Trinkhalme zu einem ca. 7 x 7 x 15

cm großen Quader zusammen (am besten, du

stellst zwei Stück her). Dann lege die Bücher

auf deine Quader (einmal in Längs- und einmal

in Querrichtung wie in der Skizze). Welcher

Quader hält mehr Druck aus?

Legt man den Quader so, dass die Trinkhalme

waagerecht liegen, wird der Quader schon bei

geringer Last zerstört. Beim Quader mit den

senkrechten Trinkhalmen ist eine viel größere

Belastung möglich. Das heißt, Holz ist in Faserrichtung

stabiler, als quer zur Faser.

Die Zellstruktur von Holz weist gewisse Ähnlichkeiten

mit dem hier dargestellten Modell

auf. Die Trinkhalme sind wie die Leitungsbahnen

im Holz. Die Wände der Leitungsbahnen

sind, wie bereits beschrieben, aus Bündeln mit

Zellulosefasern aufgebaut (siehe Zugfestigkeit,

S. 36 und Eine Reise durch das Holz, S. 20 ff)

Diese Bündel halten über stabile, aber lösbare

Verbindungen zusammen (Wasserstoffbr -

ckenbindungen). Unter starkem Druck lösen

sich die Bindungen und die Bündel gehen kaputt.

Druckfestigkeit und Härte

Ein Hochsitz (für die Jagd) ist auf Pfählen aufgebaut. Diese tragen das Gewicht

von weiteren Holzteilen und mehreren Personen. Die Belastung wirkt dabei

direkt von oben auf die Holzstämme – die Pfähle halten so einiges aus!

In wesentlich größerem Maßstab ist das auch in Venedig oder bei alten Pfahlbauten

zu beobachten. Zum Teil wurden ganze Städte auf Holzpfählen errichtet (Venedig

steht zum Beispiel auf Eichen- und Erlenpfählen; es wird geschätzt, dass für

den Bau der Santa Maria della Salute ca. 1.160.000 Pfähle in den Boden gerammt

wurden, für die Rialto Brücke immerhin ca. 12.000 Pfähle; auf die Stamm-Enden

wurden Lärchenbohlen genagelt und darauf das Fundament gemauert). Das alles

ist nur möglich dank der Fähigkeit von Holz, hohe Druckbelastungen auszuhalten.

Druckfestigkeit und Härte

Die Druckfestigkeit ist ein

Maß für die Härte von Holz!

Tipp!

Die Härte von Holz kann jeder ganz

einfach überprüfen. Nimm verschiedene

Holzstücke her und versuche

diese mit dem Fingernagel, mit

einem Kupfernagel, oder mit einem

Stahlnagel einzuritzen. Gibt es Unterschiede?

Tipp!

Für den Versuch „Biegen von Holz“ (S. 50

ff) wird ein Brett mit Nägeln gebraucht

Am besten ein paar kleine Holzbretter in

verschiedenen Holzarten besorgen und

ausprobieren, wie schwer es ist, einen Nagel

einzuschlagen. Man kann sogar die Zeit

stoppen, oder einen Wettbewerb daraus

machen.

Das ist ja die Härte! Wie hart

kann Holz eigentlich sein?

Mit diesem Versuch kann ohne großen Aufwand die Elastizität von Holz gemessen werden.

» Flache Holzstücke von

verschiedenen Holzarten (z. B.

Holzreste aus Tischlereien)

» Acrylglasrohr 1 m lang

» Stahlkugel, die in das Rohr passt

» Maßband (am besten aus Papier),

das man am Rohr befestigen kann

» farbige Stifte

Befestige das Maßband mit Klebeband am Acrylrohr.

Stelle das Acrylglasrohr auf das Holz,

das du testen willst. Die Stahlkugel wird durch

das Rohr auf das Holz fallen gelassen. Ein zweites

Kind markiert die Rücksprunghöhe der Kugel

am Maßband mit dem Farbstift. Wiederhole

diesen Versuch mindestens fünf Mal, schreibe

die Werte in ein Messprotokoll und berechne

den Mittelwert der Rücksprunghöhe.

Tipp!

Ordne jeder Holzart eine Farbe zu (am besten malst du einen Punkt mit der Farbe auf das

Holz, um später den richtigen Stift dem Holz zuordnen zu können). Stelle das Acrylrohr

auf die unterschiedlichen Hölzer und markiere mit dem zugeordneten Stift die Rücksprunghöhe.

Du kannst die Unterschiede sofort erkennen!

Druckfestigkeit und Härte

Je elastischer das Material, desto höher

springt die Kugel zurück. Das liegt am Aufbau

des Holzes (siehe Seite 20 ff). Die

Druckfestigkeit steigt mit dem Anteil an Lignin

an, ein zu hoher Zelluloseanteil macht das

Holz brüchig.

Die durchschnittliche Druckfestigkeit wird als

Brinellhärte (in Newton je mm 2 , das ist die Kraft,

die auf einen mm 2 wirkt) angegeben. Dabei ist

die Angabe, ob der Druck längs oder quer zur

Faser ausgeübt wurde, entscheidend. Es gibt

die unterschiedlichsten Tabellen zur Härte verschiedener

Holzarten. Wie bereits auf Seite

15 beschrieben, ist die Härte des Holzes auch

stark von den Wuchsbedingungen des einzelnen

Baumes abhängig. Daher unterscheiden

sich die verschiedenen Angaben immer wieder.

Die folgende Tabelle sollte deshalb als

eine Richtlinie gesehen werde.

Die Härte des Holzes ist entscheidend für den

Einsatzbereich. So werden zum Beispiel für

Holzböden eher harte Hölzer verwendet (vor

allem für Böden in öffentlichen Räumen wie

Einkaufszentren, Flughäfen oder in Sporthallen).

BEISPIELE

FÜR DIE HÄRTE

VON HOLZARTEN

(Richtwerte)

WEICHHÖLZER

Balsa 2

Fichte 12

Kiefer 19

Lärche 19

MITTELHÖLZER

Birke 23

Ahorn 27

Ulme 30

HARTHÖLZER

Buche 34

Eiche 34

Ebenholz 84

Angaben Brinellhärte

Seitenfläche (N/m 2 )

quellen und schwinden

Warum arbeitet Holz?

Verdient es damit Geld?

Jeder kennt das Knarren einer Treppe oder das Knacken und Krachen der Dachstühle in

alten Holzhäusern. Man sagt dazu Holz „arbeitet“. Selbst getrocknete Holzbalken dehnen

sich bei höherer Luftfeuchte und hohen Temperaturen aus und schwinden bei Kälte und

Trockenheit. Sind sie in Häusern verbaut, führt das dabei zu den beschriebenen Geräuschen.

Deshalb werden Parkettböden oft mit kleinem Abstand zur Wand auf einem flexiblen

Untergrund (schwimmend) verlegt. Bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten

werden die Dielen von Parkett-Böden größer und kleiner. Sie brauchen

etwas Platz, um sich ausdehnen zu können, ohne an den Wänden anzustoßen.

Quellen und Schwinden von Holz

» eine abgesägte Scheibe

trockenes Holz (am besten ein

Stück, das durch Schwinden

Risse besitzt und sich

verformt hat)

» eine Schüssel

» einen großen Stein zum

Beschweren, mehrere kleine

Steine zum Unterlegen

» eine Plastikfolie zum Nachzeichnen

der Holzscheibe

» zwei farbige Permanentstifte

Quellen und schwinden

Zeichne zuerst das Holzstück mit dem wasserfesten

Stift auf der Folie nach. Lege das Holzstück

in die Schüssel mit Wasser. Mit dem

großen Stein wird das Holzstück beschwert.

Es empfiehlt sich, zwischen dem Boden der

Schüssel und dem Holz die kleinen Steine zu

legen, damit das Wasser auch von der Unterseite

gut in das Holz eindringen kann. Warte

jetzt mindestens eine Stunde. Dann nimm das

Holzstück wieder aus dem Wasser und lege

es auf den alten Umriss. Zeichne es mit einer

zweiten Farbe nach. Kannst du Unterschiede

erkennen?

Die Fläche der Holzscheibe ist größer geworden,

es können sogar (kleinere) Risse verschwinden.

Holz hat einen gewissen Wasseranteil,

der von der Luftfeuchtigkeit und vom

Trocknungsverlauf abhängt. Je nach Wassergehalt

im Holz ändert sich auch die Dimension

eines Holzstückes. Gibt Holz Wasser (Feuchtigkeit)

an seine Umgebung ab, schwindet es.

Umgekehrt quillt Holz auf, wenn es Feuchtigkeit

aus der Umgebung aufnimmt.

Der Grund liegt im Aufbau des Holzes (siehe

„Aus was besteht Holz“ S. 20 ff)

Warum schwindet

und quillt Holz fast nur

in eine Richtung

(gegen die Faserrichtung)?

Zelluloseketten sind in Bündeln, den Makround

Mikrofibrillen, angeordnet (siehe Knetmasse-Versuch

S. 20 f und Skizze S. 22 f). Diese

Bündel haften über lösbare Verbindungen

aneinander. Zwischen die einzelnen Bündel

können sich Wasserteilchen drängen. Die gleichen

Verbindungen bestehen zwischen den

Zellulose-Ketten. Auch hier kann sich Wasser

zwischen die einzelnen Zellulose-Ketten drängen

(siehe Skizze S. 44). Darum quillt / schwindet

Holz gegen die Faserrichtung relativ gut.

ABER: Zwischen den Zellulose-Teilchen einer

Kette bestehen chemische Bindungen, die

sehr fest und stabil sind. Sie verhindern, dass

Wasser in eine Kette eindringt. Deshalb quillt

oder schwindet Holz in der Faserrichtung nur

wenig, weil die Holzfasern (Holzteilchen oder

Zellulose-Ketten) weitgehend in dieser Richtung

angeordnet sind.

Schwindet das Holz beim Trocknen zu sehr,

lösen sich die Verbindungen zwischen den

Bündeln stellenweise ganz und Risse entstehen

zwischen den Fasern.

Quellen und schwinden

Holz quillt und schwindet

hauptsächlich

gegen die

faserrichtung

einblick in die Zellwand

einer holzfaser

Lignin

Wasserteilchen

drängen sich zwischen

die einzelnen

Zelluloseketten.

Das Holz quillt

gegen die

Faser auf.

Zellulosekette

Zwischen die

einzelnen Glieder

der Zellulosekette

kann kein Wasser

eindringen. Das

Holz bleibt mit der

Faser relativ

formstabil.

Hemizellulose

Schematischer Aufbau des Holzes mit Wasserteilchen.

Siehe auch S. 20 ff

Quellen und schwinden

Früher wurde aufquellendes Holz dafür

verwendet, Gestein zu sprengen.

Man hat einen trockenen Holzkeil in

einen Spalt im Stein getrieben und so

lange befeuchtet, bis er den Stein gesprengt

hat.

So wölben sich Bretter bei Feuchtigkeit,

abhängig davon wo sie aus dem

Baumstamm entnommen wurden.

Bei falsch verlegten oder geschnittenen Terrassendielen

wölben sich die einzelnen Bretter

oft an den Kanten auf. Das kann sogar dazu

führen, dass Befestigungen, wie z.B. Nägel, herausgerissen

werden. Es lohnt sich, beim Kauf

auf die Qualität der Dielen und die Orientierung

der Jahresringe im Brett zu achten!

Ein Feuchtigkeitsmesser

aus Furnier

Die Eigenschaft von Holz, sich in eine bestimmte Richtung zu biegen, kann genutzt werden,

um ein Messgerät für die Feuchte zu bauen. Bevor ein Feuchtemesser gebaut wird

zeigt dieses Experiment, wie sich die Länge eines Holzes in Faserlängsrichtung und in Faserquerrichtung

ändert. Dazu benutzen wir am besten Furnierstreifen (erhältlich z. B. bei

Tischlereien).

» 2 gleich große

Furnierstreifen

» Schere

» Schablone oder Lineal

» Sprühflasche mit feiner Düse

» Küchenrolle

» Holzleim

» Säge

» kleines Holzstück

Schneide aus dünnem Furnier zwei gleich große

Holzstreifen, den einen Streifen in Längsrichtung

der Holzfasern, den anderen in Querrichtung.

Miss die Furnierstreifen ab. Jetzt kannst

du beide Streifen von oben mit etwas Wasser

besprühen. Schon nach wenigen Augenblicken

kannst du einen Effekt sehen. Als nächstes lege

zwei neue, gleich geschnittene Furnierstreifen

wie vorher, auf nasses Küchenrollenpapier. Was

kannst du hier kurze Zeit später beobachten?

Quellen und schwinden

Wie wölbt sich Furnier bei Feuchte?

Was passiert? Der Furnierstreifen ist in Querrichtung

länger geworden als in der Längsrichtung,

da die Wasserteilchen am besten

zwischen den Holzfasern eindringen können

(siehe S. 44). Die Furnierstreifen rollen sich immer

so, dass die Wölbung in der Faserrichtung

nach oben zeigt, wenn sie von oben mit Wasser

besprüht werden.

Auf nassem Küchenrollenpapier wölben sich

die Furnierstreifen genau umgekehrt. Da die

Unterseite des Furnierstreifens feucht wird

und sich ausdehnt, die Oberseite aber trocken

bleibt und sich nicht ausdehnt, wölbt sich der

Streifen an den Rändern nach oben.

Wenn du dir einen Luftfeuchtigkeitsmesser

selbst basteln möchtest, klebe zwei gleich große

Furnierstücke mit Holzleim aneinander: Eines

muss quer gefasert, das andere längs gefasert

sein. Der Kleber sollte ein gewisses Maß an

Feuchtigkeit durchlassen, deshalb ist Holzleim

besonders geeignet.

Klebe den Doppelfurnierstreifen in den Sägeschnitt

eines Holzstückchens. Jetzt zeigt dir der

zusammengeklebte Furnierstreifen die Luftfeuchtigkeit

im Raum an.

Tipp!

Zur Demonstration kann man die Holzstreifen

auf beiden Seiten mit einer Wasserspritze

ansprühen und den Effekt sofort beo -

achten. Besonders gut geeignet ist Ahorn.

Ahornholz ist sehr weich, hat einen geringen

Ligninanteil und nimmt Feuchte schnell

auf. Der Feuchtemesser reagiert besonders

schnell.

Wird das Holz feucht, verlängert sich der

Furnierstreifen in Querrichtung mehr als

das längs gemaserte Holz, es braucht also

mehr „Platz“ als das Holz in Längsrichtung.

Das Holz (Furnier) biegt sich auf der

Außenseite der Krümmung. Umso höher

die Luftfeuchtigkeit, desto stärker biegen

sich die Furnierstreifen.

Quellen und schwinden

Feuchtemesser

Unterschiedliche Reaktion zweier verschiedener

Holzarten: Nussholz (Vordergrund) und Eichenholz

(Hintergrund). Eichenholz ist besonders hart, hat

also einen hohen Ligninanteil und nimmt Feuchte

schlechter auf als Nussholz.

Zündholzstern und

Zahnstocherkäfer

» Zündhölzer

» Zahnstocher

» einen kleinen Porzellanteller

» eine Pipette

» Wasser

» eventuell eine Schere, evt.

Stifte zum Anmalen

Knicke die Zündhölzer in der Mitte, gib dabei

Acht, dass sie nicht durchbrechen. Lege sie in

Kreuzform auf den Teller. Tropfe mit der Pipette

vorsichtig Wasser auf die Knickstellen.

Quellen und schwinden

Tipp!

Versuche, mit Zahnstocher oder Zündhölzer Käfer oder Fantasie-Tiere zu

bauen, die sich bewegen!

Wasser kann in und an unterschiedlichen Stoffen

hochsteigen, sogar gegen die Schwerkraft

und den Luftdruck (siehe Kapillareffekt, S. 16).

Diese Fähigkeit von Wasser, in dünnen Röhren

nach oben zu klettern, nennt man die Kapillarwirkung.

Sie unterstützt Pflanzen und Bäume,

sich mit Feuchtigkeit und Nahrung zu versorgen.

Papier und Holz quellen bei diesem Vorgang

auf. Wie bereits erwähnt sind die Holzfaserteilchen

(Zellulosemoleküle) untereinander

zu langen Ketten verbunden, da können die

Wasserteilchen nicht hineindrängeln, aber zwischen

den einzelnen Holzfasern kann das Wasser

hochklettern (siehe S. 43 f).

Quellen und schwinden

Deshalb sind

Streichhölzer und

Zahnstocher außen

glatt, aber wenn

man sie bricht

„splittern“ sie. Die

Streichhölzer und

Zahnstocher sind

immer längs der Faser

geschnitten, um

stabil zu sein. Das

heißt, die Wasserleitungsgefäße

liegen

längs darin. Beim

Brechen werden die

Verbindungen innerhalb

der Porenwände

gewaltsam

gelöst. Einzelne Verbindungen

geben

leichter nach als

andere. Es entstehen

die typischen

Splittermuster.

Krabbelnde Spinne

Dort, wo das das Zündholz geknickt wurde,

kann das Wasser am besten in das Holz eindringen.

Die Röhrchen im Holz saugen sich

voll mit Wasser. Sie quellen auf und drücken

das Zündholz in seine ursprüngliche Form zurück.

Es entsteht ein Zündholzstern und der

Käfer bewegt sich. Wenn du leise bist, kannst

du sogar das Kratzen der Zahnstocher-Spitze

am Teller hören.

Um das Eindringen von Wasser in das Holz zu

verhindern, wird in der Praxis oft mit physikalischem

Holzschutz (Lasuren, Lacke, Öle) gearbeitet.

Beim so genannten „konstruktiven Holzschutz“

wird bereits beim Bau darauf geachtet,

dass Holz gar nicht mit Wasser in Berührung

kommt. Darum werden viele Holz-Häuser z. B.

mit Dachvorsprüngen und auf Steinsockeln gebaut.

Biegen

Holz – auf Biegen und brechen!

Wie weit kann Holz gebogen werden?

Holz so zu biegen, dass es erstens schön ist und zweitens viel aushält, hat vor 185 Jahren

die Wiener Firma Thonet bei Sesseln geschafft. Gebogenes Holz braucht man zum Beispiel

beim Schiffsbau, bei Holzbauten (gebogene Leimbinder), bei Holzstiegen, bei Musikinstrumenten

oder Möbelstücken, es gibt sogar Brillenfassungen aus Holz. Wir wollen verschiedene

Methoden ausprobieren, wie man Holz dauerhaft biegen kann.

Tipp!

Weitere Hintergrundinformationen zum Thema „Biegen“ findes

du ab Seite 36 im Bereich „Zug- und Druckfestigkeit“.

Holz in Wasser kochen

» Wasserkocher

» Eisstiele aus Holz oder

Schaschlikspieße oder

dünne, kurze Holzleisten

» Brett und Nägel für die Biegeform

Lege die verschiedenen Holzstücke (Eisstiele,

Spieße, Leisten) in den Wasserkocher und erhitze

sie in kochendem Wasser einige Minuten

lang. Schalte den Wasserkocher ab und lass

das Holz mindestens eine Stunde darin liegen,

damit es vollständig erhitzt und gequollen ist.

Inzwischen kannst du dir eine Biegeform mit

dem Holzbrett und den Nägeln bauen.

Tipp!

Baut euch das Nagelbrett selbst. Wenn man in der Klasse verschiedene Holzarten benützt,

merkt man sofort die unterschiedliche Härte des Holzes beim Einschlagen der Nägel. Man

kann sehr gut die Unterschiede zwischen Hart- und Weichholz erkennen und nebenbei

noch den Versuch Holzhärte (S. 40) durchführen.

iegen

Nimm dann die gekochten Holzstücke heraus

und biege sie vorsichtig mit der Hand oder

über die Tischkante. Biege sie nicht zu stark,

sonst brechen sie. Höre genau hin: Wenn die

Stäbchen anfangen zu brechen, knacken sie.

Spanne die Holzstäbchen jetzt im Nagelbrett

ein und lass sie dort auskühlen und trocknen.

Tipp!

Das Holz wird durch Aufnahme von Wasser

und durch die Erwärmung weich und lässt

sich deshalb gut verformen. Nach dem Biegen

muss das Holz fixiert und getrocknet werden

Es gibt eine Formel, um den maximalen

Biegeradius auszurechnen (Stärke des

Holzes mal 50).

der zauber des wasserdampfs

» Teekessel wie am Foto S. 52

» T-Stück Abflussrohr und zwei

Abflussrohre zum Befestigen am T-Stück

» Kochplatte

» Handschuh oder Tuch zum

Angreifen der heißen Holzleisten

» verschiedenste dünne Holzleisten

» Pinnnadeln

» Schnur

iegen

Baue dir die Vorrichtung mit dem Teekessel

und den Abflussrohren zusammen, stecke in

die Enden der Holzleiste Pinnwandnadeln, gib

die Holzleiste in die Rohre und erhitze sie mit

dem Wasserdampf aus dem Teekessel. Achtung:

Unbedingt Schutzhandschuhe verwenden!

Dann biege vorsichtig die Leisten und

fixiere sie mit einer Schnur, die du an den Pinnnadeln

befestigen kannst.

Durch das Eindringen der Wasserteilchen in

die Holz-Zellwände wird die Bindekraft der Fasern

untereinander verkleinert (siehe Quellen

und Schwinden S. 42). Durch die Wärme wird

das Lignin, das zwischen den langen Zelluloseketten

wie ein Kleber wirkt, flüssig

Die Faserbündel und die Zelluloseketten in den

Holzzellwänden können aneinander vorbeigleiten.

Beim Auskühlen werden neue Bindungen

ausgebildet, das Lignin verfestigt sich und

das Holz behält seine neue Form.

iegen

Tipp!

Man kann sich das am Besten anhand eines einfachen Modells vorstellen. Die Fasern sind

wie Klettverschlüsse verbunden. Die Bindung ist fest, kann aber mit entsprechender Kraft

gelöst werden. Biegt man die beiden Klettverschlussteile jetzt und klebt sie wieder zusammen,

behalten sie ihre neue Form bei.

so kommt holz ins schwitzen

» Heißluftpistole

» Holzleisten

» Klemmzwinge

» Schnur zum Spannen

» Flaschen mit Wasser

oder Sand gefüllt

als Gewichtsstück

bzw. andere kleine

Gewichte

» Pinnnadeln

Die Holzleiste wird mit einer Klemmzwinge z. B. an

einem Tisch fixiert. Der Heißluftstrahl wird an der Biegestelle

hin und her bewegt und das Holz gleichmäßig

erwärmt. Dann kannst du das Holz vorsichtig biegen

und vielleicht ein Gewicht (z.B. Flasche mit Wasser) anhängen.

Erwärme weiter und das Gewicht biegt das

Holz nach unten. Die gebogene Holzleiste wird mit

einer Schnur und Pinnnadeln fixiert, bis sie erkaltet ist.

iegen

Wie bereits in den vorigen Versuchen beschrieben,

wird durch die konstante Wärme und den

Druck, den das Gewicht am Holz erzeugt, das

Lignin weich und verformbar.

Die Bindung zwischen den Fasern und den Zelluloseketten

lockert sich und sie verschieben

sich (siehe S. 20 ff). Die Fasern bilden beim Auskühlen

in der neuen Position neue Bindungen

aus und das Holz behält seine Form.

Ohne Erhitzen, Wasserteilchen oder Druck sind die Bindungen zwischen den Holzfasern

und den Zelluloseketten stabil. Das Holz kehrt in seine ursprüngliche Form

zurück. Erst wenn soviel Kraft aufgewandt wird, dass die starken Zelluloseketten

selbst kaputt gehen, ergibt sich eine Formveränderung und das Holz bricht.

Elektrische Leitfähigkeit

Warum hatten Schraubenzieher

früher immer einen Holzgriff?

Um diese Frage zu beantworten, bauen wir uns ein Testgerät

für Leiter und Nichtleiter.

» eine Flachbatterie 4,5 Volt

» 2 Litzendrähte

(ca. 20 cm lang)

» 2 Büroklammern

für die Batterieanschlüsse

» 2 kleine Glühbirnchen

» bunter Karton

» 2 Pfeifenputzer für die Fühler

» Schere, Klebstoff

» Testobjekte die auf

Leitfähigkeit überprüft werden

sollen (z. B. trockene Holzstücke,

Metall-Löffel, Glasstücke,

Karton etc.)

Isoliere die Litzendrähte an beiden Enden

etwa 3 cm ab (d. h. schneide die Plastikhülle

des Drahtes weg, sodass die Metalldrähte

sichtbar werden). Teile auf jeweils einer Seite

die feinen Drähte in der Mitte, umwickle damit

die Lämpchen und verdrille die feinen Drähte.

Befestige die beiden Litzendrähte mit Hilfe

von Büroklammern an den Polen der Batterie.

Bastle mit Buntpapier und den Pfeifenputzern

unser Testgerät (siehe Abbildungen S. 56).

Halte die Fußkontakte der Glühlämpchen auf

verschiedene Gegenstände und Stoffe

Damit unser Testgerät leuchtet (Strom fließt)

muss zwischen dem Fußkontakt der zwei Glühbirnchen

eine leitende Verbindung bestehen

und so der Stromkreis geschlossen werden.

Es müssen sich also Ladungsträger bewegen

können. Diese Aufgabe können nur Stoffe erfüllen,

die elektrische Stromleiter (Metalle,

Bleistiftminen etc.) sind. Wir haben somit ein

Testgerät für Stromleiter und Nichtleiter gebaut.

Holz ist demnach ein Nichtleiter.

Trockenes Holz besteht zum Großteil aus

Luftporen und Holzzellwänden, also Holzfasern

(siehe S. 20 ff). Diese wiederum sind aus

langen und kurzen Zuckerteilchenketten und

kugeligem, wasserabweisendem Lignin aufgebaut.

Hier können sich Ladungsträger nicht

bewegen, es kann also kein Strom fließen

ABER: In nassem Holz kann das Wasser den

elektrischen Strom leiten – es kann also passieren,

dass Holz doch in geringem Ausmaß

elektrischen Strom leitet. Darum muss für

diesen Versuch unbedingt trockenes Holz verwendet

werden, um aufzuzeigen, dass Holz

ein Nichtleiter (Isolator) ist.

elektrische leitfähigkeit

Vergleiche:

Elektrische Leitfähigkeit von

trockenem Eichen-Holz und

elektrische Leitfähigkeit eines

Edelstahllöffels. Beim Eichenholz

leuchtet kein Lämpchen,

beim Metalllöffel strahlen

beide um die Wette.

Deshalb hatten Schraubenzieher früher immer einem Holzgriff. Wenn man beim

Arbeiten mit dem Schraubenzieher unabsichtlich einen Stromkreis berührt hat,

bekam man keinen Stromstoß. Der Holzgriff wirkte als Isolator.

Elektrostatik

Was bewegt Holz?

Kann Holz elektrostatisch

aufgeladen werden?

Mit Elektrostatik bist du täglich konfrontiert. Sicher ist es dir schon passiert, dass es beim

Öffnen der Autotür oder dem Berühren einer anderen Person „funkt“. Verantwortlich

dafür sind positive und negative elektrische Ladungen.

Stäbe aus Holz mit elektrischen

Kräften bewegen

» Verschiedene kleinere

Holzleisten / Holzstäbe, Fell oder

Kleidungsstück aus Wolle (Schal,

Haube o.ä.),

» Elektroinstallationsrohr

oder Trinkröhrl

» Schraubverschlüsse von

Plastikflaschen, die oben etwas

gewölbt sind oder dicke Stifte,

auf die man die Holzstäbe

legen kann

Eine tolle Simulation für

Elektrostatik findest du unter

https://phet.colorado.edu/de/

simulation/balloons

(Ballons und statische Elektrizität)

Lege den Holzstab auf einen Schraubverschluss,

sodass er sich leicht mit dem Finger

drehen lässt. Reibe das Installationsrohr

oder das Trinkröhrl am Fell oder an der Wolle

(meist funktioniert es auch an „normaler“

Kleidung – hängt aber von den Materialien

der Kleidungsstücke ab) und bewege es dann

senkrecht zur Holzleiste.

Versuche es mehrmals!

Für diesen Versuch brauchst du Geduld.

Beobachtung:

Die Leiste aus Holz bewegt sich und

versucht, dem Rohr zu folgen.

Variante:

Lege ein kleines Stück Holz in ein Gefäß mit

Wasser und versuche es mit dem Installationsrohr

bzw. dem Trinkröhrl zu bewegen.

elektrostatik

Was ist passiert?

Holz lässt sich hervorragend elektrisch aufl -

den. Die meisten Materialien sind gleichmäßig

positiv und negativ geladen, also neutral.

Wenn man Kunststoff (das Trinkröhrl oder

das Installationsrohr) nun mit dem Fell bzw.

der Wolle reibt, gehen negative Ladungen der

Wolle / des Fells auf den Kunststoff über. Er

ist nun negativ geladen, die Wolle / das Fell

hingegen positiv.

Holz ist elektrisch neutral. Näherst du das

elektrisch negativ geladene Kunststoffroh

deinen Holzleisten, so werden die negativen

Ladungen hier zurückgedrängt und die Vorderseite

wird positiv. Das negativ aufgeladene

Kunststoffrohr zieht die positive Oberfl -

che vom Holz an. Die WissenschaftlerInnen

nennen diesen Vorgang Influenz

elektrostatik

Wie kannst du ein Holzrad

ohne Berührung möglichst

schnell bewegen?

» Kunststoffrohr oder

dickes Trinkröhrl

» Material zum Aufladen

(Fell, Wolle usw.)

» Gegenstände aus Holz,

die bewegt werden können

wie Holzräder, Rundholzstäbe,

Zwirnspulen, Holzkugeln

» evt. zusätzlich einen Flying Stick

Reibe das Kunststoffrohr mit dem Fell und

halte es an die rollbaren Holzstücke. Wie groß

können die Holzstücke sein, damit du sie noch

ins Rollen bringen kannst?

Die Situation ist die gleiche wie beim vorhergehenden

Versuch: Wenn man das Kunststoffrohr

mit dem Fell / der Wolle reibt, wird es

elektrisch negativ aufgeladen.

Das rollbare Holzteil, dem wir uns mit dem

Kunststoffrohr nähern, ist elektrisch neutral

und enthält viele bewegliche negative Ladungen.

Kommt man mit dem Rohr in die Nähe

des Holzes, so werden die negativen Ladungen

im Holz vom Kunststoffrohr zurückgedrängt.

Das sieht so aus, als ob das Rundholz

positiv geladen wäre und unterschiedlich geladene

Gegenstände ziehen einander an.

Daher beginnt der Holzgegenstand sich zu bewegen.

Tipp!

Wenn es mit dem Kunststoffrohr ode

dem Trinkröhrl nicht mehr funktioniert,

versuche es mit einem „Flying Stick“

(im Internet bei mehreren Anbietern

erhältlich).

Wärmeleitfähigkeit und

Luftdurchlässigkeit von holz

Alles in Butter!

Warum fühlt sich ein Steinboden im Haus immer kalt und ein Holzfußboden immer angenehm

warm an? Warum verbrenne ich mir in der Sonne die Fußsohlen auf der Asphaltstraße,

kann aber noch immer über die Holzterrasse laufen? Wenn man barfuß über verschiedene

Oberflächen wandert, spürt man sofort eindeutige Unterschiede. Nicht nur die

Oberflächenstruktur ändert sich, auch die gefühlte Temperatur ist ganz anders. Das liegt

an der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit der Materialien. Ist ein Boden ein guter Wärmeleiter

wie z.B. Stein oder Metall, so nimmt er die Wärme des Fußes und leitet sie schnell

ab. Der Boden fühlt sich kalt an. Ist er ein schlechter Wärmeleiter wie Holz, so leitet er die

Wärme des Fußes nicht gut weiter und der Boden fühlt sich warm an.

Wer kann sich am längsten

auf der Rutsche halten?

» Als Rutsche eine Metallschiene

(auch andere Materialien) und

» eine gleich große Leiste aus Holz

» einen Topf

» kalte Butter und ein

kleiner Löffel oder Spatel

» heißes Wasser (Wasserkocher)

» Stein zum Beschweren

» Gummibärchen

Fülle in den Topf (vorsichtig!) ziemlich heißes

Wasser. Die Gummibärchen werden mit ein

bisschen Butter jeweils ganz oben auf ihre

Rutsche geklebt und dann werden beide Rutschen

in den Topf gestellt. Ein Stein in der

Mitte verhindert, dass die Holzrutsche aufschwimmt.

Und jetzt warte, was passiert.

Statt heißem Wasser kann man die Schüssel mit den Gummibärchen auch in die

Sonne stellen und beobachten was passiert. Miss mit einem Messgerät nach, welche

Temperatur die Rutschen tatsächlich haben.

Interessant ist auch der Wärmeverlauf entlang der Rutsche (also der Temperatur-Unterschied

bei den Rutschen direkt an der Wasseroberfläche und g nz oben, wo die

Gummibärchen sitzen).

Wärmeleitfähigkeit und Luftdurchlässigkeit von holz

Die Rutschen, die im heißen Wasser stecken,

leiten die Wärme des Wassers unterschiedlich

schnell und gut weiter. Wenn der Untergrund,

also die Rutsche, warm wird, schmilzt die Butter

und rutscht samt Gummibärchen runter.

Die Metallrutsche wird die erste sein, bei der

das passiert.

Lege einfach einen Eiswürfel auf ein Stück Metall und parallel dazu einen auf ein

Stück Holz. Wo schmilzt der Eiswürfel schneller? Was von beiden fühlt sich kälter an?

Miss mit einem Messgerät nach, wie warm beide Stücke tatsächlich sind.

Jeder Stoff, also jedes Material, besteht aus

winzigen Teilchen, die sich bewegen. Wenn

ein Stoff ein guter Wärmeleiter ist, dann kann

er die Wärme gut von einem Teilchen auf das

nächste übertragen. An der Erwärmungsstelle

beginnen die Teilchen stärker zu schwingen.

Durch die Schwingung bewegen sie sich

immer schneller, stoßen dabei irgendwann

an das Nachbarteilchen an und geben die

Energie weiter. Die Nachbarteilchen geben ihrerseits

die Energie an ihre Nachbarn weiter.

Der Wärmetransport erfolgt von Stoffteilche

zu Stoffteilchen, ohne dass diese ihre Plätze

verlassen. Je besser diese „Übergabe“ funktioniert,

desto besser leitet ein Stoff Wärme.

Besonders gut klappt diese Übergabe bei Metallen

aller Art, da hier die Teilchen dicht aneinander

„gedrängt“ sind. Wie bereits beim Aufbau

von Holz beschrieben („Aus was besteht

Holz“, S. 20 ff), besteht Holz zu großen Teilen

aus Poren. Bei frischem Holz sind diese mit

Wasser gefüllt, bei getrocknetem Holz sind

sie mit Luft gefüllt. Im Holz gibt es also viele

kleine und große Unterbrechungen zwischen

den Teilchen. Sie können die Schwingungen

nur schlecht weitergeben. Somit ist Holz ein

schlechter Wärmeleiter.

Wärmeleitfähigkeit und Luftdurchlässigkeit von holz

Nasses Holz, bei dem die Poren noch mit Wasser

gefüllt sind, ist ein wesentlich besserer

Wärmeleiter als trockenes Holz. Denn Wasser

ist ein Stoff mit vielen Teilchen und leitet die

Wärme gut weiter. „Guter“ und „schlechter“

Wärmeleiter ist in diesem Fall etwas irreführend.

Oft ist eine „schlechte“ Wärmeleitung

durchaus wünschenswert. Denn Stoffe, die

keine guten Wärmeleiter sind, nennt man Isolatoren.

Sie verhindern die Wärmeleitung.

Das ist nützlich, wenn man die Wärme einschließen

will, beispielsweise in einer Thermoskanne,

bei Fensterglas oder in einem

Holzhaus im Winter.

Energieeffiziente Häuser sind häufig aus Vollholz gebaut (Holz-Massivbauweise),

da Holz ein ökologisch wertvoller Stoff ist (siehe Klima S. 25) und ein gutes Raumklima

erzeugt. Holz isoliert auf natürliche Weise, darum sind Wände aus Holz

bei gleichen Wärme-Isolationswerten viel dünner im Gegensatz zu Wänden aus

anderen Baustoffen. Im Winter bleibt die warme und im Sommer die kühle Luft

im Haus. Die Poren des Holzes isolieren nicht nur, sondern sorgen auch für einen

natürlichen Luftaustausch.

Nicht nur für die Wärmeleitfähigkeit ist der

Trocknungsgrad von Holz entscheidend. Beim

Brennholz ist ein Feuchtegehalt von 15 % bis

20 % ideal. Die Feuchte von offen gelagertem

Holz ist immer an die Luftfeuchte der Umgebungsluft

angepasst. Die Luftfeuchte kann

nicht unterschritten werden. Möchte man

eine geringere Holzfeuchte erreichen, muss

das Holz aktiv in Trocknungskammern getrocknet

werden.

Eine (Schaum)krone für das Holz!

Wie weiß ich, ob Holz zum Heizen trocken genug ist?

» Holzscheiben (oder bei größeren Stamm-Scheiben

nur Teile / Segmente davon)

» verschieden lange Aststücke oder Holzstücke

» Kachelofenholz (max. ca. 15 – 20 cm)

» Spülmittel oder Seifenblasenlösung

Wärmeleitfähigkeit und Luftdurchlässigkeit von holz

Trage auf der einen Seite des Holzes Spülmittel

mit Wasser oder eine Seifenblasenlösung

auf. Dann nimm die trockene Holzseite in den

Mund oder setze die Lippen an und puste

ganz kräftig hinein. Versuche es mit verschiedensten

Holzsorten und Holzstärken. Kann

man bei den Baumstammsektoren Stellen mit

mehr oder weniger Seifenblasen erkennen

(gegen die Rinde zu oder gegen das Kernholz)?

Kann man durch alle Holzstücke durchblasen

und Seifenblasen erzeugen oder gelingt es bei

bestimmten Holzarten nicht?

Bilden sich auf der Seite mit dem Spülmittel

Seifenblasen, ist das Holz trocken genug.

Grund dafür sind die kleinen Kanäle (Leitungsbahnen

/ Poren) im Holz, die Wasser und Nährstoffe

im Stamm transportieren (siehe Aufbau

von Holz S. 20 ff). Im lebenden Baum sind diese

Bahnen im Splintholz immer mit Wasser gefüllt.

Fällt man Holz und legt es danach zum

Trocknen, verdunstet dieses Wasser und die

Bahnen sind leer. Die Luft, die man in das Holz

hinein pustet, kann sich daher frei bewegen

und erzeugt den Seifenblasenschaum auf der

anderen Seite des Holzes.

WIESO FUNKTIONIERT

DAS NICHT MIT NADELHOLZ?

Der Seifenblasenversuch funktioniert

sehr gut mit Laubhölzern. Nadelholz

ist NICHT geeignet. Grund dafür ist der

unterschiedliche Aufbau der Holzarten

(Poren- / Leitungsbahnensystem

=> siehe Skizze Seite 18)

Schaumkrone bei Ahornholz

Es ist natürlich leichter durch dünne Holzscheiben zu blasen, aber abhängig von der

Holzart kann auch durch dicke Stücke Luft geblasen werden. Gut funktioniert

z.B. getrockneter Ahorn.

andverhalten

Holz brennt sicher!

Warum brennt

Holz?

Ein Baum braucht zum Wachsen Wasser (mit

Nährstoffen), CO 2

und Sonnenenergie, d.h.

Licht und Wärme (siehe Fotosynthese S. 28).

Diese Energie ist sozusagen im Holz gespeichert.

Wenn Holz verbrennt wird diese Energie

in Form von Wärme und Licht wieder freigesetzt.

Außerdem wird das Wasser in Form von

Dampf und der Kohlenstoff, der bei der Fotosynthese

als CO 2

aufgenommen wurde, wieder

an die Atmosphäre abgegeben.

Aber was brennt

jetzt eigentlich?

Holz fängt bei einer Temperatur von 280-340°C

(Zündtemperatur) an zu brennen. Bei dieser

Temperatur ist das ganze Restwasser (15-20 %)

im Holz bereits verdunstet und die Hauptbestandteile

Zellulose, Hemizellulose und Lignin

zerfallen. Dabei entstehen Gase, die sich entzünden.

Das ist das eigentliche Feuer. Bei einer

optimalen Verbrennung mit ausreichend Sauerstoff

können die Flammen Temperaturen bis

1100°C erreichen.

Eigentlich brennen Gase, die aus dem Holz entstehen. Das kann man bei einem

Lagerfeuer hervorragend erkennen. Die Flammen „tanzen“ auf den Holzsstücken.

Holz bildet beim Abbrennen eine Holzkohlenschutzschicht.

Damit schützt es sich quasi

selbst vor dem Verbrennen. Man kann auch sagen

„Holz brennt berechenbar“. Die Abbrandgeschwindigkeit

von Bauholz beträgt 0,5-0,65

mm/min. Das bedeutet, dass ein 10 cm dicker

Dachbalken ca. drei Stunden braucht um

durchzubrennen, wenn die Hitze nur von einer

Seite, also z.B. von unten, einwirkt.

Deshalb werden Brände von Vollholzgebäuden (Gebäuden aus massivem Holz) bei

Feuerwehrleuten oft als weniger gefährlich eingestuft als Brände von Häusern, die

mit anderen Baustoffen errichtet wurden. Holz brennt berechenbar, gleichmäßig

und relativ langsam und kündigt sein Versagen durch ein Knacken an.

Damit Holz vollständig verbrennt, muss genügend

Sauerstoff vorhanden sein. Wird Holz

ohne Sauerstoff erhitzt, zerfällt es ebenfalls in

seine Bestandteile, vor allem Kohlenstoff. Es

wird schwarz. Übrig bleibt Holzkohle, die z.B.

zum Grillen verwendet werden kann.

Brandverhalten

Der kleinste Holzkohlenmeiler

der Welt

» einige Zündhölzer

» einen Fingerhut aus Metall

» etwas Aluminiumfolie

» eine Schere

» eine dünne Nadel

» eine Holzkluppe oder eine Zange

» ein Teelicht oder eine Kerze

» eine feuerfeste Unterlage

Brandverhalten

Schneide von 2 – 3 Zündhölzern die Pulverköpfchen

ab (wirf die Köpfe weg) und zerschneide

die verbleibenden Stiele in jeweils

acht bis zehn kleine Schnitzel. Die füllst du in

deinen Fingerhut. Verschließe die Öffnung des

Fingerhuts mit der Aluminiumfolie. Stich mit

der Nadel ein kleines Loch in die Mitte des Foliendeckels

– fertig ist der Mini-Holzkohlenmeiler.

Zünde nun ein Teelicht an und halte mit

Hilfe der Holzkluppe oder der Zange den verschlossenen

Fingerhut für ungefähr 5 Minuten

über die Flamme des Teelichtes.

Nach kurzer Zeit entweicht aus dem kleinen

Loch ein dünner, heller Rauchfaden. Eine weitere

Person kann versuchen, mit einem Zündholz

den Rauch anzuzünden. Was passiert?

Wenn das Ganze abgekühlt ist, kannst du die

Folie herunternehmen. Was bleibt im Fingerhut

übrig?

Zündholzköpfe

abschneiden

Holzgas

Holzkohle

Der Fingerhut kann auch

mit einer Zange oder einer

Holzkluppe über das Teelicht

gehalten werden

Achtung: Der Fingerhut und die

Aluminiumfolie sind sehr heiß, nicht

ohne Schutzhandschuhe anfassen!

Brandverhalten

Der Rauchfaden enthält ein brennbares Holzgas

und lässt sich anzünden. Über dem Loch

im Deckel flackert jetzt ein Flämmchen

Mit dem Holzgas könnte man sogar Autos antreiben.

Der Mercedes-Benz 170 V, gebaut zwischen 1939 und 1942, war unabhängig vom

Benzin. Sein Motor leistete 22 PS und die Höchstgeschwindigkeit betrug 80 km/h.

Für 100 Kilometer benötigte man 15 Kilogramm Holz, als Reserve wurden 30 Kilogramm

Holz mitgenommen.

Die Zündhölzer sind ganz schwarz geworden.

Aus dem Holz ist Holzkohle entstanden. Sie

konnten nicht verbrennen, weil zu wenig Sauerstoff

vorhanden war

Vielleicht kann man sogar einige Tropfen einer

gelblichen Flüssigkeit unter der Aluminiumfolie

und im Fingerhut erkennen. Diesen flüss -

gen Stoff nennt man Holzgeist

Zusammenfassend kann man sagen: Ohne

Sauerstoff und mit Zufuhr von Wärme kann

man Holz in gasförmiges Holzgas, flüssige

Holzgeist und feste Holzkohle zerlegen.

Mit der entstandenen Holzkohle kann man wunderbar Bilder zeichnen!

Natürlich gibt es auch hier Unterschiede bei den Holzarten. Wenn du zum Halten

des Fingerhuts über das brennende Teelicht eine Wäscheklammer benutzt, brennt

sie nicht so leicht an, weil sie aus hartem Holz, z.B. Buchenholz, hergestellt wurde.

Das Zündholz ist aus weichem Holz, z.B. Fichte, und brennt leicht.

echter Holzkohlemeiler

Brandverhalten

Wie kann man nachweisen,

dass in einem Material

Kohlenstoff enthalten ist?

» Alufolie zu Schienen gefaltet

» Wäscheklammer

» Teelicht

» Zündhölzer

» Salz

» Sägemehl (möglichst fein)

» Staubzucker

» feuerfeste Unterlage

» Schutzbrille

» Haargummi (um lange

Haare zusammenzubinden)

Alle ForscherInnen müssen eine Schutzbrille

tragen – lange Haare bitte zusammenbinden.

Die Alufolie dient als Minipfanne, die Wäscheklammer

ist der Griff (siehe Wärmeleitfähigkeit

von Holz S. 60 ff). Zuerst wird über

dem Teelicht das Salz erwärmt. Beobachte

was passiert. Schau und höre genau hin. Als

nächstes wird Sägemehl erhitzt und zum

Schluss der Staubzucker.

Achtung:

Bei diesem Versuch müssen die

Rauchmelder im Klassenraum

deaktiviert werden! Sonst kann

es zu einem Fehlalarm kommen.

Brandverhalten

Achtung:

Brennende Teelichter werden heiß. Nicht mit der bloßen Hand berühren

und auf feuerfeste Unterlagen stellen. Versuche mit Feuer

dürfen nur unter Aufsicht Erwachsener durchgeführt werden!

Salzkörner besteht aus NaCl-Kristallen (Natriumchlorid).

Deshalb sind sie nicht rund, sondern

haben immer eine eckige Form. Werden

sie erhitzt, „platzen“ die Kristalle teilweise auf.

Die Körnchen springen dabei und knacken hörbar.

Da Salz jedoch keinen Kohlenstoff enthält,

wird es beim Erhitzen nicht schwarz.

Die Bestandteile von Holz, also Zellulose, Hemizellulose

und Lignin, sind aus Glukoseteilchen

(Zuckerteilchen) aufgebaut. Diese bestehen

aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff

(siehe „Aus was besteht Holz“, S. 20 ff). Sägemehl

ist fein gemahlenes Holz und enthält damit

einen hohen Anteil an Kohlenstoff. Wird

das Sägemehl erhitzt, wie in diesem Versuch,

wird es schwarz. Ähnlich wie bei der Holzkohleherstellung

zerfällt das Holz bereits in seine

Bestandteile, verbrennt aber nicht vollständig.

Wird der Staubzucker erhitzt, wird er zuerst

flüssig und anschließend braun. Das zeigt, dass

auch im Zucker Kohlenstoff enthalten ist

Wenn der Zucker braun wird, die Alufolie sofort von der Flamme nehmen und auf

die Unterlage legen. Es ist Karamell entstanden, das man essen kann.

Aber Vorsicht: Flüssiges Karamell ist sehr heiß. Zuerst auskühlen lassen.

Warum kann man Holzasche zum Wäschewaschen nehmen?

Beobachte: Die Asche von restlos verbranntem Holz ist weiß.

Denn bei der Verbrennung wird ein Großteil des im Holz gespeicherten Kohlenstoffs

(siehe S. 26 ff) wieder abgegeben. Dieser verbindet sich mit dem Sauerstoff

der Atmosphäre wieder zu CO 2

. Damit verschwindet die „schwarze Farbe“ und es

bleiben nur hellgrau/weiße Reste übrig. Diese enthalten hauptsächlich mineralische

Bestandteile unter anderem die sogenannte Pottasche (Kaliumcarbonat).

Löst man diese in Wasser, entsteht eine seifige (alkalische oder basische ca. pH 11)

Lösung. Früher hat man damit die Wäsche gewaschen (Ersatz von Seife).

esondere eigenschaften

Hölzer und ihre besonderen

Eigenschaften

Einige Holzarten haben Inhaltsstoffe, die von den Menschen für verschiedene Zwecke genutzt

werden. Zum Beispiel veredeln die Gerbstoffe der Eiche hochwertige Weine und Spirituosen

(Lagerung in Eichenfässern). Das Pinosylvin der Zirbe sorgt dafür, dass Lebensmittel

in Zirbenbehältern länger halten und dass man in einem Zirbenbett besonders gut

schläft. Auch die Rosskastanie enthält einen Stoff, der vor allem in früheren Zeiten wertvolle

Dienste geleistet hat!

Die geheimnisvolle Rosskastanie

» Zweige von der Rosskastanie

» hohe Gläser mit Leitungswasser

» Schwarzlichtlampe

(Geldscheinprüfer, UV-Lampe)

» Taschenmesser

» Reagenzgläser

Hufeisenform

Blattnarbe

Untersuche ganz genau den Kastanienzweig,

vielleicht hast du sogar einen Zweig

mit Knospen. Am Zweig kannst du ganz sicher

hufeisenförmige Narben mit meistens

fünf kleinen Pünktchen sehen. Hier ist das

Blatt mit dem Stiel abgebrochen und die

Kastanie hat die Leitungsbahnen (Pünktchen)

mit Kork verschlossen (nähere Informationen

dazu siehe S. 16 ff)

Leitungsbahnen

esondere eigenschaften

Experiment

bei Sonnenlicht

Schabe mit einem Taschenmesser Rinde vom

Rosskastanienzweig und lass die Rindenstückchen

in ein wassergefülltes Reagenzglas fallen.

Schon im Sonnenlicht erscheinen unmittelbar

danach kleine blaue Nebelwolken. Am besten

siehst du sie vor einem schwarzen, von vorn

mit Sonnenlicht beschienenem Karton.

Experiment im

abgedunkeltem Raum

Das wassergefüllte hohe Glas wird in einem

abgedunkelten Raum mit Schwarzlicht (UV-

Licht) bestrahlt. Tauche den Kastanienzweig

ganz langsam in das Glas. Vielleicht bringst du

ihn schräg stehend zum Schwimmen. Beobachte

genau, an welchen Stellen des Zweiges

etwas passiert.

Du kannst dünne in Wasser eingetauchte Ästchen für eine Geheimschrift verwenden

und auf Papier oder auf dem Tisch Zeichen hinterlassen, die dann mit

UV-Licht leuchten.

Sobald ein Kastanienzweig in das Wasser getaucht

wird, bilden sich von der Schnittfläch

ausgehende blau fluoreszierende Nebel. Nach

einiger Zeit fluoresziert die gesamte Lösung.

Die Rosskastanie hat einen Stoff (Aesculin), der

bei Bestrahlung mit dem energiereichen UV-

Licht selbst zu leuchten (fluoreszieren) beginnt.

Aesculin kommt unter anderem als Licht- und

Sonnenschutzmittel zum Einsatz und wurde

bereits 1929 als optischer Aufheller für Textilien

verwendet. Durch das Aussenden des weißblauen

Lichtes erscheint das Grundmaterial

heller („weißer als weiß“).

Der Weg des

Forstwirtschaft

Jungpflanzen (klein

Bäume) werden in

speziellen Baumschulen

gezüchtet und an

Forstbetriebe ausgeliefert.

FörsterInnen

bestimmen, welche

Bäume wo gesetzt

werden und welche

Bäume geerntet werden.

Sie sind auch für

die Pflege des Walde

verantwortlich. Die

Holzernte wird von

Forsttechnikern

durchgeführt.

Rundholztransport

RundholztransporteurInnen

sind die „Formel-1-Fahrer“

unter

den Lastwagenfahrer-

Innen. Sie sorgen dafür,

dass das Holz vom

Wald ins Sägewerk

kommt. Dabei müssen

mit 40-Tonnern u.a.

enge Forststraßen bei

Eis und Schnee befahren

werden.

Holzhandel

Der Holzhandel ist für

den Ein- und Verkauf

von verschiedensten

Holzarten und

Holzprodukten

verantwortlich.

Faserstofferzeugung

Holz wird zu Holzfasern

verarbeitet; daraus werden

zum Beispiel Zellsstoff

Stoffe für Kleidung un

vieles mehr erzeugt.

Sägewerk /

Holzindustrie

Im Sägewerk wird der

Baumstamm zu Brettern

verarbeitet. Dabei wird das

Holz zuerst entrindet, geschnitten

und getrocknet.

In einigen Sägewerken

werden die Bretter dann

mit Hobelmaschinen gehobelt

und vielleicht sogar zu

Leimholzbindern (mehrere

Holzschichten zu einem

großen Holzstück verleimt –

braucht man vor allem

im Holzbau) oder zu

Platten verarbeitet.

Energieerzeugung

Holz wird zur Erzeugung von Wärme (vom Kachelofen bis zum Heizwerk) und von

Strom eingesetzt. Viele Holzbetriebe nützen die „Reststoffe“ (S gespäne, Holz-Reste

vom Zuschnitt), um ihre Werke mit Strom und Wärme zu versorgen.

Papierindustrie

Papier wird aus

Holz oder Altpapier

(Recycling-Papier)

hergestellt. Nähere

Informationen: www.

papiermachtschule.at

Fußbodenerzeugung

Das Holz aus den

Sägewerken wird in

Parkettwerken zu

Holzfußböden weiterverarbeitet

...

Fensterund

Türenerzeugung

… oder das Holz wird

zur Produktion von

Fenstern und Türen

eingesetzt.

Chemische

Industrie

Bekleidungsindustrie

Holz ist in vielen

Produkten enthalten

(u. a. Vanilleeis, Nagellack,

Waschmittel etc.).

Tischlerei

TischlerInnen planen und

erzeugen Möbel und viele

andere Produkte für die

Inneneinrichtung

(Holzdecken, Wandverschalungen

etc.).

Holzbau /

Zimmerei

Immer mehr Häuser und

andere Gebäude werden

aus Holz errichtet. Für Planung

und Umsetzung sind

ArchitektInnen und Holzbaubetriebe

verantwortlich.

Viele andere…

Egal ob Musikinstrumente,

Spielzeug, Sportgeräte,

Boote und vieles mehr –

zahlreiche Betriebe beund

verarbeiten Holz!

EndverbraucherInnen

proHolz AUSTRIA (WIEN)

info@proholz.at

www.proholz.at

proHolz BURGENLAND

office@holz-plattform.at

www.holzfachberater.at

proHolz KÄRNTEN

office@proholz-kaernten.at

www.proholz-kaernten.at

proHolz NIEDERÖSTERREICH

proholz@wknoe.at

www.proholz-noe.at

proHolz OBERÖSTERREICH

info@proholz-ooe.at

www.proholz-ooe.at

proHolz SALZBURG

office@proholz-sbg.at

www.proholz-salzburg.at

proHolz STEIERMARK

office@proholz-stmk.at

www.holzmachtschule.at

proHolz TIROL

info@proholz-tirol.at

www.proholz-tirol.at

Gedruckt auf PEFC zertifiziertem Papier. Diese

Produkt stammt aus nachhaltig bewirtschafteten

Wäldern und kontrollierten Quellen. www.pefc.at

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