Kohlenstoff aus der Luft

Carbon from the Air

Natur und Technik Klasse 6 7 Aufgaben
BiologieBotanikPhotosynthese

Luft wiegt etwas — ein Kubikmeter rund 1,2 kg —, und heute vier von 10 000 ihrer Teilchen sind Kohlenstoffdioxid, zu van Helmonts Zeit knapp drei. Durch die Spaltöffnungen der Blätter nimmt der Baum dieses Gas auf und baut seinen Kohlenstoff ins Holz ein. Die Kinder rechnen in der Figur nach, wie viel Luft dafür durch die Blätter muss: Für die 18,6 kg Kohlenstoff, die die Weide dazugewann, rund 133 000 m³, etwa 670 Klassenzimmer voll. So wird die Vorstellung abgebaut, aus einem leichten Gas könne kein fester, schwerer Baum werden. Wasserstoff liefert das Wasser — und zum Umbauen braucht der Baum noch etwas, das weder Luft noch Wasser ist.

Luft wirkt wie nichts, aber sie wiegt etwas: Ein Kubikmeter Luft, ein Würfel von einem Meter Kantenlänge, hat eine Masse von rund 1,2 kg. Fast alles darin ist Stickstoff und Sauerstoff. Einen winzigen Teil bildet ein Gas, das van Helmont selbst entdeckt hatte, als er Holzkohle verbrannte: Kohlenstoffdioxid, CO₂. Jedes seiner Teilchen trägt ein Kohlenstoff-Atom.

Ein CO₂-Teilchen unter 3600 Luftteilchen
3600 Teilchen Luft. Nur eines davon — das cyanfarbene — ist Kohlenstoffdioxid, etwa 0,028 %. So war es zu van Helmonts Zeit; heute ist es eines von 2500.

Das Blatt lässt Luft durch winzige Spaltöffnungen an seiner Unterseite ein, holt das CO₂ heraus und baut den Kohlenstoff in Zucker und später in Holz ein. Bei so wenig CO₂ in der Luft stellt sich eine Frage, die man ausrechnen kann: Wie viel Luft muss ein Baum durch seine Blätter ziehen, um 18,6 kg Kohlenstoff zu sammeln?

Stelle mit dem Regler den Kohlenstoff ein, den van Helmonts Weide dazugewonnen hat, bis der Luftblock die grüne Umrandung füllt. Wie viele Klassenzimmer voll Luft mussten dafür durch ihre Blätter? Von oben gesehen ist jedes Kästchen ein Klassenzimmer.

Für 18,6 kg Kohlenstoff braucht die Weide rund 68 kg CO₂, und so viel steckte damals in etwa 133 000 m³ Luft — rund 670 Klassenzimmer. Das klingt nach unmöglich viel, aber ein Baum hat Zeit und Wind: Fünf Sommer lang strich ständig frische Luft an Tausenden Blättern vorbei. Jedes einzelne Kohlenstoff-Atom im Holz der Weide schwebte vorher als Teil eines CO₂-Teilchens durch die Luft über Flandern.

Damit ist die Buchführung fast vollständig. Den Kohlenstoff liefert die Luft, den Wasserstoff das Wasser, ein paar Gramm Mineralstoffe die Erde. Aber aus einem Gas und einer Flüssigkeit wird nicht von selbst Holz. Eine Weide im dunklen Keller nimmt nicht zu, egal wie viel Luft und Wasser sie bekommt — sie wird sogar leichter.

Voraussetzungen (1)

Leicht
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Für 1 kg Kohlenstoff im Holz musste van Helmonts Weide das CO₂ aus rund 7200 m³ Luft holen. Wie viel Luft brauchte sie für 10 kg?

  • ● 72 000 m³
  • ○ 7210 m³
  • ○ 720 m³
Zehnmal so viel Kohlenstoff braucht zehnmal so viel Luft: 10 · 7200 m³ = 72 000 m³. Die Luftmenge wächst proportional zum Kohlenstoff.
Multiple Choice #2 12s ▶ Testen

Durch welche Öffnungen gelangt Kohlenstoffdioxid ins Blatt?

  • ● durch die Spaltöffnungen
  • ○ durch die Wurzelhaare
  • ○ durch die Blattadern
Winzige Poren, meist an der Blattunterseite, lassen Luft hinein und Sauerstoff und Wasserdampf hinaus. Die Wurzeln nehmen kein CO₂ für das Holz auf.
Wahr / Falsch #3 12s ▶ Testen

Den Kohlenstoff in seinem Holz hat ein Baum aus dem Kohlenstoffdioxid der Luft.

✓ Wahr
Jedes Kohlenstoff-Atom im Holz war vorher Teil eines CO₂-Teilchens in der Luft. Erde und Wasser enthalten dafür viel zu wenig beziehungsweise gar keinen Kohlenstoff.
Mittel
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Von 10 000 Teilchen Luft — wie viele sind heute Kohlenstoffdioxid?

  • ● 4
  • ○ 400
  • ○ 2100
Rund 0,04 %, also 4 von 10 000 (2024 etwa 420 ppm); zu van Helmonts Zeit waren es knapp 3. 2100 von 10 000 wären der Sauerstoff, der rund 21 % der Luft ausmacht.
Multiple Choice #2 15s ▶ Testen

Woher stammen die Wasserstoff-Atome im Holz?

  • ● aus dem Wasser
  • ○ aus dem Kohlenstoffdioxid
  • ○ aus dem Licht
CO₂ enthält keinen Wasserstoff, Licht ist überhaupt kein Stoff. Das Wasser (H₂O), das die Wurzeln aufnehmen, liefert den Wasserstoff.
Wahr / Falsch #3 12s ▶ Testen

Luft ist so leicht, dass aus ihr unmöglich ein schwerer Baum entstehen kann.

✓ Falsch
Ein Kubikmeter Luft wiegt rund 1,2 kg. Über Jahre zieht ein Baum Zehntausende Kubikmeter durch seine Blätter und sammelt daraus seinen Kohlenstoff.
Multiple Choice #4 12s ▶ Testen

Wie viel wiegt ein Kubikmeter Luft ungefähr?

  • ● 1,2 kg
  • ○ 1,2 g
  • ○ 120 kg
Etwa 1,2 kg — etwas mehr als eine Literflasche Wasser. Die Luft in einem Klassenzimmer wiegt deshalb über 200 kg.