Holzforscherheft Österreich
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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
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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
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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?
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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
5
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!
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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?
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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.
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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.
9
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.
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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.
11
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.
12
Stamm/Querschnitt
Kernholz
Splintholz
Markstrahlen
Mark
Kambium
Bast
Borke
jahresring
Jahresringgrenze
Frühholz
Frühholz
Spätholz
Wasser
oder Luft
Zelle
13
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
14
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
15
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.
16
wassertransport im baum
Wasserdampf
Licht,
Wärme
Wind
Spaltöffnung
Osmotischer
Druck
17
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!
18
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?
19
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
20
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.
2
3
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!!!
21
eine Reise
durch das holz
Stamm/Querschnitt
jahresring
mit zellen
Wasser
oder Luft
1. zellwände
Mittellamelle
Primärwand
Sekundärwand
Tertiärwand
NACHBAR
ZELLE
NACHBAR
ZELLE
22
3. Zellulosefaser
Mikrofibrille
Makrofibrille
2. Zellwandbestandteile
Lignin
Zellulose
Hemizellulose
23
24
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?
25
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!
26
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
(C) gespeichert. Bei der Verrottung oder
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
.
27
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“).
28
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.
29
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
30
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.
31
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.
32
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)
33
34
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?
35
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.
36
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.
2
1. Versuchsaufbau
Zugbelastung
von Holz
2. Zugbelastung
eines Eichenfurnierstücks
in
Faserrichtung.
Deutlich ist die
Maserung des
Holzes in Längsrichtung
zu
erkennen
37
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.
38
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.
39
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!
40
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 )
41
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
42
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.
43
Quellen und schwinden
Holz quillt und schwindet
hauptsächlich
gegen die
faserrichtung
einblick in die Zellwand
einer holzfaser
Lignin
Wasserteilchen
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
44
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?
45
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.
46
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.
47
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).
48
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.
49
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.
50
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
51
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.
52
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.
53
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.
54
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.
55
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.
56
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.
57
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
58
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).
59
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).
60
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.
61
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
62
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.
63
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.
64
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
65
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!
66
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
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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.
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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).
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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
70
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“).
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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.
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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
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75
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