Van Helmonts Weide auf der Waage

Van Helmont's Willow on the Scales

Natur und Technik Klasse 6 7 Aufgaben
BiologieBotanikPhotosynthese

Van Helmont pflanzte eine Weide von 2,3 kg in 90,7 kg getrocknete Erde, goss fünf Jahre lang nur mit Regenwasser und wog danach Baum und Erde: Der Baum hatte 74,5 kg zugenommen, die Erde nur 57 g verloren. Die Kinder schieben die Jahre auf der Waage selbst vor und vergleichen die beiden Änderungen. So fällt die Vorstellung, die Pflanze baue ihr Holz aus der Erde: Höchstens ein Tausendstel des Zuwachses kann von dort stammen. Die Frage, woraus der Rest besteht, führt zum Trocknen des Holzes und zum Kohlenstoff.

Die Frage lässt sich mit einer Waage entscheiden, und genau das hat vor knapp 400 Jahren ein Arzt in Flandern getan. Jan Baptist van Helmont trocknete Erde im Ofen, bis kein Wasser mehr in ihr war, und füllte 90,7 kg davon in einen großen Topf. Hinein pflanzte er einen Weidenzweig von 2,27 kg. Er goss fünf Jahre lang nur mit Regenwasser und legte einen Deckel mit Löchern auf den Topf, damit kein Staub hineinfiel.

Wenn der Baum aus der Erde wächst, gilt eine einfache Buchführung: Was der Baum zunimmt, muss die Erde verlieren.

Schiebe die Zeit auf fünf Jahre. Wie viel Kilogramm hat der Baum gewonnen — und wie viel hat die Erde verloren? Die Balken rechts sind maßstabsgetreu in Kilogramm; die Fläche der Weide links wächst mit ihrer Masse. Gewogen hat van Helmont nur am Anfang und am Ende, die Jahre dazwischen sind gleichmäßig verteilt.

Schiebst du die Zeit auf fünf Jahre, siehst du, was van Helmont dann maß. Die Weide wog 76,74 kg, also 74,5 kg mehr als am Anfang. Das Laub, das in vier Herbsten abgefallen war, hatte er nicht einmal mitgezählt. Dann trocknete er die Erde wieder und wog sie: Es fehlten 57 g, etwa eine halbe Tafel Schokolade. Die Erde hält den Baum fest und liefert ein paar Mineralstoffe, aber sein Holz kommt nicht aus ihr.

Van Helmont zog daraus einen Schluss, der sauber klingt: Er hatte nur Wasser in den Topf gegeben, also sei der Baum aus Wasser gemacht. Holz ist aber kein nasser Schwamm. Um zu prüfen, ob er recht hatte, muss man dem Holz das Wasser wegnehmen und nachsehen, was übrig bleibt.

Leicht
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Die Weide wog am Anfang 2,27 kg und nach fünf Jahren 76,74 kg. Um wie viel hat sie ungefähr zugenommen?

  • ● 74,5 kg
  • ○ 79,0 kg
  • ○ 7,4 kg
76,74 kg − 2,27 kg = 74,47 kg, gerundet 74,5 kg. Van Helmont schrieb 5 Pfund und 169 Pfund 3 Unzen. Wer addiert, kommt auf 79 kg.
Wahr / Falsch #2 12s ▶ Testen

Weil Pflanzen in der Erde wurzeln, nehmen sie ihr Baumaterial hauptsächlich aus der Erde auf.

✓ Falsch
Die Erde gibt Halt, Wasser und eine kleine Menge Mineralstoffe. Das Holz selbst besteht zum größten Teil aus Stoffen, die nicht aus der Erde kommen — der Weidenversuch zeigt es auf der Waage.
Mittel
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Angenommen, die Weide baut ihr Holz aus der Erde. Sie nimmt 74,5 kg zu. Was müsste die Waage danach für die 90,7 kg Erde zeigen?

  • ● etwa 16 kg
  • ○ etwa 90,6 kg
  • ○ etwa 165 kg
Was der Baum aus der Erde nimmt, fehlt der Erde: 90,7 kg − 74,5 kg ≈ 16 kg. Gemessen hat van Helmont aber 90,6 kg — die Annahme war falsch.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Der Baum hat rund 74 500 g gewonnen, die Erde 57 g verloren. Welcher Teil des Zuwachses könnte höchstens aus der Erde stammen?

  • ● etwa 1 Teil von 1300
  • ○ etwa die Hälfte
  • ○ fast alles
74 500 g : 57 g ≈ 1300. Selbst wenn jedes fehlende Gramm Erde im Baum steckte, wäre das nur ein winziger Bruchteil seines Holzes.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Van Helmont trocknete die Erde vor und nach dem Versuch, damit Wasser in der Erde das Wiegen nicht verfälschte.

✓ Wahr
Nasse Erde ist schwerer als trockene. Nur trocken gewogen lässt sich vergleichen, wie viel Erde selbst verschwunden ist.
Multiple Choice #4 12s ▶ Testen

Was sollte der gelochte Deckel vom Topf fernhalten?

  • ● Staub aus der Luft
  • ○ Regenwasser
  • ○ Licht
Hineinwehender Staub hätte die Erde schwerer gemacht und den Verlust verdeckt. Wasser und Licht musste der Baum ja bekommen.
Wahr / Falsch #5 12s ▶ Testen

Tomaten können ganz ohne Erde in Wasser mit gelösten Nährsalzen wachsen und Früchte tragen.

✓ Wahr
In Hydrokultur wachsen Pflanzen ohne Erde. Sie brauchen Wasser, ein paar Mineralsalze, Licht und Luft — die Erde ist kein Baustoff.