Wie entstehen Kondensstreifen? Zwischen Naturphänomen und Chemtrails

Die Sommerferien rücken näher und viele von uns ergreift das Fernweh. Dann wandert der Blick zum Himmel und den Flugzeugen hinterher… mitsamt ihrer weissen Kondensstreifen. Im Netz kursieren die wildesten Verschwörungstheorien, die die wolkig-weissen Bänder zu “Chemtrails” aufbauschen. Meist sind es Regierungen, Militärs oder Industrien, die Verkehrsflugzeuge “missbrauchen” sollen, um – aus welchem Grund auch immer – vorsätzlich Chemikalien in der Luft und damit über uns ausbringen würden.

Mein Leser Rene ist da zu Recht skeptisch. Und fragt, wie Kondensstreifen tatsächlich entstehen.

Wer sich jetzt fragt, ob es sich dabei tatsächlich um “Chemtrails” handeln könnte, dem sei gesagt: Jain!

Was kommt aus Flugzeugturbinen heraus?

Alle grösseren Flugzeuge fliegen heute mit Kerosin. Oder besser Kerosinen. Denn “Kerosine” bezeichnet eine ganze Gruppe von Stoffgemischen aus Kohlenwasserstoffen mit meist 8 bis 13 Kohlenstoffatomen. Diese Moleküle sind also nur wenig grösser (und damit schwerer) als die des Benzins für Autos.

Wie letzteres wird auch Kerosin aus Erdöl gewonnen. So bleibt es nicht aus, dass im Kerosin neben den “einfachen” Kohlenwasserstoffen auch sogenannte “aromatische” Kohlenwasserstoffe wie Benzol enthalten sind. Dazu kommen weitere organische Stoffe – sogenannte Additive – die besondere Eigenschaften haben. Zum Beispiel eine antioxidative – also reduzierende – Wirkung, die den Flugzeugmotor vor Korrosion schützen soll.

Verbrennung von Kohlenwasserstoffen

Eines haben all diese Stoffe jedoch gemeinsam: Sie sind allesamt organische Verbindungen, bestehen also vornehmlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Und damit verbrennen sie im Flugzeugmotor auf die gleiche Weise:

Die Gleichung beschreibt die vollständige Verbrennung von organischen Verbindungen am Beispiel von Octan: Dabei entstehen stets Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf.

Weitere Verbrennungsprodukte

Manche Kerosinbestandteile enthalten zusätzlich Schwefelatome (trotz Entschwefelung bleiben immer ein paar übrig). Aus solchen Molekülen entsteht bei der Verbrennung das Gas Schwefeldioxid (SO2) – das mit Wasser zu schwefliger Säure (H2SO3) weiterreagieren kann.

Mit mehr Sauerstoff kann es ausserdem zu Schwefeltrioxid (SO3) weiterreagieren, aus welchem wiederum mit Wasser Schwefelsäure entstehen kann.

Zudem werden nicht alle Moleküle vollständig verbrannt, sodass immer ein paar Kohlenwasserstoff-Trümmer zurückbleiben. Diese Trümmer kennen wir von Kerzenflammen als Russ – und im Abgas von Verbrennungsmotoren als “Feinstaub”.

Alles in allem entstehen in Flugzeugmotoren Abgase, die mit denen von Automotoren vergleichbar sind. Einschliesslich der durch die Verbrennung von Luftstickstoff entstehenden Stickstoffoxide NOx, die hier aber keine Rolle spielen.

Was passiert mit den Abgasen?

Kohlenstoffdioxid ist ein Gas mit Sublimationspunkt (hier wird festes CO2 direkt zu CO2-Gas) bei -78°C bei Atmosphärendruck. Bei niedrigerem Druck in grosser Höhe liegt er noch niedriger. Wasser ist bei über 100°C (Atmosphärendruck) ein Gas, zwischen 0°C und 100°C flüssig und bei unter 0°C fest. Auch der Siedepunkt von Wasser liegt bei geringerem Druck deutlich niedriger, aber nicht entscheidend niedrig.

Auf der Reiseflughöhe von Verkehrsflugzeugen, also etwa 8000 bis 11000 Meter über dem Meer, ist es -40°C bis -60°C kalt. Das könnt ihr während eures nächsten Fluges selbst an eurem Sitz-Bildschirm ablesen.

Das CO2 bleibt auch bei solch niedrigem Druck und niedriger Temperatur ein Gas und verliert sich in der Atmosphäre. Der Wasserdampf kondensiert dagegen schnell und gefriert anschliessend zu Eiskristallen. Oder er resublimiert direkt vom Gas zu Eis. Auf diese Weise entstehen in der Natur Wolken!

Für einen Eiskristall braucht es jedoch immer einen Anfang, der den Mittelpunkt bildet (wenn es im Winter schneit, könnt ihr euch diese filigranen Gebilde unter dem Mikroskop anschauen). Einen solchen “Anfang” nennen Chemiker “Kristallisationskeim”. Und hier kommen die Schwefeloxide und die Feinstaubpartikel aus dem Flugzeugabgas ins Spiel. Die geben nämlich wunderbare Kristallisationskeime ab.

So kristallisiert an ihnen nicht nur das Wasser aus dem Abgas (das reicht für die Kondensstreifen nicht aus), sondern vor allem die Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft! Wenn es denn welche hat. In grosser Höhe ist das oft der Fall: Hier sind Luftfeuchtigkeiten bis 200% möglich!

Kondensstreifen sind Wolken

Kondensstreifen sind also “Wolken” aus natürlicher Luftfeuchtigkeit, die von ganz normalen Flugzeugabgasen angeregt entstehen!

Je nach Wetterlage in Reiseflughöhe entstehen diese Wolken entweder gar nicht (es ist zu trocken), sie verschwinden binnen Sekunden/Minuten wieder (es ist nur wenig feucht), oder sie bleiben stundenlang am Himmel sichtbar, wobei sie immer weiter zerfasern und breiter werden (wenn es reichlich feucht ist).

Dann bekommen sie von den Wetterforschern sogar einen eigenen Namen: “Homomutatus” – lateinisch in etwa für “menschengemachte Veränderung”. Zudem werden sie in die Gruppe der als Schlechtwetterwolken bekannten “Cirrus-“, also Federwolken eingeordnet.

Kondensstreifen als Wetter-Vorboten

Wie die bleibende Kondensstreifen bzw. Homomutatus-Wolken entstehen auch die natürlichen Cirrus-Wolken, wenn es in grosser Höhe feucht und kalt ist. Und das kommt vor, wenn das Wetter umschlägt. So können Homomutatus-Wolken ebenso wie ihre natürlichen Vettern Anzeichen für ein aufziehendes Tiefdruckgebiet, also schlechtes Wetter sein.

Kondensstreifen bzw. Homomutatus- und natürliche Cirrus - Wolken
Eine Wetterlage mit natürlichen Federwolken begünstigt auch die längere Erhaltung von Kondensstreifen bzw. Homomutatus-Wolken

Manche Menschen – besonders solche, die schon ein paar mehr Jahre gelebt haben – fragen sich, warum es heute mehr Homomutatus-Wolken zu geben scheint als früher. Die Beobachtung ist sicherlich nicht falsch. Denn es gibt nicht nur mehr Flugzeuge als früher, sondern dank des Klimawandels auch weniger stabiles Wetter und damit mehr aufziehende Tiefs. So ergeben sich mehr Gelegenheiten für die Entstehung bleibender Kondensstreifen. So kann der Himmel in luftverkehrsreichen Gebieten an solchen Tagen schon einmal regelrecht gemustert aussehen:

Kondensstreifen bilden fast rechtwinklige Karrees am Himmel: Das Himmelsstrassennetz wird sichtbar!
Auch am Himmel gibt es festgelegte Verkehrswege. Bei entsprechender Witterung werden die an luftverkehrsreichen Orten als Kondensstreifen-Muster am Himmel sichtbar.

Können Kondensstreifen das Klima beeinflussen?

Wenn sie als Homomutatus länger am Himmel bleiben ja. Denn wie natürliche Cirrus-Wolken reflektieren sie einen Teil der Sonneneinstrahlung zurück ins All (Albedo-Effekt), sodass es darunter kühler wird. Dafür reflektieren sie ebenso einen Teil der Wärmestrahlung vom Erdboden zurück (Treibhauseffekt), sodass es unter ihnen wärmer wird. Wenn diese beiden Effekte sich nicht aufheben, tragen Kondensstreifen/Homomutatus zur Klimaveränderung bei, die im Zweifelsfall wiederum mehr Kondensstreifen verursacht. Ein Teufelskreis!

Also keine Chemtrails durch geheime operationen?

Wenn man “Chemtrails” als Spuren von Flugzeugen ausgebrachter Chemikalien definiert, sind Kondensstreifen tatsächlich Chemtrails. Ihre Entstehung liegt allerdings in der Natur eines jeden Verbrennungsmotors: Sie bilden sich durch ganz normale Abgase.

In manchen Situationen werden dennoch besondere Stoffe von Flugzeugen ausgestossen.

Stealth-Technologie

Tatsächlich gibt es Flugzeuge, die zusätzliche Stoffe durch ihre Turbinen gejagt haben sollen. Die dienten aber dazu, die Entstehung von Kondensstreifen zu vermeiden! Zum Beispiel beim B2-Tarnkappenbomber des amerikanischen Militärs.

Die Northrop B-2 Spirit der US Airforce : Der Tarnkappenbomber hinterlässt keine Kondensstreifen. Treibstoffzusätze wie Fluorschwefelsäure oder technische Finessen wie Laserstrahlen sollen es möglich machen.

Es wäre ja auch schön blöd, ein (vor Radarortung) getarntes Flugzeug zu fliegen und anhand des Kondensstreifens am Himmel ganz einfach zu entdecken zu sein. Prof. Blume vermutet, diese Additive könnten Fluorschwefelsäure, perfluorierte Tenside (PFT) wie zum Beispiel die Perfluoroalkylsulfonsäure bzw. -sulfonate sein. Liest sich mit Chemikeraugen alles nicht besonders einladend. Welche Stoffe genau verwendet werden bzw. wurden und wie sie funktionieren ist jedoch – ganz militärisch – streng geheim.

Flugshow mit bunten Himmelsschreibern

Zu Grossanlässen wie Formel-1-Rennen sieht man jedoch manchmal Flugzeuge, die zum Beispiel die Landesflagge des Veranstaltungsortes an den Himmel malen. Dazu produzieren sie sogar ganz bewusst “Chemtrails”: Sie zerstäuben nämlich Paraffinöl (flüssiges Wachs!), ggfs. mit Farbstoffen, das nach der Himmelsshow zu Boden sinkt. Parkiert also nicht euer Auto in der Nähe solcher Flugstrecken – sonst könnt ihr nachher zusehen, wie ihr den Wachs- oder Ölfilm darauf wieder loswerdet!

Keine Kondensstreifen, sondern "Chemtrails": Im Rahmen einer Flugshow "malen" fünf Kampfjets eine rot-weiss-blaue Streifen an den Himmel.
Sind es die Niederländer oder die Franzosen? Im Rahmen einer Flugshow versprühen die Flieger Paraffinöl und Farbstoffe, um die Landesflagge an den Himmel zu “malen”.

Fazit

Die Verschwörungstheoretiker unter euch muss ich leider enttäuschen: Kondensstreifen sind natüriches Wasser, das von ganz normalen Flugzeugabgasen zur Wolkenbildung animiert worden ist. Dafür, etwas anderes anzunehmen, gibt es keinen Anlass.

Dass diese Wolken sowohl vom Klimawandel künden als auch diesen fördern mögen, ist dagegen nicht von der Hand zu weisen. Ebenso wie ganz normale Abgase dem Klimaschutz nicht zuträglich sind.

Wenn das Militär tatsächlich einmal zusätzliche Chemikalien mit Flugzeugen “ausbringt”, dann entweder, um die Entstehung von Kondensstreifen zu vermeiden, oder um uns eine bunte Show zu bieten.

Die Umwelt freut sicher keine der genannten Aktionen (mit Verbrennungsmotor fliegen, mit Additiven gegen Kondensstreifen fliegen, bei Flugshows Paraffinöl versprühen) – aber eine Verschwörung ist als Erklärung dafür nicht nötig!

Und was haltet ihr von Kondensstreifen am Himmel?

Experiment und Haushaltstipp: Kupfer mit Hausmitteln reinigen

Ein verregneter Frühling ist – wohl oder übel – Zeit für Schlechtwetterprogramm. Aber was tun? Experimentieren oder Haushalt? Warum nicht beides miteinander? Ich habe einen genialen Hack für euer Kupfer-Geschirr – mit Experiment für eure Kinder dazu!

Habt ihr einen Kupfertopf? Armaturen oder andere Gegenstände aus Messing? Und die sind mal wieder ziemlich angelaufen und sollten dringend geputzt werden? Dann legt los – und zwar ganz ohne kommerzielle Reinigungspaste. Denn was ihr braucht, findet ihr mit Sicherheit in der Küche.

Kupfer und Messing reinigen: Ihr braucht dazu

  • Angelaufenen Kupfertopf o.Ä.
  • Papiertücher (könnt ihr einfach entsorgen, da ihr sie nicht auswaschen müsst!)
  • Ggfs. Putzhandschuhe
  • Haushaltsessig
  • Kochsalz (Speisesalz, NaCl)

Und für ein simples, aber atemberaubendes Experiment für die Nachwuchs-Forscher das Ganze im Kleinformat…

Experiment: Kupfermünzen reinigen: Ihr braucht dazu

  • Kupfermünzen (nachweislich funktionieren Euro-Cents, britische Pennys und US-Cents, Münzen mit messinggoldener Oberfläche wie das Schweizer Füüferli oder tschechische 20 Kronen bringen kein gutes Ergebnis)
  • Haushaltsessig
  • Kochsalz
  • leeres Glas (z.B. Gewürzglas, praktisch mit gewölbtem Boden)
  • ggfs. Schutzbrille und Kittel für die Nachwuchs-Forscher

Haushaltsessig und andere Säuren wirken ätzend! Essigsäure ist jedoch eine schwache Säure, die unserer Haut dank deren Säureschutz nicht gleich Schaden zufügt. Deshalb trage ich beim Umgang mit solch kleinen Mengen keine Handschuhe.

Wenn ihr Essig auf die Haut bekommt, spült ihn einfach gründlich mit Wasser ab. Sollte euch ein Spritzer in die Augen geraten (die Schutzbrille sollte das verhindern!), spült die Augen sehr gründlich mit fliessendem Wasser aus (10 Minuten lang heisst es im Labor!) und geht bei bleibenden Beschwerden zur Sicherheit zum Augenarzt.

Wenn Spritzer auf die Kleidung kommen, zieht sie aus und wascht sie ebenfalls sofort sehr gründlich aus. Wenn die Säure die Textilien angreift, können sonst später beim Waschen in der Maschine noch Löcher entstehen!

So geht’s

Experiment

Gebt ca. 1 cm hoch Haushaltsessig ins Glas, dann eine angelaufene Kupfermünze hinein. Schliesslich gebt ihr reichlich – etwa einen Teelöffel – Kochsalz hinzu.

Münze im Essig-Kochsalz-Bad: Ein paar Sekunden reichen – ihr könnt zuschauen, wie sie blank wird! Das Kochsalz muss sich übrigens nicht vollständig im Essig lösen. Direkt auf die Münze gegeben wirkt es am besten.

Kupfertopf reinigen

Gebt einen Schuss Essig auf euren Lappen und streut Kochsalz auf den nassen Fleck. Nicht damit sparen! Dann poliert euren Kupfertopf oder Messinggegenstand mit dem Gemisch. Sobald der Topf blank ist, könnt ihr ihn mit einer kleinen Menge Speiseöl einreiben, damit er nicht sogleich wieder anläuft.

Was ihr beobachten könnt

Beim Experimentieren

Die dunkel angelaufene Kupfermünze wird innerhalb von Sekunden hell! Fischt die Münze aus dem Glas, sobald sie hell genug ist (eine Gabel ist dabei sehr hilfreich) und spült sie kurz mit Wasser ab.

Kupfermünze mit Essig und Kochsalz gereinigt: Die linke Münze ist nach wenigen Sekunden im Essig-Salz-Bad blank, die rechte, angelaufene dient als Vergleich
Rechts: Angelaufene 2-Eurocent-Münze; Links: eine vergleichbar angelaufene 2-Eurocent-Münze nach wenigen Sekunden im Essig-Kochsalz-Bad

Beim Reinigen des Kupfertopfes oder Messinggegenstandes

Das Kupfer oder Messing wird sofort blank, wie beim Putzen mit einer kommerziellen Reinigungspaste!

Entsorgung

Kupferionen sind giftig für Wasserorganismen und andere Kleinstlebewesen. Deshalb gehören sie grundsätzlich als Sondermüll entsorgt. Die winzigen Mengen, welche beim Experimentieren mit Münzen entstehen, könnt ihr aber mit dem Essig-und-Salz-Gemisch in den Abfluss entsorgen.

Die Papiertücher, mit welchen ihr Kupfertöpfe und Messing putzt, könnt ihr in den Hausmüll geben oder – wenn ihr die Kupfergeschirr-Komplettausstattung eurer Profi-Küche poliert und so grössere Mengen erzeugt habt 😉 – trocknen lassen und zur Sonderabfall-Sammelstelle bringen.

Was passiert da?

Die dunkle Farbe angelaufenen Kupfers ist ein Belag aus Kupferoxiden, hauptsächlich aus schwarzem Kupfer(II)oxid (CuO). Dieses Salz besteht aus Cu2+– und O2- -Ionen. Cu2+-Ionen können sich in Wasser lösen, wobei sie von Wassermolekülen umgeben werden.

Dabei nehmen sechs Wassermoleküle der innersten Wasserschicht um ein Cu2+-Ion ganz bestimmte, geometrische Positionen ein: Die Ecken eines lang gezogenen Oktaeders.

Hexaaquakupfer(II) - Komplex: Die beiden H2O auf der Längsachse sind etwas weiter vom Kupfer entfernt als die vier übrigen
Der Hexaaquakupfer(II)-Komplex: Die Pfeile deuten die Bindungen durch “geliehene” Elektronenpaare an. Die Wassermoleküle markieren die Ecken eines Oktaeders (eine viereckige Doppelpyramide), wobei die beiden Moleküle oben und unten etwas weiter weg vom Kupfer sind als die übrigen vier. Die Folge: Der Oktaeder erscheint etwas in die Länge gezogen.

Wie sie dazu kommen? Ein Cu2+-Ion hat relativ wenig Elektronen (immerhin zwei weniger, als zum Ausgleich seiner Kernladung nötig wären). Wassermoleküle hingegen haben – zumindest am Sauerstoff-Ende – ziemlich viele davon, und zwar ganze zwei äussere Elektronenpaare, die für keine chemische Bindung innerhalb des Moleküls gebraucht werden. So können Wassermoleküle eines dieser nichtbindenden Elektronenpaare einem Cu2+-Ion “ausleihen”.

Damit entsteht eine chemische Bindung zwischen Wasser und Kupfer-Ion, die von den Chemikern “koordinative Bindung” oder “Komplexbindung” genannt wird. “Komplex” ist daran allerdings nur, dass ein Bindungspartner dem anderen ein Elekronenpaar ausleiht, anstatt dass wie bei der kovalenten oder Atombindung jeder Partner ein Elektron dazu beisteuert.

Komplexbildungsreaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen

Cu2+-Ionen sind nun damit zufrieden, von sechs geliehenen Elektronenpaaren jeweils ein Bisschen zu haben. Allerdings lange nicht so zufrieden wie damit, einen Platz in einem CuO-Kristallgitter zu haben.

Stets kehren Cu2+-Ionen aus der Lösung in das Kristallgitter zurück: Die [Cu(H2O)6]2+ – Komplexe befinden sich stets mit dem Kupfer-Ionen im Kristallgitter in einem chemischem Gleichgewicht (Le Chatelier erklärt euch das Gleichgewicht hier auf dem Flughafen genauer).

Dieses Gleichgewicht liegt in Wasser allerdings ganz weit auf der Seite des Salzkristalls, es sind nur ganz wenige [Cu(H2O)6]2+ -Komplexe in Lösung.

Kochsalz übt einen Zwang aus

Gibt man nun reichlich Kochsalz (NaCl) in das Wasser, löst sich dessen Gitter auf: Na+– und Cl-Ionen gehen einzeln ins Wasser über . Die Cl-Ionen können ebenfalls Komplexe mit Kupfer bilden: Sie können Wassermoleküle im [Cu(H2O)6]2+ ersetzen, sodass Komplexe wie [Cu(H2O)5Cl]+ entstehen:

Die Art Reaktion nennen die Chemiker “Ligandenaustauschreaktion”: Die Teilchen, welche dem Kupfer-Ion (dem “Kern”) im Zentrum des Komplexes die Elektronenpaare leihen, heissen nämlich “Liganden” (von lateinisch ligare = binden).

Durch solche Reaktionen können bis zu vier Wassermoleküle ausgetauscht werden. Die zwei verbleibenden Wassermoleküle bilden nun die Spitzen des langgezogenen Oktaeders.

Tetrachlorocuprat(II) in wässriger Lösung: Der quadratisch-planare Kupfer-Komplex wird von zwei Wassermolekülen zum langgezogenen Oktaeder ergänzt.
Tetrachlorocuprat(II): So heisst der Komplex, welcher entsteht, wenn die maximal mögliche Anzahl Wassermoleküle gegen Chlorid-Ionen ausgetauscht wird.

All diese Komplexe stehen miteinander im Gleichgewicht. Das schiere Überangebot an Cl-Ionen allein sorgt dafür, dass diese Gleichgewichte jeweils auf die Seite mit mehr Chlorid im Komplex gedrängt werden. So einem Zwang wie dem Cl-Überschuss will das ganze System nämlich ausweichen.

Der Knackpunkt dabei: Durch die Entstehung der Komplexe mit Chlorid wird dem Gleichgewicht zwischen CuO und gelösten Kupferionen das  [Cu(H2O)6]2+ entzogen! Laut dem Prinzip von Le Chatelier strebt das Gleichgewicht danach, auh diesen Verlust auszugleichen: Der Verlust der Kupferionen mit reiner Wasserhülle zieht das Gleichgewicht förmlich auf die Seite des gelösten [Cu(H2O)6]2+. So geht in der Anwesenheit von reichlich Cl mehr Cu2+ aus dem CuO in Lösung.

Und was tut der Essig dabei?

Mit Kochsalz und blossem Wasser funktionieren diese Ligandenaustauschreaktionen kaum: Das Kupferoxid bleibt an der Oberfläche haften – der Kupfertopf bleibt dunkel.

So lautete meine erste Vermutung Die Säure (Haushaltsessig ist nichts anderes als Essigsäure gelöst in Wasser) fördert irgendwie die Entstehung der chloridhaltigen Komplexe. Befriedigend war diese Erklärung aber lange nicht.

Deshalb habe ich meine Chemiker-Gedanken weiter gesponnen und bin zu folgender Erklärung gelangt:

Wenn Cu2+-Ionen aus dem CuO in Lösung gehen, müssen die O2--Ionen aus dem Gitter auch irgendwo hin. Allerdings können die nicht einfach von Wassermolekülen umgeben existieren. Stattdessen reagieren sie mit dem Wasser zu OH-Ionen:

Auch zwischen diesen Reaktionspartnern besteht ein Gleichgewicht, das nicht all zu weit auf der Seite der OH-Ionen liegen mag. Ist im Wasser allerdings eine Säure (ein Stoff, der mit Wasser H3O+-Ionen erzeugen kann) vorhanden, reagieren die OH-Ionen allerdings gleich wieder zu Wasser:

Diese Gleichgewichtsreaktion nennen die Chemiker “Neutralisation”! Es liegt nämlich recht weit auf der Wasser-Seite, sodass eine Säure wie H3O+ und eine Base wie OH ganz von selbst miteinander reagieren. Durch den “Verbrauch” von OH-Ionen durch die Neutralisation wird wiederum das Gleichgewicht zwischen O2- im CuO-Gitter und den OH-Ionen in Lösung auf die OH-Seite gezogen.

Zum besseren Überblick habe ich die wichtigsten Gleichgewichte und ihre Abhängigkeiten voneinander noch einmal zusammengefasst:

Überblick über die Gleichgewichtsreaktionen: So löst sich Kupfer in Essig mit Kochsalz
Die roten Pfeile deuten die Verlagerung der Gleichgewichte an: Die Reaktionen ganz rechts “ziehen” die Gleichgewichte weiter links auf die Seite der Lösung: Das Kupferoxid an der Kupferoberfläche wird aufgelöst!

Wenn meine Erklärung zutrifft, müsste das Ganze auch mit Kochsalz in anderen Säuren funktionieren. Ich habe es ausprobiert: Kochsalz in Zitronensäure zeigt beim Polieren die gleiche Wirkung.

Aber Kupfer(II)-Komplexe sind doch farbig?

Die Chemie-Erfahreneren unter euch wissen vielleicht, dass die Komplexe mit Cu2+-Ionen eigentlich sehr farbig sind: [Cu(H2O)6]2+ ist zum Beispiel cyanblau, während die chloridhaltigen Komplexe zunehmend grün sind. Warum sieht man dann beim Reinigen der Münzen die Farben nicht?

Ich gehe davon aus, dass diese Komplexe insgesamt in so kleiner Menge entstehen, dass uns die äusserst blasse blau-grüne Färbung schlichtweg nicht auffällt.


Wie verträglich ist die Reinigung mit Essig und Kochsalz für die Kupfer-oberfläche?

Durch die Ligandenaustauschreaktionen wird das Kupfer-Metall nicht wieder hergestellt. Stattdessen wird bereits oxidiertes Kupfer in Wasser gelöst, sodass es abgewaschen werden kann. Wie bei allen anderen mir bekannten Mitteln zur Entfernung von Korrosionsspuren würde auch dieses bei wiederholtem Putzen irgendwann das Metall “aufbrauchen”.

Im praktischen Gebrauch bei der Reinigung von Kupfertöpfen und ähnlichen Gegenständen fällt diese Verlust jedoch nicht ins Gewicht. Zudem gehe ich davon aus, dass kommerzielle Reinigungspasten nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Ihr könnt also getrost eure Kupfertöpfe mit Essig und Kochsalz polieren.

Und Messingoberflächen?

Messing ist eine Legierung – also ein Gemisch – aus den Metallen Kupfer und Zink. Auch in Messing sind also Kupferatome enthalten, die, wenn sie zu CuO oxidiert werden, dem Metall ein dunkles, stumpfes Aussehen geben. Damit sollte sich dieses Problem mit Hilfe der selben Reaktionen beheben lassen.

Tatsächlich habe ich auch den Messinggriff meines Kupfertopfes problemlos mit Essig und Kochsalz polieren können. Lasst dabei jedoch die Mischung nicht unnötig lange einwirken, sondern spült sie gleich nach dem Putzen ab!

Beim Experimentieren mit Messingmünzen habe ich nämlich festgestellt, dass die Mischung Zink oder/und andere Bestandteile der Legierung aus der Oberfläche herauslösen kann. Die Folge: Die ehemals messinggoldene Oberfläche wird zwar blank, aber rot wie Kupfer!

Zink ist nämlich ein ziemlich unedles Metall, sodass es von der Säure angegriffen werden könnte. Die Säurekorrosion habe ich hier zur Rostparade oder zum Anhören in der neuen Folge des Proton-Podcasts (erscheint in Kürze) erklärt.

Bild: Tschechische 20-Kronen-Münze rot verfärbt

Was euch die Verwendung dieses Hausmittels bringt

Wie bereits erwähnt vermute ich, dass im Handel erhältliche Reinigungspaste für Kupfer und Messing auf die gleiche Weise funktioniert wie das Gemisch aus Säure und Kochsalz – nämlich mit Chemie. Welchen Vorteil habt ihr dann aber von diesem Hausmittel?

Wie ihr seht: Ohne Chemie geht nichts im Haushalt. Anders als bei einer Reinigungspaste aus dem Handel wisst ihr beim Einsatz eines solchen Hausmittels oder Chemie-Hacks ganz genau, welche Chemie bzw. Chemikalien darin enthalten sind. Nämlich garantiert nichts, was euch gefährlich werden könnte (so lange ihr das Kochsalz nicht löffelweise esst oder euch die Säure in die Augen spritzt – aber das versteht sich ja von selbst). Das ist doch ein beruhigender Gedanke, oder?

Und wie reinigt ihr Kupfer und Messing in eurem Haushalt?

Wie entstehen Ebbe und Flut? Was Mond und Sonne mit den Gezeiten zu tun haben

Meine Leserin Christine hat nach den Gezeiten gefragt: Wie kommen Ebbe und Flut zustande? Dazu eine kleine Reise in die Vergangenheit…

Oktober 2001, Nordsee-Insel Juist. Ich habe mit meiner Familie vor Beginn meines Chemiestudiums noch ein paar Tage Ferien am Lieblingsferienort meiner Kindheit verbracht. Oder verbringe sie noch. Denn obgleich unsere Abreise für heute angesetzt war, heisst es von der Fährgesellschaft, die uns aufs Festland bringen sollte: “Wir fahren heute nicht. Zu wenig Wasser im Watt.”

Die Fährverbindung von und nach Juist ist nämlich gezeitenabhängig. Das heisst, das Schiff kann nur dann über das Wattenmeer fahren, wenn genügend Wasser da ist. Gewöhnlich ist das zweimal am Tag der Fall. Nur an jenem Tag machte uns das Wetter einen Strich durch die Rechnung. Der Wind sorgte dafür, dass die ohnehin schon niedrige Tide noch niedriger ausfiel. So sind wir dann einen Tag länger im Feriendomizil geblieben. Dann hat die Fährgesellschaft die Überfahrt auf einem Umweg bis fast nach Norderney – schliesslich doch gewagt.

Was sind Gezeiten oder Tiden?

Der Fachbegriff für Gezeiten ist Tiden (Einzahl Tide). Mit Gezeiten meinen wir das Phänomen, dass in vielen (wenn nicht allen) Küstenregionen der Verlauf der Uferlinie bzw. der Meereshöhe über den Tag hinweg mehr oder weniger stark schwankt. Besonders deutlich wird das an der Nordsee, die ein offener, flacher Ausläufer des atlantischen Ozeans ist. Hier fällt zweimal am Tag quadratkilometerweise schlammiger Wattenmeer-Boden trocken! (Im Hafen von Juist unterscheiden sich der höchste und niedrigste Wasserstand um bis zu 3 Meter!)


Auch im Mittelmeer gibt es Gezeiten – die fallen aber nicht so krass aus: Der Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser beträgt hier in Chania auf Kreta nur rund 60cm. Auf dem Bild ist der Wasserstand aber eher niedrig. Bei Hochwasser ist das Felseninselchen in der Mitte überflutet!

Ebbe und Flut

So lange der Wasserpegel sinkt bzw. die Uferlinie sich zurückzieht spricht man im deutschen Sprachraum von “Ebbe”. Wenn der Pegel steigt bzw. die Uferlinie sich landeinwärts verschiebt, von “Flut”. Der höchste Pegelstand eines Halbtages ist “Hochwasser”, der niedrigste Pegel “Niedrigwasser”. Die Differenz zwischen Hoch- und Niedrigwasser ist der Tidenhub.

Wohin verschwindet bei Ebbe das Wasser?

Es “verschwindet” natürlich nirgendwo hin – stattdessen häuft es sich an einem Ort fern der Küste an. Moment – wie kann sich eine Flüssigkeit anhäufen? Die sollte sich doch so gleichmässig wie möglich auf der Erdoberfläche verteilen! Das wegen der Gravitation, die von überall auf der Erdoberfläche in Richtung Erdmittelpunkt wirkt.

Wer missachtet da also die Physik?

Niemand! Vielmehr gibt es noch zwei nicht ganz kleine Details zu beachten: Den Mond und die Sonne! Der Mond ist zwar nur 1/100 mal so schwer wie die Erde, aber damit immer noch ein beachtlicher Himmelskörper. Das bedeutet, er erzeugt eine erhebliche eigene Gravitation. Die hat zur Folge, dass nicht – wie gerne behauptet – der Mond um die Erde, sondern beide Himmelskörper um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen.

Da die Erde der deutlich grössere Partner in diesem Tanz ist, liegt dieser Schwerpunkt nicht all zu weit vom Erdmittelpunkt. Anders als der Mond beschreibt die Erde daher keine eigene Kreisbahn, die grösser als ihr Durchmesser wäre. Stattdessen “eiert” sie bloss um ihre Position in der Mitte.

Mini-Experiment: Gezeiten im Glas – Was halten Flüssigkeiten von diesem Eiertanz?

Füllt ein Glas halb mit Wasser und bewegt es zügig auf der Tischplatte oder in der Luft hin und her. (Probiert das draussen oder über wasserfestem Boden/Tischbelag!) Was passiert mit dem Wasser? Es schwappt im Glas herum – und wenn ihr zu ungestüm werdet, schwappt es über! Das passiert auch, wenn ihr das Glas im Kreis bewegt.

Vom Tanz im Glas zum Tanz der Himmelskörper

Mit der Erde ist es das gleiche. Der Eiertanz unseres Planeten mit dem Mond lässt die Ozeane auf der Oberfläche der Erdkugel herumschwappen. Wenn dabei Wasser von der Küste wegschwappt, erleben wir dort Ebbe, schwappt es hingegen auf die Küste zu, erleben wir Flut. Die Grösse des Tidenhubs hängt dabei von der Form der Meeresküsten und ihrer Verbindung zu den grossen Ozeanen ab. Denn diese beiden Eigenschaften bestimmen die Bewegungsmöglichkeiten für das schwappende Wasser.

Aufgrund der gewaltigen Grösse des Erde-Mond-Systems und der recht präzise eingehaltenen Kreisbahnen ist dieses Schwappen zum Glück sehr regelmässig. So können wir sehr genau berechnen, wann wo wieviel Wasser zu erwarten ist. Ein Gezeitenkalender für den Küstenort unserer Wahl gibt uns darüber Auskunft.

Warum gibt es zweimal täglich Hochwasser?

Für eine vollständige Drehung um den gemeinsamen Schwerpunkt brauchen Erde und Mond knapp einen Monat. Das macht das eigentliche Schwappen durch den Eiertanz zu einer sehr, sehr gemächlichen Angelegenheit. Allerdings dreht sich die Erde zusätzlich um ihre eigene Mittelachse – und braucht für eine Umdrehung dieser Art etwa einen Tag.

Da das Wasser der Meere jedoch nicht fest mit der Erdoberfläche verbunden ist, dreht es sich nicht vollständig mit. Stattdessen dreht sich der Planet unter seiner Wasserhülle hindurch. Dabei muss das Wasser natürlich um die Kontinente herum fliessen. Das führt mitunter zu Stau und damit mancherorts zu besonders grossem Tidenhub).

So dreht sich der Küstenort unserer Wahl binnen eines Tages unter der dank des Eiertanzes hochgeschwappten “Welle” hindurch. Damit ist ein Hochwasser pro Tag erklärt. Aber woher rührt das zweite?

Addition von Kräften

Die Gezeitenkräfte (die das Wasser zum Schwappen bringen) setzen sich aus zwei verschiedenen Kräften zusammen. Die erste ist die Gravitationskraft, die der Mond bewirkt. Die zweite ist die Zentrifugalkraft, die durch den Eiertanz der Erde um den gemeinsamen Schwerpunkt (“Baryzentrum”) entsteht.

Eine Kraft ist eine gerichtete Grösse, hat also sowohl einen Wert als auch eine Richtung. Die Physiker stellen beides gemeinsam als Vektor (“Pfeil”) dar. Solche Vektoren kann man addieren, indem man die Pfeile Spitze an Schaft aneinander legt. Dann zeichnet man von der vordersten Spitze zum hintersten Schaft einen neuen Vektor. Dieser entspricht dann Länge und Richtung der Summe aller ursprünglicher Vektoren.

So addiert man Vektoren - auch für Gezeiten-Kräfte - Schaft an Spitze und ein neuer Vektor von ganz  hinten nach ganz vorn
Wirken gleichzeitig Kraft a und Kraft b auf einen Gegenstand, bekommt dieser die Summe der beiden, a+b, zu spüren. In diesem Beispiel ist der Betrag dieser resultierenden Kraft (= die Länge des Pfeils) kleiner als jede der ursprünglichen Kräfte!

Wenn man nun für einen Ort Mond-Gravitationskraft und Zentrifugalkraft berechnet und die zwei Vektoren addiert, erhält man die dortige Gezeitenkraft. Mit einer regelmässig verteilten Auswahl an Punkten auf der Erdkugel sieht das in etwa so aus:

Für die Gezeiten verantwortliche Kräfte ermittelt durch Vektoraddition: Dank Zusammenspiel von Gravitation und Fliehkraft bildet sich auf beiden Seiten des Planeten je ein Flutberg!

Als “Schwerpunkt” ist hier der Erdmittelpunkt markiert. Das “Baryzentrum” ist der gemeinsame Schwerpunkt, um den Erde und Mond kreisen. (de:Benutzer:Dringend, bearbeitet von Lämpel [CC BY-SA 3.0 de], via Wikimedia Commons )

Die Gravitationskraft ist um so stärker, je näher der sie auslösende Körper ist. So wirkt die Mond-Gravitation auf der dem Mond zugewandten Seite (im Bild rechts) stärker als auf der ihm abgewandten Seite. Gleichzeitig sind die Zentrifugalkräfte auf der Mond-Seite schwächer als auf der mondabgewandten Seite. Denn die Mond-Seite ist dem gemeinsamen Schwerpunkt = Baryzentrum näher. So ergeben sich sowohl für die Mond-Seite als auch für ihr genaues Gegenüber Gezeitenkräfte, die alles andere als Null sind und von der Erde weg weisen!

Durch den Eiertanz schwappt also nicht nur eine “Welle” auf, sondern zwei, die einander genau gegenüber liegen. So dreht sich unser Küstenort binnen eines Tages nicht nur unter einem, sondern unter zwei Wellenbergen hindurch – und wir erleben zweimal Flut und zweimal Ebbe.

Extrem-Gezeiten: Was sind Springflut und Nippflut?

Habt ihr schon einmal längere Ferien am Meer verbracht hat oder lebt ihr sogar dort? Dann habt ihr wahrscheinlich schon beobachtet, dass der Pegel bei “Hochwasser” nicht immer gleich hoch ist. Stattdessen schwankt er in einem etwa monatlich wiederkehrenden Muster. Wie kommt das?

Gezeiten durch Sonnenkraft

Hier kommt das zweite gar nicht kleine Detail ins Spiel: Die Sonne. Die ist zwar gewaltig viel grösser als die Erde (333’000 mal!) und erzeugt so eine sehr, sehr viel grössere Gravitation. Dafür ist sie aber viel, viel weiter weg als der Mond. Insgesamt wirkt jedoch auch die Sonne sehr anziehend auf das Wasser der irdischen Meere. So verursacht auch sie Gezeitenkräfte – immerhin mit 46% der Stärke der Kräfte durch den Mond.

Addiert man nun die Sonnen-Gezeitenkräfte zu den Mond-Gezeitenkräften, zeigt sich, dass die Gesamt-Gezeitenkräfte dann am grössten sind, wenn Sonne, Erde und Mond in einer Linie stehen. Denn dann weisen alle beteiligten Kraftvektoren an jedem Punkt in dieselbe Richtung.

Überblick über die Mondphasen: Sonne, Erde und Mond in den wichtigsten Positionen zueinander (nicht massstabsgetreu)
Übersicht über die Mondphasen und Gezeiten: Dank Trägheit folgt erst kurz nach Neu- und Vollmond eine Springflut und kurz nach Halbmond eine Nippflut.

Stehen Sonne und Mond dabei auf gegenüberliegenden Seiten der Erde, sehen wir den Mond vollständig beleuchtet – es ist Vollmond (es sei denn, unser Standort liegt mit Sonne, Mond und der Erde im Rücken exakt auf einer Linie – dann gibt es zusätzlich eine Mondfinsternis und der Mond erscheint rot). Stehen Sonne und Mond hingegen auf der gleichen Seite der Erde, “sehen” wir nur die Nachtseite des Mondes – also gar nichts: Es ist Neumond (es sei denn, der Mond gerät exakt zwischen die Sonne und unseren Standort – dann gibt es zusätzlich eine Sonnenfinsternis).

Da die schwappenden Gezeiten zusätzlich der Trägheit unterliegen, hinken sie der Position (oder “Phase”) des Mondes stets ein wenig hinterher. So gibt es kurz nach Neumond und kurz nach Vollmond eine Springflut – ein besonders hohes Hochwasser. Kurz nach zu- bzw. abnehmendem Halbmond gibt es hingegen eine Nippflut – ein besonders niedriges Hochwasser. Dann nämlich weisen die Richtungen der Sonnen- und Mond-Gezeitenkräfte den grösstmöglichen Unterschied (90°) auf.

Wie der Mond den Fährbetrieb bestimmt

Das Meer zwischen der ostfriesischen Insel Juist und dem Festland ist selbst bei hohem Pegel so flach, dass die Fährschiffe von der und zur Insel nur in wenigen Stunden rund um das Hochwasser verkehren können. So richtet sich der Fahrplan der Fähre nach Juist und anderen gezeiten-abhängigen Inseln nach dem Gezeitenkalender. Das macht eine auf den Tag genaue Planung der Reise dorthin nötig. Denn da eine Erdumdrehung nicht exakt einen Tag und ein Mondumlauf nicht genau einen Monat dauert, verschiebt sich der Zeitpunkt von Hoch- und Niedrigwasser jeden Tag ein wenig.

Zudem empfiehlt es sich, solch eine Überfahrt zu Voll- oder Neumond zu planen und nicht zu Halbmond. Sonst sitzt man nämlich bei ungünstigem Wetter schonmal auf dem Trockenen.

Nach einem Blick in einen Mondkalender für den Oktober 2001 vermute ich, dass unsere Rückreise von Juist kurz nach dem 10. Oktober angesetzt war. An diesem Tag war nämlich der erste Halbmond des Monats zu sehen. So war kurz darauf dank Nippflut besonders wenig Wasser im Watt. Der Wind vom Land hat dieses Wenige um so mehr aufs Meer hinaus gedrückt, sodass unsere Fähre kurzerhand den Betrieb einstellen musste, um nicht auf Grund zu laufen.

Und was ist eine Sturmflut?

Da die Bewegungen von Erde und Mond in regelmässigen, sich stets wiederholenden Bahnen verlaufen, halten auch die Gezeiten einen festen, berechenbaren Rahmen ein: Der Tidenhub ist begrenzt. Das heisst, wir müssen uns keine Sorgen machen, dass unsere Meere des Eiertanzes der Himmelskörper wegen überschwappen könnten.

Anders hingegen sieht es mit dem Wetter aus. Auch der Wind bewegt das Wasser – und kann nicht nur eine Nippflut ins Extreme treiben, sondern auch umgekehrt das Wasser regelrecht an Land drängen. Wenn also ein richtiger Sturm aus Richtung See aufkommt, kann das Meer in dramatischer Weise “überschwappen” und an Land verheerende Schäden anrichten. Die Bewohner der tropensturmgeplagten Gebiete im Südosten der USA, Südostasiens und Nordostaustraliens können ein langes Lied davon singen.

Solch ein wetterbedingtes “Überschwappen” – das weitestgehend unabhängig von den Gezeiten auftritt – nennen die Küstenbewohner eine Sturmflut.

Spiel-Tipp für kleine und grosse Forscher am Strand: Sandboot-Bauen!

Empfohlene Ausrüstung: Sandschaufeln (mit langem Stiel für die Grossen), Eimer zum Schöpfen, kurze Beinkleider oder Badekleidung!

Wenn ihr bei beginnender Flut an einem Strand mit ausreichend grossem Tidenhub seid, schaut euch einmal nach dem frischsten Spülsaum um. Das ist die Linie aus Muscheln und anderem Strandgut, die die Uferlinie zur Zeit des letzten Hochwassers markiert. Bis hierhin (plusminus wenige Zentimeter) wird auch die gerade kommende Flut steigen.

Sucht euch einen Flecken zwischen diesem Spülsaum und der aktuellen Uferlinie. Wenn ihr weniger Zeit aufwenden möchtet, geht näher zum Wasser, wenn ihr mehr Zeit habt, etwas näher zum Spülsaum. Aber nicht zu nahe, sonst wird die Sache langweilig! Schaufelt hier eine “Sandburg” – einen in sich geschlossenen Sandwall in Bootsform mit dem Bug zum Meer, innerhalb dessen ihr alle Platz findet. Legt den dabei entstehenden “Burggraben” um das Sandboot aussen herum an – er wird euch noch von grossem Nutzen sein.

Wenn das steigende Wasser schliesslich euer Sandboot erreicht, versucht, es so lange wie möglich gegen die Flut zu verteidigen und das Wasser ausserhalb der Wälle zu halten. Verstärkt dazu z.B. die Wälle verstärkt und schöpft steigendes Grundwasser aus dem Boot. Sobald das Wasser in den Graben um das Boot läuft, steigen dazu alle ein und keiner wieder aus! Wie lange haltet ihr “an Bord” durch, ehe euer Boot “untergeht”?


Sandboot-Bau als Wettbewerb

Das Ganze kann natürlich auch mit zwei Mannschaften und zwei Sandbooten als Wettstreit gespielt werden: Die Mannschaft, welche länger durchhält, gewinnt!

Wenn ihr das Ganze während eines längeren Urlaubs immer wiederholt, werdet ihr bald ein Gefühl für den Tidenhub und die “spannendste” Position des Bootes an “eurem” Strand entwickeln.


Und was habt ihr mit den Gezeiten schon erlebt? Kennt ihr Juist oder eine andere gezeitenabhängig erreichbare Insel?

Klimawandel - Worum geht es da eigentlich?

Jeden Freitag gehen wieder Tausende Jugendliche auf die Strasse, fordern Engagement für den Klimaschutz. Alex von livelifegreen hat deshalb zur Blogparade #bloggersforfuture aus Solidarität zu unseren Kindern aufgerufen. Die setzen sich nämlich für ihre Zukunft ein, die wir heute Erwachsenen ziemlich leichtfertig aufs Spiel gesetzt haben und noch aufs Spiel setzen. Indem wir den Klimawandel zugelassen haben.

Aber worum geht es da eigentlich?

Was ist eigentlich Klima? Was passiert mit dem Klima auf der Erde: Warum wird es wärmer? Können wir überhaupt etwas dagegen tun? Was können Politiker und die Wirtschaft tun? Was kann jeder von uns beitragen?

Mit den Antworten auf diese Fragen könnte ich ein ganzes Buch füllen – oder zumindest eine ganze Beitragsserie. Deshalb bleibe ich in Teilen dieses Artikels bewusst oberflächlich, enthalte euch aber spannende und verlässliche Links zum Weiterlesen nicht vor.

Woher ich meine Daten habe

Verlässlich ist ein gutes Stichwort: Nicht zuletzt im Netz findet man eine ganze Menge mehr oder weniger dem aktuellen Wissensstand entsprechenden Informationen und Behauptungen rund um das Klima und seine Veränderung.

Umso froher war ich, dass ein Student der ETH Zürich die Aufgabe, eine verlässliche Übersicht über diesen Wissensstand zusammen zu tragen, im Rahmen einer mentorierten Arbeit bereits erledigt hat. Der Autor verwendet dazu hauptsächlich Daten des “Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)”, das 1988 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) eingerichtet worden ist. Dessen Zusammenfassungen der weltweiten Forschungsergebnisse könnt ihr hier in offiziellen deutschen Übersetzungen in allen Einzelheiten nachlesen.

Aus Zeitgründen bezieht sich mein Artikel vornehmlich auf die 2012 entstandene mentorierte Arbeit. Ich gehe jedoch guten Gewissens davon aus, dass auch die jüngeren Berichte des IPCC von den grundlegenden Aussagen nicht gross abweichen werden.

Nun aber zum Wesentlichen.

Was ist eigentlich Klima?

Letzten Donnerstag hatten wir Schneefall bis in tiefe Lagen – im April. Von Klimaerwärmung kann da keine Rede sein, mögen manche tönen. Die vergessen nur eins: Wetter und Klima sind zwei ganz unterschiedliche Dinge!

Wetter ist nämlich ein kurfristiges Geschehen in der Atmosphäre an einem bestimmten Ort (über) der Erdoberfläche.

Ein Beispiel: Am Donnerstag (4.April 2019) betrug die Lufttemperatur zur wärmsten Tageszeit hier in Pfäffikon SZ laut Accuweather.com 4°C.

Das Klima ist dagegen das “Durchschnittswetter” über grössere Teile der Erde oder gar den ganzen Planeten und über einen langen Zeitraum verteilt.

Um das Klima in einer bestimmten Region oder auf der ganzen Erde zu bestimmen, werden also viele Daten an vielen Orten und/oder über grössere Zeiträume hinweg gesammelt, Durchschnittswerte berechnet und die Bandbreite von Abweichungen davon bestimmt.

Durchschnittlich ist es hier in Pfäffikon Anfang April zur wärmsten Tageszeit 13°C warm (Accuweather gibt leider nicht preis, über welchen Zeitraum die Temperaturen erfasst worden sind). Das Wetter am Donnerstag war also ein Ausreisser im Vergleich zum hiesigen Klima. Wie häufig solche Ausreisser sind oder ob unser April regelrecht aus Ausreissern nach oben und unten besteht (wie man ihm ja gerne nachsagt), geben die Daten von Accuweather allerdings nicht her.

Es geht noch komplexer: Das Klimasystem

Der Begriff “Klima” ist eigentlich viel zu einfach für das vielschichtige System, das hinter dieser Datensammlung steckt. Das Klimasystem der Erde setzt sich nämlich aus einer ganzen Reihe verschiedener Systeme zusammen:

Der Atmosphäre (also der Lufthülle der Erde), der Gesamtheit aller Meere und Gewässer (Hydrosphäre), der Gesamtheit von Eis und Schnee auf der Erde (Kryosphäre), der steinernen Erdkruste (Lithosphäre), der Gesamtheit des Erdbodens (Pedosphäre) und schliesslich der Gesamtheit der Lebewesen (Biosphäre), welche all diese Systeme bevölkern.

Und all diese System stehen in ständigem Austausch untereinander: In verschiedenen, aber zusammenhängenden Kreisläufen werden immerzu Energie und Stoffe zwischen den verschiedenen Bereichen ausgetauscht. Wichtige Beispiele für solche Stoffkreisläufe habe ich im Artikel über die Hermetosphären näher erklärt. Dort findet ihr auch eine Anleitung, wie ihr euer eigenes Mini-Klimasystem im Wohnzimmer selbst anlegen und beobachten könnt!

Ein solches Netzwerk aus miteinander verbundenen Systemen bedeutet: Wenn irgendwo an einer Stelle etwas daran verändert wird, kann diese Veränderung Folgen für weite Teile des Netzwerks, wenn nicht gar für das ganze Klimasystem haben! Und dass sich von den letzten Jahrzehnten an in auffälliger Weise etwas ändert, ist laut der Beobachtungen der Klimawissenschaftler unbestreitbar.


Was passiert mit dem Klima auf der Erde?

Seit gut 100 Jahren wird die Klimaentwicklung wissenschaftlich beobachtet, vermessen und festgehalten. Ältere Daten können in historischen Quellen gesucht oder aus erdgeschichtlichen Spuren (Baum-Jahresringe, Bohrkerne aus Eis oder Gestein, Fossilien,…) gewonnen werden.

Was die Wissenschaftler direkt beobachten konnten

  • Von 1906 bis 2005 ist die Durchschnittstemperatur auf der Erde um 0,74°C angestiegen.
  • Der Meeresspiegel ist im Laufe des 20. Jahrhunderts um ca. 0,17m angestiegen.
  • Die im Mittel von Schnee und Gletschern bedeckte Fläche (Eiskappen an den Polen nicht mit eingerechnet) wird kleiner.
  • Einige Gebiete der Erde (Nord- und Südamerika, Nordeuropa, Nord- und Zentralasien) erfahren mehr Niederschläge (Regen, Schnee,…), andere Gebiete (Sahel, Mittelmeerraum, Südafrika, Teile Südasiens) werden hingegen trockener.

Was die Klima-Geschichtsforscher ihren Spuren entnehmen können

  • Die Durchschnittstemperatur war während der letzten 1300 Jahre nie hoch wie heute.
  • Der Meeresspiegel war vor 125’000 Jahren – lange bevor es nennenswert Menschen auf der Erde gab – rund 4 bis 6 Meter höher als im 20. Jahrhundert (Grund dafür war eine Zwischeneiszeit, in der es zum Abschmelzen grosser Mengen Eis und Schnee kam).

Einige der jüngst beobachteten Entwicklungen werden also von den geschichtlichen Daten als unnatürlich bestätigt, andere weniger.

Warum geschieht nun die Klimaerwärmung?

Dass es auf der Erde überhaupt lebensfreundlich warm ist, haben wir der Sonne zu verdanken. Die versorgt uns nämlich mit einem bunten Mix von Energie in Form elektromagnetischer Strahlung: Licht Wärme, UV-Strahlung,… Die jährliche Leistung unseres Sonnenofens beträgt dabei über den ganzen Planeten gemittelt 342 Watt pro Quadratmeter.

Knapp ein Drittel dieser Strahlung bewirkt allerdings überhaupt nichts: Eine Strahlungsleistung von 107 Watt pro Quadratmeter und Jahr wird ins Weltall zurückreflektiert (von Wolken, der Erdoberfläche und Aerosolen, also Partikeln in der Luft) ohne mit den Bestandteilen des Planeten Energie auszutauschen.

Unsere globale Energiebilanz

Die übrigen Strahlen mit einer Leistung von 235 Watt geben ihre Energie an die Erdoberfläche und die Atmosphäre ab. Mit dieser Energie kann nun beispielsweise Wasser verdunsten (es entstehen Wolken, die ihre Energie wiederum abgeben können, wenn sie abregnen), energiereiche Moleküle in Lebewesen entstehen oder es wird schlichtweg warm. Schlussendlich wird die gesamte Energie aber wieder in den Weltraum abgestrahlt.

Nach den zahlreichen Umwandlungen kommt die Energie jedoch nicht als breit gefächerter Strahlenmix wieder heraus, sondern vornehmlich in Form von langwelliger Wärmestrahlung. Die Gesamtleistung der abgegebenen Strahlung ist aber die selbe wie die jener Sonnenstrahlung, die zuvor von der Erde aufgenommen worden ist: 235 Watt pro Quadratmeter und Jahr.

Genau so hat eine ordentliche Bilanz auszusehen: Was reinkommt, geht auch irgendwo wieder raus und die Bilanz ist 0.


Abschätzung der jährlich und global gemittelten Energiebilanz der Erde. Langfristig wird die Menge an einfallender Sonnenstrahlung, die von der Erde und der Atmosphäre absorbiert wird, dadurch ausgeglichen, dass Erde und Atmosphäre die gleiche Menge langwelliger Strahlung wieder freisetzen. Ungefähr die Hälfte der einfallenden Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert. Die Energie gelangt in die Atmosphäre, wenn sich die Luft im Kontakt mit der Oberfläche erwärmt („Thermik“), sowie durch Verdunstung von Wasser („Evapotranspiration“ genannt) und durch langwellige Strahlung, die durch Wolken und Treibhausgase absorbiert wird. Die Atmosphäre wiederum strahlt langwellige Energie sowohl auf die Erde zurück, wie auch in den Weltraum hinaus. Bildquelle: Kiel und Trenberth (1997).

Die Erde: Ein gar nicht idealer schwarzer Körper

Wenn die Erde nun ein idealer schwarzer Körper wäre, könnte man mit einer physikalischen Gleichung, dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, anhand der abgegebenen Strahlungsleistung berechnen, welche Temperatur ihre Oberfläche haben sollte.

Solch ein schwarzer Körper ist die Erde zwar nicht, aber dem doch immerhin so ähnlich, dass man die erwartete Oberflächentemperatur anhand dieses Gesetztes abschätzen kann. Und die Schätzungen der Wissenschaftler belaufen sich auf -19°C. Also im Mittel auf ständigen sibirischen Winter auf dem ganzen Planeten. Irgendwie passt das Stefan-Boltzmann-Gesetz also doch nicht so gut zu unserer Erde.

Treibhauseffekt…

Das liegt daran, dass dieses Gesetz nicht berücksichtigt, dass ein erheblicher Teil der wieder abgegebenen Wärmestrahlung von der Erdatmosphäre gleich wieder zur Erdoberfläche zurückgeworfen wird. Dort wird die Strahlung erneut von Wasser, Lebewesen und anderen Bestandteilen der Oberfläche aufgenommen und umgewandelt, ehe sie in einem zweiten Anlauf erneut abgegeben wird. Und auch davon wirft die Atmosphäre einen Teil gleich wieder zurück.

Statt eines ungehinderten Energieaustauschs gibt es also einen Rückstau: An der Erdoberfläche unter ihrer Atmosphärenhülle wird ein Teil der Sonnenenergie “zwischengelagert”. So ist es möglich, dass die Erdoberfläche in einem Jahr mehr Energie abstrahlt (mit 390 Watt pro Quadratmeter) als sie direkt von der Sonne erhält (235 Watt pro Quadratmeter).

Das “Mehr” resultiert aus jener Strahlung, die gleich wieder aus der Atmosphäre zurückkommt und noch einmal abgestrahlt werden kann. Die zwischengelagerte Energie können wir überdies direkt wahrnehmen: Dank ihr war es 1997 an der Erdoberfläche im Mittel nicht -19°C, sondern +14°C warm (Kiehl und Trenberth, 1997)!

Dieser wärmende Effekt kann auch ganz einfach in einem gläsernen Gewächshaus beobachtet werden: Hier übernehmen Glasdach und -wände die Rolle der Atmosphäre und werfen ursprünglich von der Sonne stammende Energie wieder zurück, bevor sie aus dem Glashaus entweichen kann. So wird es im Gewächshaus wesentlich schneller warm als draussen. Deshalb wird der ganze Vorgang auch “Treibhauseffekt” genannt.

…durch Treibhausgase

Besonders gut im Zurückwerfen von Wärmestrahlung ist das Gas Kohlenstoffdioxid, CO2. Das ist erst einmal ein natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre, der zum Beispiel durch Vulkanausbrüche oder die Ausscheidungen sauerstoffatmender Lebewesen da hinein gelangt.

Methan, CH4, ist ein weiteres solches Treibhausgas. Auch das kommt in der Natur vor: In Erdgas oder gebunden in Methanhydrat tief unter dem Permafrost Sibiriens oder am Meeresgrund, als Ausscheidung von Mikroorganismen als Faul- oder Sumpfgas oder Darm-Abgas von höheren Säugetieren (man denke an die furzenden Kühe).

Wie kann der Energiehaushalt der Erde verändert werden?

  1. Der Energiehaushalt des Planeten – insbesondere die Menge der “zwischengelagerten” Energie und damit die Temperatur an der Oberfläche – könnte vor allem durch Änderungen an drei Stellen beeinflusst werden.
  2. Durch Änderung des Einfalls von Sonnenstrahlen, zum Beispiel durch Veränderung der Erdumlaufbahn oder/und Achsenneigung
  3. Änderungen des Anteils reflektierter Sonnenstrahlen, zum Beispiel durch Veränderung der Landschaft bzw. der Schnee- und Eisdecken auf der Erdoberfläche
  4. Änderung der Menge von der Erde abgegebener langwelliger Strahlung – mit anderen Worten durch Änderung der Energiemenge, die von der Atmosphäre gleich wieder zurückgeworfen wird!

Wie entsteht natürlicher Klimawandel?

  1. Durch zyklische Änderung der Sonneneinstrahlung: Tatsächlich “eiert” die Erde ein wenig, d.h. ihre Drehachse schwankt wie die eines Spielzeugkreisels, der nicht perfekt senkrecht auf einer glatten Oberfläche kreiselt. Auch die Umlaufbahn der Erde um die Sonne selbst ist nicht unveränderlich: Sie verändert sowohl ihre Form als auch ihre Orientierung. Das alles geschieht jedoch in wiederkehrender Weise, und zwar in Zyklen von etwa 20’000 bis 100’000 Jahren. Also zu langsam, um für die drastischen Veränderungen in den letzten 100 Jahren verantwortliche zu sein.
  2. Durch Prozesse wie die tektonische Verschiebung von Kontinentalplatten. Die kann ganze Kontinente in eine andere Klimazone verschieben, sodass nicht nur das dortige Klima sondern als Konsequenz auch die Landschaft und damit die Reflektion der einfallenden Strahlen sich verändern. Durch die mit der Kontinentaldrift einhergehende Veränderung der Form und Grösse von Meeren werden zudem Meeresströme erzeugt, in ihrem Verlauf verändert und zum Versiegen gebracht. Das alles geschieht jedoch noch um ein Vieles langsamer als die Milankovic-Zyklen (s.1.)!
  3. Durch schwerwiegende Ereignisse wie Vulkanausbrüche oder Asteroideneinschläge: Wenn dabei grosse Mengen Treibhausgase wie CO2 freigesetzt und Russ- und Staubpartikel in die Luft befördert werden, kann das sowohl die Sonneneinstrahlung (mehr wird reflektiert: es wird dunkler und kälter auf der Erde) als auch den Treibhauseffekt (mehr Treibhausgase machen ihn grösser) beeinflussen.

Alles in allem reicht das sehr wahrscheinlich nicht als Erklärung für die bedeutsamen Veränderungen in den letzten 100 Jahren und diejenigen, die uns gemäss Berechnungen der Wissenschaftler noch bevorstehen können.

Wie entsteht von Menschen gemachter (anthropogener) Klimawandel?

Sehr wahrscheinlich ist die steigende Menge der von Menschen erzeugten Treibhausgase, allen voran CO2, die Haupttriebkraft für die menschengemachte Klimaerwärmung.

Kohlenstoffdioxid, CO2, gelangt durch Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen in die Luft: Durch das Verheizen von Kohle in Kraftwerken zur Stromerzeugung, die Verbrennung von Kraftstoffen aus Erdöl und -gas in Autos, Flugzeugen und Schiffen, durch das Abbrennen von Wäldern zur Gewinnung von Ackerflächen.

Strom wird wiederum produziert, weil er gebraucht wird: Zur Herstellung von Waren, um diese Waren von der Fabrik zu uns – die wir die Waren kaufen wollen – zu bringen und um sie benutzen (wenn es sich dabei um Elektrogeräte handelt). Deshalb wird heute für viele Dinge ein “CO2-Ausstoss” angegeben, obwohl sie selbst gar keinen Kohlenstoff verbrennen.

Methan, CH4, kommt aus unverbrannt freigesetztem Erdgas, den Darmgasen (“Furzen”) von Nutztieren und aus aufgrund der Erwärmung durch die anderen Ursachen auftauendem Methanhydrat.

Diese zusätzlichen Mengen Treibhausgase in der Atmosphäre werfen mehr langwellige Strahlung auf die Erde zurück – mehr Energie wird an der Oberfläche zwischengelagert: Es wird wärmer.

Wir Menschen tun auch Dinge, die der Erwärmung entgegen wirken

Winzige Staub- und Flüssigkeitspartikel (sogenannte Aerosole), die mit unseren Abgasen in die Atmosphäre gelangen, reflektieren mehr Sonnenstrahlen, bevor sie ihre Energie an die Erdoberfläche abgeben können. Die Veränderung von Landschaften – zum Beispiel durch das Abholzen von Wäldern – führen ausserdem dazu, dass die Erdoberfläche mehr Strahlen reflektiert, anstatt ihre Energie aufzunehmen.

Das Problem dabei: Wälder gehören zu den effektivsten CO2-Beseitigern unserer Erde. Die Pflanzen nehmen das Gas auf, verwenden den Kohlenstoff daraus für ihr eigenes Wachstum und scheiden den Sauerstoff wieder aus.

Alles in allem – so zeigen es die Beobachtungen der Klimawissenschaftler – überwiegt der wachsende Treibhauseffekt die anderen Auswirkungen unseres Treibens: Es wird schliesslich wärmer auf der Erde.


Wie wird sich das Klima weiter entwickeln?

Um diese Frage genau zu beantworten, müssten die Klimawissenschaftler alle Einzelheiten des ganzen komplexen Klimasystems in ihre Computer füttern und den bisherigen Verlauf der Klimaentwicklung für die Zukunft weiterrechnen lassen. Bevor sie aber so zu einem Ergebnis kämen, würde aber jeder Computer unweigerlich heiss laufen. Denn die ganze Wirklichkeit lässt sich unmöglich in all ihren Einzelheiten in einem unserer heutigen Computer abbilden.

Deshalb erschaffen die Wissenschaftler sogenannte Klimamodelle. Ein solches Klimamodell ist eine vereinfachte Version der Wirklichkeit, die genau genug ist, um wirkliche Verhältnisse passend zu beschreiben, aber einfach genug, um die Computer der Wissenschaftler nicht zu überfordern. Das kann erreicht werden, indem das Modell so geschaffen wird, dass es die Einzelheiten, die man damit zeigen will, besonders genau beschrieben werden – während weniger wichtige Details mitunter sehr ungenau gehalten werden.

Modelle fürs Klima sind wie Modelle in der Chemie

Wir Chemiker gehen auf die gleiche Weise vor, wenn wir Atommodelle verwenden: Wenn ich euch zeigen möchte, wie zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom in einem Wassermolekül angeordnet sind, genügt es, sich die Atome als massive Kugeln vorzustellen, die miteinander verbunden sind. Wie genau diese Atome aussehen, ist dabei erst einmal uninteressant.

Möchte ich euch dagegen erklären, was Ionen sind, brauche ich dazu zumindest ein Modell, das Atomkern und Elektronenhülle kennt, und wenn ihr wissen möchtet, warum das Natrium-Ion im Kochsalz genau eine positive Ladung trägt, werde ich um das Schalenmodell für die Elektronenhülle nicht herum kommen.

Jedes dieser Modelle eignet sich dafür, einen Teil der chemischen Wirklichkeit zu beschreiben, auch wenn alle Modelle irgendwo ihre Grenzen haben. Deshalb haben die Chemiker ihre Modelle im Laufe der Geschichte auch immer wieder verfeinert.

Berechnung verschiedener Szenarien

Das Gleiche gilt für die Klimamodelle der Klimawissenschaftler. Die füttern ihre immer wieder verfeinerten Modelle mit zusätzlichen Annahmen wie der Entwicklung der Weltbevölkerung und dem mehr oder weniger klimafreundlichen Verhalten dieser Menschen. Dann lassen sie ihre Computer das Ganze durchrechnen.

Dabei heraus kommen Entwicklungen, die mit grosser Wahrscheinlichkeit so zu erwarten sind.

Klimawandel im Modell
Die durchgezogenen Linien sind globale Multimodell-Mittel der Erwärmung an der Erdoberfläche (relativ zu 1980–99) für die Szenarien A2, A1B und B1, dargestellt als Verlängerungen der Simulationen für das 20. Jahrhundert. Die Schattierung kennzeichnet die Bandbreite von plus/minus einer Standardabweichung der einzelnen Modell-Jahresmittel. Die orange Linie stellt das Resultat des Experiments dar, bei dem die Konzentrationen auf Jahr-2000-Werten konstant gehalten wurden. Die grauen Balken auf der rechten Seite zeigen die beste Schätzung (durchgezogene Linie innerhalb des Balkens) und die abgeschätzte wahrscheinliche Bandbreite für die sechs SRES-Musterszenarien. (Quelle: Vierter Sachstandsbericht des IPCC, 2007, AG1: Wissenschaftliche Grundlagen)

Besonders bemerkenswert ist, dass selbst wenn die Einflüsse auf den Strahlungsaustausch auf den Werten des Jahres 2010 festgehalten würde (was längst eine völlig utopische Annahme ist – dazu müssten wir per sofort komplett aufhören, CO2 zu produzieren (blaue Kurve)), die Erwärmung nicht mehr rückgängig zu machen wäre (graue Kurve).

Und selbst unter den günstigsten Voraussetzungen (Szenario B1: Weltbevölkerung nimmt “nur” bis 2050 zu und unsere Entwicklung und Nutzung von Technik entwickelt stark in eine klimafreundliche Richtung) lässt sich die globale Erwärmung allenfalls verringern – aber nicht mehr verhindern.

Welche Folgen hat der Klimawandel?

  • Durch die veränderte Verteilung von Niederschlägen verändert sich in den betroffenen Gebieten die Süsswasser- und damit die Trinkwasserversorgung. Zunehmend feuchte Gebiete mögen mehr, zunehmend trockene Gebiete weniger Trinkwasser für ihre Einwohner zu bieten haben.
  • Die lebenden Bewohner der Erde sind bis zu einem gewissen Grad in der Lage, sich Veränderungen ihrer Umwelt oder Naturereignissen anzupassen: Sie sind gegenüber solchen Unwägbarkeiten widerstandsfähig. Durch die relativ schnellen Veränderungen im Klimasystems wird diese Widerstandsfähigkeit aber hart auf die Probe gestellt. Die Gefahr, dass einzelne Lebewesen oder ganze Ökosysteme diese Probe nicht bestehen und aussterben, nimmt zu.
  • Durch das veränderte Klima verändert sich auch die Menge der Feldfrüchte, die in den betroffenen Regionen geerntet werden kann. Besonders in armen Regionen der Welt werden die Ernteerträge sinken und die geernteten Nahrungsmittel teurer werden. Was sich auf den Schweizer Äckern und Gärten verändern kann, könnt ihr bis Ende Mai 2019 im “Klimagarten2085” in der Hochschule Rapperswil mitverfolgen: Hier werden eine Klimaerwärmung um +3°C bzw. um +6,5°C und veränderte Niederschlagsmengen in öffentlich zugänglichen Gewächshäusern mit verschiedenen Nutz- und Gartenpflanzen simuliert.
  • Besonders gravierend verändern sich Küstenregionen: Durch einen steigenden Meeresspiegel werden Küsten abgetragen, für Landpflanzen unverträgliches Salzwasser in Küstenlandschaften gedrückt oder Gebiete gänzlich überflutet. Und viele bedeutende Städte, die direkt an der Meeresküste liegen, wären davon betroffen!
  • Der Gesundheitszuständ der Menschheit wird beeinträchtigt: Unterernährung und Wetterextreme tragen dazu bei, dass sich Krankheiten leichter verbreiten können.
  • Die zuvor genannten Folgen fallen auch der Wirtschaft zur Last: Land- und Forstwirtschaft müssen sich mit veränderter Wasserversorgung und Ertragsveränderungen auseinandersetzen, der Tourismus mit der Veränderung von Landstrichen, insbesondere von Küsten, das Gesundheitswesen mit Unterernährung und Krankheiten, Energieversorger, Verkehrs- und Bauwesen mit Wetterextremen und vielen weiteren Veränderungen. Gemäss des “Stern Review” könnten künftig weltweit 5-20% der Wirtschaftsleistung für die Bewältigung von “Klimaschäden” aufgewendet werden – wenn nichts getan wird, um ihnen vorzubeugen. Und die Wissenschaftler sind sich einig: Vorbeugen käme da in jedem Fall günstiger.

Was können wir dagegen tun?

Die Klimaveränderungen einzig verhindern oder auch nur bremsen zu wollen, wird nicht mehr genügen. Wir werden uns den unaufhaltsamen Veränderungen unweigerlich anpassen müssen. Nur gut, dass der Mensch grundsätzlich ein äusserst anpassungsfähiges Wesen ist!

Und den Klimawandel sowohl bremsen als auch sich anpassen können wir alle, jeder einzelne von uns: Indem wir unseren oftmals leichtfertigen Verbrauch von Energie und Gütern verringern und sparsame, klimafreundliche technische Neuentwicklungen und sogenannte erneuerbare Energien nutzen.

Wenn wir das tun, wird die Wirtschaft sich schliesslich uns anpassen: Die Wirtschaft stellt nämlich das her, was wir “auf dem Markt” suchen und kaufen. Dabei zu beachten ist allerdings, dass viele raffinierte Werbemenschen uns einzureden versuchen was wir suchen, damit wir kaufen, was sie herstellen! Sich klimafreundlich verhalten kann also auch heissen, darauf zu achten, sich nichts unnötiges einreden zu lassen.

Und wenn ihr zufällig raffinierte Werbemenschen seid, dann redet den Leuten doch ein, dass die klimafreundliche Dinge brauchen – damit wäre dann allen geholfen.

Denn der Wirtschaft wird ja gerne nachgesagt, dass sie die Politik bestimmt. Und wenn die Wirtschaft klimafreundliche Dinge tut und produziert, weil wir die haben wollen, werden sich die Politiker spätestens dann auch danach richten.

Was könnt ihr konkret machen, um das Klima zu schützen?

Es gibt unzählige Mittel und Wege, wie wir klimaschonend leben und Energie sparend leben können. Und jede Familie bzw. jeder Haushalt mag seine ganz eigenen Baustellen haben, an welchen jeweils mehr oder weniger bewegt werden.

Einige Schweizer Kantone haben dazu eine spannende Infoseite voller Tipps für euch zusammengestellt. Auch die folgenden, hier sehr kurz gehaltenen Vorschläge findet ihr darunter wieder:

  • Mit klimaschonenden bzw. energieeffizienten Verkehrsmitteln und in Massen reisen
  • Mit klimaschonenden bzw. energieeffizienten Verkehrsmitteln zur Arbeit/Schule pendeln
  • In der näheren Umgebung hergestellte Lebensmittel verwenden
  • Moderne, energieeffiziente Elektrogeräte und Lampen verwenden
  • Unnötigen Stromverbrauch vermeiden (nicht gebrauchte Geräte abschalten!)
  • Und wenn ihr Hausbesitzer, Vermieter oder Bauherren seid: energieeffizient bauen und renovieren

Und wie steht ihr zum Klimaschutz? Was macht ihr bereits? Was könntet/werdet ihr noch tun?

Einkochen und Einwecken mit Mehl - Warum geht das nicht?

Kürzlich hat meine Leserin Pia geäussert, was ich daraufhin vielfach in Foren zum Einkochen wiedergefunden habe:

Beim Einkochen (Einwecken) darf man nichts mit Mehl binden – das säuert. Aber Kuchen mit Mehl kann man einkochen. Auch Brot und Nudeln darf man – überall Mehl drin. Nur die Sauce darf nicht mit Mehl … warum nicht?

Eine spannende Frage – die mich veranlasst hat, mich näher mit der Physik und Chemie des Einkochens zu beschäftigen.

Einkochen: Wieso? Weshalb? Warum?

Durch Einkochen oder Einwecken werden Lebensmittel haltbar gemacht. Die sind nämlich nicht nur für uns äusserst nahrhaft, sondern auch für allerlei Mikroorganismen. Die nisten sich in Lebensmitteln ein, verändern ihr Aussehen und ihren Geschmack in oft nicht gewünschter Weise, und machen uns im schlimmsten Fall auch noch krank.

Eine einfache Methode, diese Störenfriede loszuwerden, ist, sie mitsamt ihrer Umgebung so gründlich zu erhitzen, dass sie selbst gekocht werden und damit absterben. Die meisten Lebewesen bestehen nämlich aus Proteinen, die ab 42°C ihre Form und damit ihre Funktionsfähigkeit verlieren: Sie denaturieren. Und damit ist es dann vorbei mit Leben. Wenn man dann noch dafür sorgen kann, dass es auch so bleibt…

Konservieren durch Erhitzen

Zum Einkochen werden die Lebensmittel in Gläsern erhitzt, die mittels eines Dichtungsringes oder Schraubdeckels luftdicht verschlossen werden können. Dabei dehnen sich Luft und allenfalls entstehender Wasserdampf (dank der Anomalie des Wassers auch flüssiges Wasser ein wenig) aus und können sich notfalls an der Dichtung vorbei nach draussen zwängen.

Sobald solch ein Glas jedoch abkühlt, zieht sich die Luft darin zusammen (und allfälliger Wasserdampf kondensiert zu flüssigem Wasser). So entsteht im Glas ein Unterdruck, der dafür sorgt, dass die Dichtung fest gezogen wird. Nun kann nichts mehr aus dem Glas hinaus oder hinein. Auch keine Mikroorganismen oder ihre Sporen.

Damit ist sicher gestellt, dass nicht nur alle Bakterien und Pilze im Einkochgut tot sind, sondern auch keine neuen mehr hinein gelangen können. Um dessen wirklich sicher zu gehen, erhitzt man das Einkochgut entsprechend gründlich und lange (in der Regel auf 100°C, die Siedetemperatur von Wasser bei Atmosphärendruck). So soll auch das Innerste eines Einmachglases warm genug werden, um lebensfeindlich zu sein.

Die Industrie gibt dem Ganzen einen Namen

Der deutsche Chemiker Rudolf Rempel hat das Einmachglas Ende des 19. Jahrhunderts erfunden und sich 1892 patentieren lassen – und starb ein Jahr darauf mit nur 34 Jahren. So kam es, dass der Unternehmer Johann Carl Weck das Patent erwarb und zum ersten industriellen Hersteller von Einmachgläsern und Zubehör wurde. Mit dem Namen Weck verbreitete sich bald der Begriff “Einwecken” für die Verwendung der Gläser.

Inzwischen hat das “Einwecken” Eingang in den Duden gefunden und darf damit als allgemeingültiger Teil der deutschen Sprache als Synonym für das Einkochen verwendet werden – ganz gleich welche Gläser man dazu benutzt. Anders verhält es sich jedoch mit dem Wortteil “Einweck-“. Der ist nach wie vor geschützt. Ein Einweckglas oder einen Einweckring gibt es somit bis heute nur von der Firma Weck.

Und wenn sich jetzt die österreichischen Leser fragen, wovon ich eigentlich schreibe: Bei euch war im frühen 20. Jahrhundert die Rex-Konservenglas-Gesellschaft Hersteller Nummer 1 für Einmachgläser. So hat sich in Österreich der Begriff “Einrexen” eingebürgert.

Warum klappt das Einwecken nicht mit Mehl?

Mehl enthält Amylasen: Das sind Enzyme, also Proteine, welche die langen Stärke-Ketten in kürzere Einfach- oder Zweifachzucker spalten können.

Strukturformel Stärke bzw. Amylose
Einfaches Stärkemolekül (“Amylose”) – eine Kette aus Glucose-Molekülen, hier als Sechsringe dargestellt.

Der Name verrät uns das: Die unverzweigte Form der Stärke nennen die Chemiker auch Amylose, wobei die Endung “-ose” auf ein Kohlenhydrat hinweist. Die verzweigte Form dieser Molekülketten nennen sie hingegen Amylopektin. Die Endung “-ase” der Amylase weist hingegen auf ein Enzym hin, das spaltet bzw. zerlegt, was im Namen davor steht.

Wie kommen solche Enzyme in das Mehl?

Die Amylasen sind ein wichtiger Bestandteil von Getreidekörnern. Sie werden von der Mutterpflanze darin eingelagert, damit sie die Stärke im Samenkorn spalten können. Denn der Keimling, der daraus wächst, kann nur mit kleinen Zuckermolekülen etwas anfangen.

So lange die Amylasen funktionsfähig sind (und das bleiben sie beim Mahlen und bei vielen Vorgängen der Lebensmittelzubereitung auch), machen sie ihren Job jedoch auch in Lebensmitteln. Dabei entstehen aus Stärke und Wasser kleinere Zuckermoleküle wie z.B. Maltose (Malzzucker), ein Zweifachzucker aus zwei Glucose-Einheiten.

Ein Maltose-Molekül besteht aus zwei Glucose-Ringen

Zucker sind süss. Warum wird dann das Eingemachte sauer?

Geschmacksveränderungen in verderbenden Lebensmitteln sind in der Regel die Folge von Gärung. Dabei erzeugen wie Bakterien und Hefen aus den Lebensmittelbestandteilen neue Stoffe, die anders schmecken. Die beiden wichtigsten Gärungsprozesse sind die alkoholische (hierbei entsteht der “Trinkalkohol” Ethanol) und die Milchsäuregärung (hierbei entsteht Milchsäure bzw. das Lactat-Anion). Und zwar ganz ohne Sauerstoff-Zufuhr.

Wie die alkoholische Gärung genau funktioniert, könnt ihr hier nachlesen und im Experiment gleich selbst beobachten. Dabei zeigt sich, dass als Nebenprodukt des Gärprozesses das Gas Kohlenstoffdioxid, CO2, entsteht. Und mit der Entstehung von Gas erhöht sich der Druck im Einmachglas – bis der Verschluss undicht wird.

Um das zu bewerkstelligen, brauchen die Mikroben Zucker aus kleinen Molekülen. Ergo solche Zucker, wie die Amylasen ihn aus der Stärke freisetzen. Nicht inaktivierte Amylasen können also nicht nur Pflanzenkeimlinge, sondern auch Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen ernähren.

Bakterien und Hefen im Einmachglas?!

Nun sollte man annehmen, dass Amylasen im Einmachglas kein Problem darstellen sollten. Schliesslich werden beim Einkochen die Mikroben im Einmachgut totgekocht. Und an diesem Punkt sind alle meine bisherigen Recherchen ins Leere gelaufen.

So bleibt mir als Erklärung letztendlich nur der Umstand, dass auch der Einkochvorgang keine perfekte Konservierung ermöglicht. Irgendwo wird da immer die ein oder andere Zelle überleben. Oder zumindest ihre Enzyme für die Gärung werden nicht vollständig unbrauchbar gemacht (sind die richtigen Enzyme beisammen, funktioniert Gärung nämlich auch ohne Zellen).

Wenn diese letzten Überlebenden nichts zu futtern haben, können sie jedoch nichts – oder nur sehr, sehr langsam etwas – ausrichten. Mit einer Zuckerquelle aus Stärke samt Amylasen können diese Mikroben jedoch mit der Gärung beginnen und sich womöglich sogar etwas vermehren. Dabei muss nicht all zu viel CO2 entstehen, um den Unterdruck im Einmachglas aufzuheben. Und schon können weitere Mikroorganismen durch den undichten Verschluss eindringen, sich vermehren und im Einmachgut eine grosse Biochemie-Party schmeissen. Dabei entstehen dann noch mehr Stoffe, darunter noch mehr Gas, was den Verschluss um so undichter werden lässt…

Kurzum: Stärke mit Amylasen ist demnach nicht Voraussetzung für eine Gärung im Einmachglas, sondern beschleunigt sie “bloss” um ein Vielfaches.

Wie kann man das Stärke- Desaster verhindern?

  • Stärke ohne Amylasen verwenden: Stärke ohne Enzyme gibt es sicher für den Laborbedarf, (bio-)synthetisch hergestellt oder entsprechend gereinigt. Für den Hausgebrauch in der Küche aber viel zu teuer.
  • Saucen und anderes erst nach dem Einkochen mit Mehl binden: Dem Einmachglas ist die Konsistenz der Speisen egal. Die können daher auch erst beim Wiederaufwärmen kurz vor dem Verzehr angedickt werden.
  • Mehl und Mehlspeisen so stark erhitzen, dass die Amylasen sicher denaturiert werden: Dazu sind Temperaturen von deutlich mehr als 100°C nötig! Gebackenes Brot oder Kuchen sind daher durch und durch amylasefrei – die werden im Ofen heiss genug. Auch bei der Herstellung von trockenen Teigwaren (Nudeln, Pasta) scheinen die Amylasen beseitigt zu werden. Und wer nicht auf eine Mehlschwitze zum Andicken verzichten will, kann diese in Pflanzenöl ansetzen. Öl wird in der Pfanne nämlich heisser als wasserhaltige Butter und kann so die nötigen Temperaturen erreichen.
  • Wirklich lange und gründlich einkochen: Die in der Literatur empfohlenen Kochzeiten mindestens einhalten! Dabei steigt nicht nur die Wahrscheinlichkeit, möglichst viele Amylasen auszuschalten, sondern auch die Mikroben sterben zu einem grösseren Anteil ab. Der Nachteil: Je zerkochter die Mikroben werden, desto zerkochter wird auch das restliche Einmachgut.
  • Einen Dampfdrucktopf zum Einkochen verwenden: Unter steigendem Druck steigt auch der Siedepunkt von Wasser. Das Gargut wird damit heisser als im offenen Kochtopf. So gart es nicht nur schneller, sondern auch gründlicher: Die zur Denaturierung von Amylasen notwendige Temperatur kann so womöglich erreicht werden.

Wirklich sicher (und praktikabel) ist jedoch nur der zweite Vorschlag – auf Mehl, welches nicht gebacken wurde, beim Einkochen ganz zu verzichten.

Und welche Erfahrungen habt ihr beim Einkochen mit oder ohne Mehl schon gemacht? Wisst ihr bezüglich der Folgen des Vorhandenseins von Amylasen im Einmachgut mehr als ich?

Der Winter ist die Jahreszeit der grossen Temperaturunterschiede: Draussen frostig kalt, drinnen lauschig warm. Und dazwischen das ständige Wechseln zwischen dicker Vermummung und leichterer langärmeliger Wohnungskleidung. Langärmelig? Wo wir uns im Sommer bei der gleichen Raumtemperatur erst im T-Shirt richtig wohl fühlen?

Dieses Phänomen beschäftigt wohl auch meine treue Leserin Claudia, die diese interessanten Fragen gestellt hat:

Warum empfinden wir Temperaturen so unterschiedlich? Warum können minus 3 Grad genauso kalt wirken wie minus 15 Grad? Und umgekehrt: Warum schwitzen und stöhnen wir bei 28 Grad im Sommer, aber im Winter finden wir dieselbe Temperatur kuschelig warm?


Wie wir Temperaturen fühlen können

Damit wir die Temperatur unserer Umgebung ertasten können, ist die menschliche Haut von feinen Nervenenden durchzogen, die als Temperatursensoren arbeiten. Davon haben wir Menschen zweierlei: Wärmesensoren für den Eindruck “warm” und Kältesensoren für den Eindruck “kalt”.

Diese Wärme- und Kältesensoren messen allerdings nicht direkt die Temperatur der Luft oder was uns sonst umgibt. Stattdessen messen sie die Temperatur des sie umgebenden Gewebes! Und die Gewebetemperatur hängt von vielen äusseren Faktoren ab:

  • Wärmeproduktion im Körper: Je mehr wir in Bewegung sind, desto mehr Wärme fällt aus den Muskeln ab und erwärmt das Hautgewebe.
  • Umgebungstemperatur: Liegt die Temperatur ausserhalb des Körpers deutlich unter der Körpertemperatur von 37°C (das ist die Regel), wird die im Körper produzierte Wärme leicht an die Umgebung abgegeben: Das Hautgewebe kühlt ab. Je wärmer die Umgebung ist, desto schwieriger ist die Wärmeabgabe über die Haut: Das Gewebe bleibt warm.
  • Schweissproduktion: Unser grosser Vorteil gegenüber den meisten anderen Säugetieren: In der menschlichen Haut gibt es Schweissdrüsen, aus welchen Flüssigkeit auf die Hautoberfläche gelangen kann. Wenn diese verdunstet, wird dafür Wärme aufgewendet (diese “Verdampfungswärme” ist analog zur “Schmelzwärme”, welche ihr mit diesem Versuch erforschen könnt): Das Gewebe unter der feuchten Hautoberfläche kühlt ab, während der aufsteigende Wasserdampf die Wärme mit sich nimmt. So läuft der menschliche Körper auch bei Lufttemperaturen nahe oder über der Körpertemperatur nicht heiss. Der Nachteil: Um die ausgeschwitzte Flüssigkeit zu ersetzen, müssen wir sie trinken. Nässe von aussen (z.B. durch Regen oder nach einem Bad) hat übrigens den gleichen Effekt.
  • Wind: Ein Luftstrom transportiert Körperwärme schneller von der Hautoberfläche ab als stehende Luft. So trägt Wind dazu bei, dass wir unsere Umgebung als kühler empfinden – ganz besonders, wenn unsere Haut feucht ist, sodass der Wind zusätzlich die Verdunstung der Feuchtigkeit fördern kann. – Luftfeuchtigkeit: Wasser kann nur dann zügig verdunsten, wenn noch nicht zu viel Wasserdampf in der die feuchte Haut umgebenden Luft ist. Bei hoher Luftfeuchtigkeit ist kurz gesagt kaum noch Platz in der Luft für weiteren Wasserdampf. Unser Schweiss bleibt also flüssig und der Kühlungseffekt durch das Schwitzen bleibt aus. Der Körper schwitzt daraufhin nur noch mehr, ohne jedoch nennenswert abzukühlen. Deshalb empfinden wir tropisches Klima schon bei mässig warmen Temperaturen als furchtbar heiss, während wir selbst mit Temperaturen oberhalb der Körpertemperatur in einer trockenen Wüste leichter fertig werden (wenn wir genug zu trinken haben!).
  • Kleidung: “Warmblütige” Tiere haben (in der Regel) ein Fell oder Gefieder, das eine wärmende (oder kühlende) Luftschicht über der Haut einschliessen und festhalten kann. Da wir Menschen weitgehend nackt sind, ersetzen wir das fehlende Fell mit Kleidung. Die hält den Wind und bestenfalls Nässe von der Haut fern und umschliesst stattdessen eine stehende Luftschicht, die geordnet Wärme aus dem Körperinneren aufnehmen und langsam an die Umgebung abgeben kann. Wehe aber, diese Kleidung saugt sich mit Wasser voll: Wenn das verdunstet, wird nämlich reichlich Wärme aus dem Körper abgeführt. Und dem Menschen in nasser Kleidung wird furchtbar kalt. Nützlich ist das nur bei hoher Umgebungstemperatur: Dann erspart uns trocknende Kleidung am Leib nämlich zumindest zeitweilig das Schwitzen.

Feuchtigkeit und Wind sind die beiden wichtigsten Faktoren, die gemeinsam bewirken, dass unsere Haut bei feuchtwindigen -3°C mitunter genauso schnell abkühlt wie bei trockenen -15°C, und wir beide Temperaturen mitunter als gleich empfinden. Diese Unzulänglichkeit unseres Temperaturempfindens stört auch gar nicht weiter. Denn zum (Über-)Leben ist die eine wie die andere Temperatur zu niedrig. Da reicht die Information “Kalt!!!” völlig aus, um schleunigst ein geschütztes, warmes Plätzchen zu suchen.

Dazu kommen körperliche Unterschiede von Person zu Person


  • Die Wärme- und Kälterezeptoren sind genetisch bedingt von Mensch zu Mensch verschieden zahlreich vorhanden und unterschiedlich auf die Körperoberfläche verteilt.
  • Männer haben meist mehr Körpermasse unter einer relativ kleinen Körperoberfläche, während Frauen eine im Verhältnis zu ihrer Masse grössere Körperoberfläche haben. Und weniger Körperoberfläche bedeutet weniger Gelegenheiten für die Körperwärme, den Körper zu verlassen. So verlieren Männer in der Regel weniger Körperwärme als Frauen in gleicher Umgebung. Mein Partner Reto ist da allerdings eine Ausnahme: Der ist sehr hager und hat merklich schneller kalt als ich.

Und warum empfinden wir die gleiche Temperatur von 28°C im Winter als warm und im Sommer als kühl?

Dieser Umstand wird auf die Funktionsweise der Wärme- und Kältesensoren in unserer Haut zurückgehen. Die funktionieren nämlich zum Einen nur in jeweils einem eng gesteckten Temperaturbereich, und registrieren zum Anderen vor allem Temperaturänderungen

Wie unsere Kalt- und Warmsensoren Temperaturänderungen messen

Dazu senden die Sensoren permanent eine regelmässige Folge elektrischer “Pings” an das Gehirn, ähnlich dem Sonar eines U-Bootes. Ein gleichförmiges Signal interessiert uns aber wenig, sodass es in der Regel vor dem Eingang ins Bewusstsein ausgefiltert wird. Erst wenn sich die Temperatur des Hautgewebes ändert, steigt die Frequenz der Pings stark und das Bewusstsein wird darauf aufmerksam. Sobald die Temperatur bei einem neuen Wert gleich bleibt, pendelt sich auch die Ping-Frequenz bei einem mässigen, vom Anfang leicht unterschiedlichen Wert ein – und gerät bald wieder in Vergessenheit. Bis zur nächsten Temperaturänderung.

Zwei abgedeckte Temperaturbereiche und ihre Grenzen

Dazu kommt, dass unsere zwei Sorten Temperatursensoren in verschiedenen Bereichen arbeiten:

  • Die Kaltsensoren von 15°C bis 30°C (Wird unsere Haut kälter, fühlt sie sich entsprechend “taub” an)
  • Die Warmsensoren von 30°C bis 45°C (würde unsere Haut wärmer, verlören die Proteine darin ganz schnell ihre Funktionsfähigkeit: Wir würden gedünstet!).

Dazu kommen Schmerzrezeptoren, die uns davor bewahren, diese Grenzen des mit Leben verträglichen Temperaturbereichs nicht fahrlässig zu überschreiten. Wenn ihr einmal eine heisse Quelle findet, die in ein (an sich kühles) Gewässer mündet, könnt ihr das selbst ausprobieren:

Habt ein (am besten elektronisches) Thermometer bei euch. Betretet barfuss das Gewässer an einer angenehm temperierten Stelle und nähert euch langsam der heissen Quelle. Sobald ihr es nicht mehr im Wasser aushaltet (weil es wehtut!), geht einen Schritt zurück – eben da hin, wo es euch nicht mehr weh tut – und messt die Temperatur.

Ich habe dieses Experiment während unsrer Australienreise machen können: Meine Schmerzgrenze liegt ziemlich genau bei 43°C (also noch innerhalb des Bereichs, den die Warmsensoren abdecken). Das macht Sinn, denn die “offizielle” Höchsttemperatur, ab welcher unsere Proteine ihre Funktionsfähigkeit verlieren, beträgt 42°C.

Doch auch plötzliche Kälte kann Schmerzreize auslösen. Das ist auch sinnvoll, denn extreme Kälte kann unser Körpergewebe genauso zerstören wie extreme Wärme!

Beispiele für die Arbeit der Warm- und Kalt-Sensoren

Wenn wir im Winter von draussen reinkommen, nimmt der Wärmeverlust über die Haut rasch ab, da die Luft aussen um uns herum schnell einmal 20°C wärmer wird. Die Haut wärmt sich rasch auf und die Kältesensoren melden: Sehr viel weniger kalt! Und sobald die Gewebetemperatur die 30°C überschreitet, beginnen die Wärmesensoren zudem “Warm!” zu melden.

Wenn wir dagegen im heissen Sommer nach draussen gehen, wird die Wärmeabgabe über die Haut plötzlich schwierig, sodass die Temperatur des Gewebes leicht bei über 30°C ansteigt. Die Wärmesensoren, die zuvor inaktiv waren, melden nun: Warm!. Wenn wir aber wieder in die auf 20°C klimatisierte Wohnung gehen, sinkt die Gewebetemperatur: Die Wärmesensoren melden “weniger warm”. Unterschreitet die Gewebetemperatur dabei die 30°C, beginnen die Kältesensoren zudem, “Kalt!” zu melden.

Aus der Kälte kommend empfinden die Kältesensoren 28°C (im Gewebe!) also als “Wärmer!” (= “weniger kalt”), ehe die Wärmesensoren mit einer ersten “Warm!”-Meldung zu arbeiten beginnen.

Indessen beginnen aus der Wärme kommend die Kaltsensoren erst bei knapp unter 30°C mit einer ersten “Kalt!”-Meldung zu arbeiten, nachdem die Wärmesensoren zunächst “weniger warm” gemeldet haben.

Die Fähigkeit unserer Temperatursensoren, Temperaturänderungen zu messen, erlaubt uns also, die Richtung einer Temperaturänderung (nach oben oder nach unten) zu erkennen, auch wenn uns das Gefühl für die absolute Temperatur damit abgeht.

Kalt haben oder frieren? Wo ist der Unterschied?

Wenn wir Kälte empfinden bzw. “kalt haben”, wie wir hier in der Schweiz sagen, frieren wir nicht automatisch. Das geschieht nämlich erst, wenn die Innentemperatur unseres Körpers unter den Sollwert fällt.

Dazu kommt es entweder, wenn wir zu viel Wärme an die Umgebung verlieren und so eine (beginnende) Unterkühlung erleiden, oder wenn wir Fieber bekommen. Dann nämlich setzt die Körper-Kontrollzentrale den Sollwert für die Temperatur im Körperinneren um wenige Grad Celsius nach oben (die höhere Temperatur bedeutet mehr Energie für Stoffwechselvorgänge zur Infektabwehr und eine unbequemere Umgebung für Krankheitserreger – kurzum: Kriegszustand).

Beim Vergleich des neuen Solls mit dem Ist-Zustand stellen die Gewebe so dasselbe fest wie bei einer Unterkühlung: “Wir sind zu kalt – wir müssen mehr Wärme produzieren und festhalten!”

Viel Wärme können vor allem die Muskeln produzieren, wenn sie sich bewegen. Also fangen die Muskeln wild an zu zucken und zu zittern: Schüttelfrost! Dazu kommt ein generelles Kälteempfinden, das uns unter möglichst warme Decken kriechen lässt – dort geht dem Körper weniger Wärme verloren.

Auch eine “Gänsehaut” dient(e) übrigens dazu, Wärme im Körper festzuhalten: Sie ist der Versuch, unser (fast) nicht mehr vorhandenes Fell zu sträuben, sodass es eine lauschig warme Luftschicht über der Haut umschliessen kann.

Zusammenfassung

Wir Menschen (und viele andere Tiere) nehmen vornehmlich Änderungen der Temperatur unseres Hautgewebes wahr. Diese Temperatur kann von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden.

Zur Temperaturwahrnehmung kommen zwei Sorten Sensoren für verschiedene Temperaturbereiche zum Einsatz. So kann die Überschreitung der Grenze zwischen den beiden Bereichen je nach Richtung zu unterschiedlichen Signalfolgen führen.

Zusätzliche Schmerzrezeptoren hindern uns daran, den wahrnehmbaren lebensfreundlichen Temperaturbereich leichtfertig zu verlassen.

Kalt haben bedeutet aber nicht automatisch frieren: Wir frieren erst (mit Schüttelfrost und starkem Verlangen nach wärmerer Umgebung), wenn die Körperinnentemperatur unter den Sollwert fällt.

Sind euch diese Eigenheiten unserer Temperaturwahrnehmung auch schon aufgefallen? Bei welchen Umgebungsbedingungen fühlt ihr euch denn am wohlsten?

Zeolith und Detox - Taugen Klinoptilolith und Co zum Entgiften?

Im ersten Beitrag über Zeolith – besser Zeolithe, denn es handelt sich um eine ganze Familie von Stoffen – habe ich euch diese ganz besonderen Steine als Wasserenthärter, Spülmaschinentrockner und Rohstoff für Katzenstreu vorgestellt. Die Zeolithe bestehen aus einem festen Ionengitter aus Silizium- und Aluminiumionen, das negativ geladen ist (je grösser der Aluminiumanteil ist, desto mehr). Dieses Gitter enthält relativ grosse Aussparungen, regelrechte “Poren”. In diesen Poren können Wassermoleküle und positiv geladene Ionen (Kationen) angelagert werden. So ist gewährleistet, dass der Zeolith als Ganzes nicht elektrisch geladen ist.

So können Zeolithe mit grossem Aluminiumanteil ( Silizium : Aluminium = 1:1 gilt als gross!) nicht nur viel Wasser aufnehmen, sondern auch als Ionenaustauscher herhalten: Wenn im Wasser ausserhalb des Kristalls Kationen sind, die dem Zeolith besser “passen”, werden diese Ionen in den Poren angelagert und die ursprünglichen dafür freigesetzt. Da der in Waschmitteln eingesetzte synthetische Zeolith A Calcium-Ionen lieber bindet als Natrium-Ionen, kann er das Waschwasser “enthärten”, indem er die Calcium-Ionen daraus aufnimmt und dafür Natrium-Ionen abgibt.

Die “Schwamm-Wirkung” der Zeolithe führt schnell zu weiteren Anwendungs-Ideen. Warum nicht auch Sachen aufsaugen, die nicht nur lästig, sondern wirklich gefährlich sind?

Zeolith und “Detox” – Wie sinnvoll ist die “Entgiftung” mit den saugfähigen Steinen?

Zu den Metall-Kationen, die es sich gern im Zeolith-Gitter gemütlich machen, gehören zum Beispiel auch Cäsium- (Cs+ ) und Strontium-(Sr2+) Ionen. Deren radioaktive Vertreter entstehen als Nebenprodukte in Kernreaktoren und können bei Lecks oder gar einem Reaktorunglück zum Problem werden. So wurden schon nach der Katastrophe von Tschernobyl Zeolithe verwendet, um solche radioaktiven Ionen aus verseuchtem Wasser zu filtern (näheres dazu hier).

Könnte man das nicht nutzen, um – nicht nur radioaktive – Schwermetalle und andere Schadstoffe aus unserem Körper zu entfernen? Mit Hilfe von natürlich vorkommenden Steinen?

So zumindest lautet die Idee verschiedener Hersteller von Nahrungsergänzungsmitteln und ihrer Anhänger.

Was Detox-Zeolithe tun sollen

Produktbeschreibungen für Detox-Kuren mit “Zeolith” offenbaren eine ganze Palette von Wirkungen. Allen voran steht eine “Reduzierung der Ammonium- und Schwermetallbelastung des Körpers”, indem es “Giftstoffe und überschüssige Säuren im Darm bindet”. In den Beschreibungen angegebene Folgen dessen seien zum Beispiel (wörtliche Zitate von Anbietern von Zeolith-Kuren von Googles Seite 1, die ich hier bewusst nicht verlinke):

  • Entlastung des Stoffwechsels von Leber, Niere, Bauchspeichedrüse und Blut (mittels Entgiftung über den Darm)
  • “schnellere Regenerationen”
  • Stärkung des Immunsystems
  • Anti-Aging-Effekt
  • Steigerung von Energie, Vitalität und Lebensqualität
  • Bindung und Entfernung von freien Radikalen
  • Versorgung mit Calcium und Magnesium (allenfalls durch Beimengung von entsprechenden Verbindungen)

Um all das zu erreichen genüge es laut der Hersteller, regelmässig und allenfalls dauerhaft Zeolithe einzunehmen.

Was Zeolithe im Magen-Darm-Trakt tun können

Stoffe aus dem Darminhalt aufnehmen

Einmal verspeist können Zeolithe Ionen und wasserlösliche Stoffe genau an ihrem Aufenthaltsort aufnehmen: Im Inneren von Magen und Darm – im Nahrungsbrei.

Metallionen aus dem Darminhalt austauschen

Je nach Zusammensetzung können Zeolithe aber nicht nur Schwermetalle, sondern auch wertvolle Nährstoffe wie Calcium oder Eisen aus der Nahrung abgreifen.

Für die Reihenfolge, welche Ionen gegen welche ausgetauscht werden, gibt es eine Faustregel: Zweifach positiv geladene “haften” besser am Zeolith als einfach positiv geladene Ionen, kleine Ionen besser als grosse. Ein Zeolith, der Natrium (Na+) oder Kalium (K+) enthält, wird diese Ionen demnach für Calcium- (Ca2+), Magnesium-(Mg2+) und Eisen- (Fe2+)ionen abgeben. Währenddessen würde ein Zeolith, der Calciumionen enthält, diese nur gegen kleine zweiwertige Ionen, wie Magnesium- oder Eisenionen wieder hergeben.

Radioaktives Cäsium entfernen

Cäsium ist chemisch den Elementen Natrium und Kalium ähnlich und damit gut wasserlöslich. So können seine Ionen (Cs+) sich – im Unterschied zu denen vieler anderer Schwermetalle – ziemlich frei im Körper bewegen und sich überdies an Klinoptilolith anlagern. Das funktioniert zumindest im Tierversuch bei Ratten und Hühnern. Mit Menschen hat man das im Rahmen einer Studie noch nicht probiert.

Magensäure neutralisieren

Zeolithe sind tatsächlich basisch. Säure zur Neutralisation finden sie auf ihrem Weg durch den Verdauungstrakt auch reichlich vor: Im Magensaft, wo sie wichtige Aufgaben hat. Neben denen neutralisiert sie auch gleich die Zeolithe. So ist von deren basischen Eigenschaften nach dem Magendurchgang nichts mehr übrig. Für die Neutralisation der Magensäure sorgt der Körper schliesslich selbst beim Übergang in den Darmtrakt: Dessen Inhalt ist nämlich grundsätzlich schwach basisch.

Was Zeolithe im Magen-Darm-Trakt aus Chemikersicht nicht können

Schwermetalle und Giftstoffe aus “Speicherorganen” wie Leber, Nieren, Haut und Zähnen entfernen

Der Darm ist zur Aufnahme, nicht zur Ausscheidung solcher Stoffe geschaffen. Schliesslich wollen wir die nützlichen darunter ja aus dem Nahrungsbrei herausholen und sie nicht wieder an diesen verlieren. Was einmal aus der Nahrung in den Körper gelangt, bleibt also drin. Ausnahme: Gut wasserlösliche Ionen und Kleinstmoleküle, die durch Ionenkanäle und Transportproteine zwecks Elektrolythaushalt rein und raus können!

Es sei denn, es findet einen anderen Weg hinaus – über die körpereigenen Entgiftungsanlagen: Leber, Nieren und Lunge. Die Leber wiederum hat tatsächlich einen Hinterausgang in den Darm: Die Galle. Gallenflüssigkeit enthält tatsächlich grosse Abfall-Moleküle, die in der Leber so umgebaut wurden, dass sie wasserlöslich sind. So können sie ungehindert über den Darm ausgeschieden werden. Diese Moleküle sind nun aber so gross, dass sie auch nicht fälschlich wieder in den Körper hinein gelangen können.

Schwermetallionen effektiv gegen Natrium-, Kalium- und ähnliche Ionen austauschen

Die meisten Schwermetallionen schwimmen gar nicht frei im Darminhalt oder sonstwo im Körper umher, sondern sind an die verschiedensten Moleküle gebunden. Diese Bindungen müssen erst gebrochen werden, bevor die Ionen in die Poren des Zeoliths gelangen können (denn die meisten “Anhängsel”-Moleküle sind dafür zu gross). Somit ist theoretisch nur ein kleiner Teil der Schwermetalle im Darminhalt für das Zeolith “zu haben”.

Zwischen Giftstoffen und Nützlichem unterscheiden

Neben unerwünschten Stoffen gibt es in Magen und Darm eine Unzahl weiterer Stoffe: Nährstoffe, unverwertbare Nahrungsbestandteile, Bestandteile der Verdauungsflüssigkeiten, die sich alle mehr oder weniger gern um Zeolith-Pulverkörner herum lagern oder in die Poren eindringen. Und all jene, die sich eher gern mit Klinoptilolith oder anderen Zeolithen abgeben, konkurrieren mit jeglichen Giftstoffen um den Platz in den Zeolith-Poren. Da bleibt dann nur noch ein Bruchteil des Platzes für die Dinge, die man eigentlich “ausleiten” will.

Giftige organische Moleküle aus dem Darminhalt entfernen

Die Moleküle der berühmt-berüchtigten Giftstoffe sind nämlich entweder so gross (Aflatoxine, Pestizide, Antibiotika,…), dass sie gar nicht in die Poren von Naturzeolith (ergo Klinoptilolith) hinein passen. Oder sie sind so klein (z.B. Methanol), dass sie flink an jedem Zeolith vorbei in den Körper gelangen.

Den Körper mit Silizium versorgen

Unsere Magensäure ist nicht in der Lage, das Gitter von Klinoptilolith anzugreifen und Atome heraus zu lösen (und im basischen Inhalt des Darmes geht das erst recht nicht). Das ist auch gut so. Denn wenn sie das könnte, würde zuerst das Aluminium aus dem Zeolith freigesetzt. Und das hat einen denkbar schlechten Ruf, wenn es um die körperliche Gesundheit geht.

einen “Kater” bekämpfen

Nicht nur, dass sich Ethanol und sein Abbauprodukt Acetaldehyd (der eigentliche Verursacher des Katers) sich kaum an Klinoptilolith anlagern. Das Acetaldehyd und damit der Kater entstehen zudem in Zellen fernab vom Darm, wo die Zeolithe nie hingelangen und etwas daran ändern könnten. Was wirklich gegen einen Kater hilft und was im Körper mit dem Alkohol passiert, könnt ihr hier nachlesen.

Freie Radikale entfernen

Zeolithe sind Ionenaustauscher, keine Radikalfänger. Letztere sind Stoffe, die bei lebensförderlichen Bedingungen zu Redoxreaktionen – also dem Austausch von Elektronen – in der Lage sind. Solche Eigenschaften sind von Zeolithen nicht bekannt. Ausserdem: Freie Radikale entstehen in allen Zellen, die Energie aus der “Verbrennung” von Sauerstoff gewinnen. Also praktisch im ganzen Körper. Und das ist in den meisten Fällen weit weg vom Inhalt des Darmes.

Ammoniak aus dem Darminhalt entfernen

Ammoniak (NH3) ist ein kleines, dem Wasser ähnliches Molekül. Tatsächlich lässt das sich auch gut in den Poren von Naturzeolith unterbringen. Das Problem: Es gibt im menschlichen Darm keinen Ammoniak. Sofern wir nicht Ammoniak-Lösung trinken, was aber kaum jemand freiwillig tun wird: Die ist ätzend, giftig und stinkt! Allenfalls gibt es Ammonium-Ionen (NH4+) , die im menschlichen Darm entstehen (durch Bakterien, die unverdaute Proteine zersetzen). Die wiederum sind gut wasserlöslich und gelangen über die Blutbahn in die Leber. Dort wird das Ammonium zu Harnstoff verbaut und findet über die Nieren nach draussen. Und das schafft eine gesunde Leber gut und gern allein.

Nur Widerkäuer (Rinder, Schafe,… ) haben Bakterien in ihrem Verdauungstrakt, die wirklich Ammoniak produzieren. Das ist ein Grund für den Einsatz von Zeolithen in Nutztierfutter.

Bakterien, Pilze oder Viren bekämpfen

Bakterien und Pilze sind Lebewesen, die aus mindestens einer kompletten Zelle bestehen Damit sind sie um viele Grössenordnungen grösser als alle bereits erwähnten Moleküle. Nie im Leben passen die in die Poren von Klinoptilolith oder einem ähnlichen Zeolith!

Auch Viren – wenngleich keine klassischen Lebewesen – sind um Grössenordnungen grösser als die Poren im Zeolith-Gitter.

Eine Anwendungsmöglichkeit massgeschneiderter, synthetischer Zeolithe mit grossen Poren ist die Verwendung als “Behälter” z.B. für Antibiotika-Moleküle oder Silber-(Ag+)Ionen. Letztere haben eine bakterizide Wirkung und lassen sich durch Ionenaustausch im Zeolith deponieren. Solche präparierten Zeolithe werden dann verwendet, um z.B. keimabweisende Oberflächen herzustellen.

Dass Zeolithe ohne solches Gepäck meines Wissens keine Bakterien töten, ist übrigens gut so. Denn in unserem Darm gibt es eine Menge davon, die überaus wichtig für unsere Gesundheit sind. Und falls Zeolithe doch Bakterien töten, wäre das ein triftiger Grund, sie nicht einzunehmen!

Krebs heilen

Wissenschaftler haben tatsächlich Hinweise darauf gefunden, dass Zeolithe in der Nährflüssigkeit in Zellkulturen zu schnellerem Absterben der Zellen führen (und damit ein Zellgift sind). Im Tierversuch führen sie nach Auftragen zudem zur Verkleinerung von Hauttumoren durch extreme Austrocknung derselben. Dementsprechend sind die Krebsforscher an Zeolithen interessiert. Von den genannten Hinweisen zu einem wirksamen und anwendbaren Medikament ist es aber noch ein weiter Weg.

Und was ist mit Bentonit?

Bentonit wird häufig im Zusammenhang mit Zeolithen genannt und vertrieben, obwohl es gar nicht zu letzteren zählt. Bentonit ist nämlich eine Tonerde, die hauptsächlich aus dem Tonmineral Montmorillonit besteht. Das enthält zwar wie die Zeolithe Silizium, Aluminium, Sauerstoff und verschiedene positive Metallionen und kann sehr viel Wasser aufnehmen. Silizium und Aluminium sind aber nicht in einem festen Gerüst angeordnet, sondern bilden locker verbundene Schichten.

Deshalb hat Bentonit – anders als Zeolithe – die Eigenart, im Zuge der Aufnahme von Wasser aufzuquellen und dann fest zu werden. Und das nicht zu knapp. Das kann besonders im Magen-Darm-Trakt, wo im Allgemeinen wenig Platz ist, unangenehme, wenn nicht gar gefährliche Folgen haben: Verstopfung! Daher ist die Einnahme von Bentonit gar nicht zu empfehlen!

Und die übrigen Detox-Wirkungen? Gibt es dazu Untersuchungen?

“Stärkung des Immunsystems”, “Anti-Aging-Effekt”, “Steigerung von Energie, Vitalität und Lebensenergie” sowie “schnellere Regenerationen” (warum steht das in der Mehrzahl?!) sind äusserst schwammige Begriffe. So wie die ganze Welt um “Detox” und “Entgiftung” als Modeerscheinung eine äusserst schwammige Angelegenheit ist.

Von “Schlacken”, “Toxinen” und “Umweltgiften” ist da die Rede, aber kaum jemand (wenn nicht niemand), der Zeolithe und andere Entgiftungshilfen anpreist, weiss diese Stoffe oder ihre Herkunft im Einzelnen zu benennen. Kein Wunder: Die Liste dessen, was Klinoptilolith nicht kann, ist ja ziemlich lang und viele populäre Kandidaten für diese Stoffgruppen darauf vertreten. Damit wären konkrete Angaben zur Wirkweise von Zeolith und anderen Detox-Kuren ja viel zu leicht widerlegbar, um lange geduldet zu werden. Dementsprechend uneinheitlich und diffus sind auch die Beschreibungen der Wirkweise dieses und anderer Detox-Hilfsmittel.

Und was man nicht genau benennen kann, kann man nur schwerlich untersuchen. Deshalb gibt es weder Studien, die einen gesundheitlichen Vorteil von Detox-Kuren (ob nun mit oder ohne Zeolith) belegen, noch solche, welche die gegenteilige Aussage stützen würden.

Anders sieht das aus, wenn sich der Begriff “Detox” auf die medizinische Behandlung akuter Vergiftungen (im Mediziner-Jargon “Intox”) bezieht. Die wird wiederum wird nur fällig, wenn ein giftiger Stoff in grossen Mengen (meist versehentlich) aufgenommen wurde oder/und das Versagen von Nieren oder Leber aufgefangen werden muss. Solche Entgiftungsmassnahmen gehen oft am empfindlichen Verdauungstrakt vorbei. Ein Beispiel ist die Hämodialyse (maschinelle “Blutwäsche”), die sowohl als Notfallmassnahme als auch langfristig bei Patienten ohne funktionierende Nieren zum Einsatz kommt.

Mit Detox-Kuren im Sinne der Anbieter von Nahrungsergänzungsmitteln haben solche – gut als wirksam belegten – Methoden aber nichts zu tun.

Fazit

Die Wirkweise und der mögliche Nutzen von Detox-Kuren ist im Allgemeinen höchst unklar, nicht zuletzt weil es zu den schwammigen und uneinheitlichen Aussagen der Anbieter kaum bis keine belastbare/n Studien gibt.

Das gilt auch für Zeolithe, insbesondere Klinoptilolith, als Entgiftungs-Hilfsmittel. Meine Fachkollegin Dr. Arnold hat für einen Vortrag zum Thema gerade einmal 19 Veröffentlichungen rund um die Anwendung von Zeolithen am Menschen gefunden – wissenschaftlich unbrauchbare und solche mit fragwürdigen Schlussfolgerungen mit eingeschlossen! Die kommentierte Liste mit Links gibt es am Ende ihres hochinteressanten Handouts zum Vortrag, das auch für meinen Artikel eine wichtige Grundlage ist und viele weitere Einzelheiten enthält.

Die Liste der möglichen Wirkungen, die aus Chemiker-Sicht nicht funktionieren dürften, ist dagegen lang. Das sind (nicht nur) in meinen Augen genügend Gründe, um dem Detox-Hype im Allgmeinen und Zeolithen zum Einnehmen im Besonderen aus dem Weg zu gehen. Und euch zu raten, dasselbe zu tun.

Umweltbelastung und überzogene Preise

Dazu kommt, dass die Gewinnung von Naturzeolith – im Tagebau – naturgemäss nicht eben umweltfreundlich ist. Für ein Mittel ohne nachgewiesene Wirkung die Erde umgraben und Landschaften zerstören? Da gibt es sinnvollere und nachhaltigere Wege, etwas für die Gesundheit zu tun!

In jedem Fall rechtfertigen weder die Herstellungskosten für Naturzeolith noch die Liste den stolzen Preis für Zeolith-Produkte zur Detox-Kur: Angeblich liegt der Preis für ein Kilo Naturzeolith beim Grosshersteller bei rund 35 Eurocent. Fein gemahlen und in einer an Medikamente erinnernden Dose verpackt findet sich das Kilo Steinstaub dann für gut und gerne 150 Euro (!) im Angebot wieder! Da möchte ich gar nicht wissen, wie gross diese Diskrepanz in der teuren Schweiz ausfällt.

Da freue ich mich lieber an dem wasserenthärtenden Zeolith in meinem Waschmittel und denke schmunzelnd an Helge Schneiders “Katzenklo, Katzenklo, ja das macht die Katze froh!” – mit Zeolithstreu. Und bin mir dabei stets bewusst: Zeolith kann eben doch nicht alles.

Und seid ihr schon einmal mit Zeolithen als Detox-Kur in Kontakt gekommen? Was haltet ihr davon? Was sind eure Erfahrungen?

Zeolithe: Wo die nützlichen Steine uns im Haushalt helfen

Zeolithe sind nicht nur im Haushalt äusserst nützlich. Auch als Nahrungsergänzungsmittel für Entgiftungskuren ist “Zeolith” überaus populär. Da diese Anwendung dieser vielseitigen Stoffgruppe hier aber den Rahmen sprengen würde, kommt ein zweiter Artikel zu Zeolithen und Detox nächste Woche!

Was ist eigentlich in unserem Waschpulver drin? Diese Frage kam neulich beim Nachtessen mit der Schwiegermutter auf. Na klar: Seife. Oder in der Chemiker-Sprache: Tenside. Und über deren Super-Waschkraft habe ich hier ja schon geschrieben. Aber nachsehen schadet ja nichts, dachte ich. Und siehe da: Mein Universal-Waschpulver vom orangen M enthält nur 5-20% Tenside – und 15%-30% Zeolithe. Was ist das denn nun schon wieder?

Was sind Zeolithe?

Laut Definition im Chemiebuch oder auf Wikipedia sind Zeolithe eine Gruppe von “kristallinen Alumosilikaten”… mit anderen Worten: Steine. Und zwar Steine, welche die chemischen Elemente Silizium und Aluminium enthalten. Das ist an sich nichts besonders, sind Silizium und Aluminium doch das zweit- und dritthäufigste Element in der Erdkruste.

So hübsch sind Zeolithe selten: Natrolith aus meiner Mineraliensammlung – ein natürlicher Zeolith auf Basalt. Dieses Grundgestein hat Naturzeolithen auch die Bezeichnung als “natürliches Vulkangestein” eingebracht.

Das Ionengitter der Zeolith-Kristalle, aus welchen diese Steine bestehen, ist allerdings ein ganz besonderes: Es enthält grosse Lücken, die den ganzen Kristall zu einem porösen Schwamm machen!

Wie sind Zeolith-Kristalle aufgebaut?

Die allgemeine Verhältnisformel der Zeolithe lautet:

Mn+x/n [(AlO2)x (SiO2)y. z H2O

Ein Schweizer Käse aus Si- und Al-Atomen

Der Inhalt der eckigen Klammer beschreibt das eigentliche Kristallgitter: Es besteht aus Silizium (Si)-, Aluminium (Al)- und Sauerstoff (O)-Atomen, wobei auf x Silizium-Atome stets y Aluminium-Atome kommen. Jedes dieser Atome ist mit vier Sauerstoffatomen verbunden (die wiederum werden dazu je zweimal verwendet, weshalb die Formel nur 2 Sauerstoff-Atome je Metallatom enthält). Anders eingeteilt besteht das Zeolith-Gitter somit einander überlappenden Sauerstoff-Tetraedern mit je einem Silizium- oder Aluminiumatom im Zentrum.

Molekülmodell: Tetraeder

Molekülmodell in Form eines Tetraeders: Die vier weissen Kugeln befinden sich in den vier Ecken dieses geometrischen Körpers, die pinke Kugel liegt in dessen Zentrum.

Wer sich ein etwas mit organischer Chemie auskennt (da sind es Kohlenstoff-Atome, die mit ihren Nachbarn Tetraeder bilden), weiss, dass man aus Tetraedern die vielfältigsten Gerüste bauen kann. Deshalb gibt es ein wahres Sammelsurium von Zeolithen:

60 natürlich vorkommende Mineralien gehören zu dieser Gruppe, über 150 weitere sind von Chemikern entworfen und künstlich hergestellt worden!

Sie alle haben eines gemeinsam: Ihre Gitter umfassen mehr oder weniger grosse Hohlräume – ein richtiger molekularer Schweizer Käse. In Waschmitteln findet man vor allem der synthetische Zeolith A, dessen Kristallgitter so aussieht:

Kristallgitter von Zeolith A

Jede Ecke in der Skizze steht für ein Silizium- oder Aluminium-Atom. Die Sauerstoff-Atome sind dazwischen entlang der Verbindungslinien angeordnet.

Grundbaustein der Zeolithe: Sodalith-Käfig mit Si-, Al- und O-Atomen
Ein Element des Zeolith-A-Gitters mit eingezeichneten Atomen

In der Mitte zwischen acht dieser Einheiten bleibt ein relativ grosses Loch, dessen Wände die Chemiker als alpha-Käfig” bezeichnen.

Gitter des Zeolith A mit markiertem alpha-Käfig
Die Wände des Alpha-Käfigs in diesem Ausschnitt aus dem Zeolith-A-Gitter sind dunkel eingefärbt.

Im Zeolith A sind ebenso viele Silizium- wie Aluminium-Atome enthalten – die Verhältnisformel für diesen Zeolith lautet damit:

Na12((AlO2)12(SiO2)12) · 27 H2O

Zeolith-Kristalle sind Riesen-Anionen

Wenn ihr euch die allgemeine Verhältnisformel der Zeolithe oder die für Zeolith A genauer angesehen habt, ist euch vielleicht das “-” an der Aluminium-Einheit aufgefallen. Richtig: Jeder Aluminium-Tetraeder im Gitter trägt eine negative elektrische Ladung. Damit ist das ganze Kristallgitter eines Zeoliths ein einziges riesiges und tausendfach geladenes Anion!

So etwas lässt die Natur aber nicht einfach frei und einsam existieren…entgegengesetze Ladungen müssen für den Ausgleich her. Hier kommen die positiven Metall-Ionen Mn+, die ganz links in der Verhältnisformel stehen, ins Spiel. Für jede negativ geladene Aluminium-Einheit muss ein einfach positiv geladenes (n = 1) Metall-Ion her. Wenn mehrfach positiv geladene (n > 1) Metall-Ionen zur Hand sind, ist die Anzahl x der Aluminium-Einheiten durch die Ladungszahl der Metall-Kationen zu teilen (x/n).

Zeolith A enthält einfach geladene Na+-Ionen – 12 davon für 12 Aluminium-Einheiten, die in den Lücken im Gitter Platz finden und sich locker um das negativ geladene Gerüst herum anordnen.

Zeolithe sind molekulare Schwämme

Ausserdem ist in den Lücken noch reichlich Platz für Wassermoleküle. Die finden sich ganz rechts in der Verhältnisformel wieder. Die Wassermoleküle umhüllen sowohl die Metall-Kationen als auch das Gitter selbst, was den Metallionen den Aufenthalt im Gitter erst richtig gemütlich macht (eine Wasserhülle (in Chemikersprache: “Hydrathülle”) um ein wasserlösliches Ion enthält weniger Energie als das Ion ohne Hülle, was den umhüllten Zustand erstrebenswerter macht).

Durch Erhitzen können diese Wassermoleküle jedoch zum Verdampfen gebracht werden und den Kristall verlassen. Das ist eine charakteristische Eigenschaft von sogenanntem “Kristallwasser”, das einer chemischen Formel mit einem “*” bzw. Multiplikations-Punkt angehängt wird.

Auf eine Grundeinheit des Zeolith-A-Gitters kommen so normalerweise 27 Wassermoleküle.

Was hat die grosse Menge Zeolith A in Waschmitteln zu suchen?

Zeolithe können Wasser enthärten!

Die Hohlräume der Kristalle der Zeolithe enthalten von Wasser umhüllte Natrium-Ionen. Diese Ionen sind damit regelrecht im Kristallwasser gelöst. Das macht sie leicht darin beweglich. Tatsächlich können sie sich durch den ganzen Kristall und hinaus bewegen. Wenn sich nun andere Metall-Ionen finden, die es in einem Zeolith-Kristall noch behaglicher finden, können die Natrium-Ionen deshalb ganz leicht gegen solche ausgetauscht werden.

Und in unserem Leitungswasser, mit welchem wir unsere Wäsche waschen, finden sich solche Ionen zuhauf. Es ist schliesslich mehr oder weniger “hart” – es enthält Kalk: Calciumcarbonat, genauer gesagt Calcium- (Ca2+) und Carbonat- (CO32-) Ionen.

[Für die Chemiker unter euch: Carbonat CO32- ist natürlich eine Base und reagiert mit Wasser zu Hydrogencarbonat- (HCO3) und Hydroxid-Ionen (OH) weiter, anstatt einfach gelöst zu werden. Aber das ist hier für einmal nicht von Bedeutung.]

Zusammen bilden diese beiden die gefürchteten Kalkbeläge, welche die Leitungen in unseren Waschmaschinen verstopfen und die Wäsche steif machen können. So etwas will keiner haben.

Wenn Zeolithe im Waschwasser sind, machen es sich die Calcium-Ionen jedoch lieber in den Hohlräumen des Zeolith-Gitters gemütlich und verdrängen dabei die Natrium-Ionen aus dem Zeolith A. Einen vollständigen Austausch von Natrium- gegen Calcium-Ionen könnte man so beschreiben:

Na12((AlO2)12(SiO2)12) · 27 H2O + 6 Ca2+(aq) –> Ca6((AlO2)12(SiO2)12) · 27 H2O + 12 Na+(aq)

Nachdem die Calciumionen sich im Zeolith eingerichtet haben, bleiben im Wasser Natrium- und Carbonat-Ionen zurück. Und Natriumcarbonat (auch als “Soda” bekannt) ist sehr gut wasserlöslich. So lagert es sich weder in der Maschine noch in der Wäsche ab und kann einfach fortgespült werden.

Das Gleiche geschieht mit dem Zeolith-Pulver. Das ist zwar nicht wasserlöslich, aber so fein gemahlen, dass es einfach mit weggeschwemmt wird.

Womit hat man früher Wasser enthärtet?

Künstliche Zeolithe wie Zeolith A kommen erst seit den späten 1970er Jahren in Waschmitteln zum Einsatz. Davor haben Gerüste aus Phosphor und Sauerstoff – also Phosphate – diese Aufgabe übernommen. Die Phosphat-Gerüste neigen allerdings dazu zu zerfallen, was sie zu ergiebigen Nährstoffen für Pflanzen macht.

Als solche Phosphate vermehrt mit Abwässern in die Umwelt gelangten, wurde das rasch zum Problem: Die Nährstoff-Schwemme führte zu Überdüngung und brachte viele ökologische Systeme aus dem Gleichgewicht. So wurden die Phosphate zunehmend durch Zeolithe ersetzt. Denn letztere sind schliesslich Steine – die taugen nicht als (unnötiger) Dünger.

Einen Haken haben Steine aber dennoch: Sie sind wasserunlöslich. Damit gelangt das ganze Zeolith-Pulver unverändert mit dem Abwasser in die Kläranlagen…und was gibt pulverisiertes Gestein in Wasser? Richtig: Schlamm. Und der sammelt sich in den Klärbecken. Seit Zeolithe in Waschmitteln zum Einsatz kommen, müssen Klärwerke deshalb mit merklich mehr Klärschlamm fertig werden – Grund genug, auch phosphatfreie (und zeolithhaltige) Waschmittel nicht in übertriebenen Mengen einzusetzen.

Zeolithe als Helferlein im Katzenklo

Habt ihr Katzen daheim? Dann kennt ihr Zeolithe wahrscheinlich auch von anderswo. Nämlich aus dem Zoohandel. Da wird nämlich gerne ein Naturzeolith (also ein natürlich vorkommendes Mineral) namens Klinoptilolith als Katzenstreu angeboten.

Die porösen Kristallgitter lassen sich nämlich nicht nur als Ionenaustauscher nutzen, sondern auch wie ein richtiger Schwamm! Das geht dann besonders gut, wenn der Zeolith etwa ebenso viele Silizium- wie Aluminiumatome enthält. Das synthetische Zeolith A ist ein gutes Beispiel dafür: Hier ist das Verhältnis zwischen Silizium und Aluminium 1:1. Aber auch Klinoptilolith mit 5:1 ist noch ein wunderbarer Schwamm.

Diese Zeolithe sind nämlich wahnsinnig heiss darauf, ihre Poren mit zusätzlichem Wasser aus ihrer Umgebung zu füllen (buchstäblich: Da es das Wasser in den Poren so bequem hat, wird eine Menge Energie, genannt “Adsorptionswärme”, dabei frei.

Doch damit nicht genug: Mit dem Wasser saugen sie auch vieles auf, was darin gelöst ist. Zum Beispiel Geruchsstoffe im Katzenurin. So werden die Nasen der menschlichen Dosenöffner geschont, während die Katze ihr Geschäft in natürlichem Gesteinsschutt verscharren kann.

Von Zeolith-Katzenstreu zu Pflanzenerde

Natürlicher Gesteinsschutt, der Wasser und überdies noch Nährstoffe (Urin, auch von Katzen, enthält naturgemäss Stickstoffverbindungen) speichert, kann zudem als Bestandteil von Pflanzenerde nützlich sein (andere formstabile Wasserspeicher sind “Superabsorber” aus organischen Polymeren (“Kunststoffen”), die ich in diesem Experiment als Ersatz für Pflanzenerde verwendet habe). Deshalb gilt Katzenstreu aus Naturzeolithen als geeignet für den Kompost.

Eigentlich sollte für synthetische Zeolithe dasselbe gelten – es handelt sich dabei schliesslich um Designer-Steine. Aber “natürlich” hat nunmal die weitaus grössere Werbewirkung – und ist in diesem Fall überdies billiger. Naturzeolithe kommen nämlich nahe der Erdoberfläche vor und können im Tagebau gewonnen werden (mit allen Konsequenzen für die Landschaft). Das künstliche Nachstellen der Entstehung von Steinen – so werden synthetische Zeolithe gemacht – ist hingegen ziemlich aufwändig. Mehr zum Vergleich von natürlichen und synthetischen Zeolithen findet ihr hier.

Zeolith im Geschirrspüler

Die “Saugfähigkeit” von Zeolithen wird seit einigen Jahren auch in der Küche genutzt. Hier kommt eine fest eingebaute Schale mit Zeolith-Pellets in der Spülmaschine zum Einsatz. Und zwar zur energiesparenden Trocknung.

Die Idee dahinter: Nach dem Spülgang ist das Maschineninnere samt Geschirr und Luft noch nass. Ein Ventilator bläst diese feuchte Luft durch den Behälter mit dem Zeolith, welcher das Wasser “aufsaugt” und dabei eine grosse Menge (Adsorptions-)Wärme abgibt. Die Luft kommt also trocken und warm in den Geschirrspüler zurück und bringt dort weiteres Wasser zum Verdampfen, das anschliessend vom Zeolith aufgenommen werden kann.

Beim nächsten Spülgang wird dagegen der Zeolith geheizt, sodass das Wasser aus den Poren im Kristallgitter verdampft und in den Geschirrspüler zurückgeführt werden kann. So wird der Zeolith für die nächste Trocknung wieder einsatzbereit gemacht.

Das Ganze gilt als sehr energieeffizient – allerdings liest man im Netzt viele Berichte über Geschirrspüler Zeolith-Trocknung (zum Beispiel hier und hier), die bereits nach drei bis fünf Jahren reif für eine unwirtschaftlich teure Reparatur sind. Ob diese Berichte repräsentativ sind, kann ich natürlich nicht sagen – aber es scheint, als wäre diese Technologie noch ausbaufähig.

Schaden oder nützen Zeolithe der Gesundheit?

Mehr dazu gibt es nächste Woche im zweiten Teil über Zeolith für Detox-Kuren!

Und wo sind euch Zeolith bzw. Zeolithe bislang begegnet?


Hochwertigen Content von Unsinn unterscheiden - So geht's!

Das Internet ist eine tolle Sache. Jeder kann veröffentlichen, was ihn bewegt, jede Information kann gefunden werden. Es gibt praktisch keine Voraussetzungen, die jemand mitbringen muss, um Informationen zu verbreiten (ausser der Fähigkeit, halbwegs gerade Sätze schreiben oder reden zu können). Nie war es so einfach, sich auszutauschen oder Wissen zu erlangen….wirklich?

Wie damals die Pioniere im Wilden Westen streben wir heute nach der Freiheit eines weitgehend unregulierten Raumes: Des Internets. Diese Freiheit ist ja schliesslich eine tolle Sache – können wir uns im Netz doch durch das Erstellen oder/und Verbreiten nützlicher Inhalte verwirklichen. Und das ganz ohne uns mit Hürden wie einer Journalisten-Ausbildung oder dem Verlagswesen herumschlagen zu müssen.

Unsinn oder wissenswert – das ist hier die Frage

Leider gilt das auch für eine grosse Menge “schwarzer Schafe”, die diese Freiheit nutzen, um teils haarsträubenden Unsinn zu verbreiten.

Viele tun das sicherlich unwissentlich, weil sie mangels Fachwissen nicht erkennen, dass sie ‘Unsinn’ von sich geben oder zitieren.

Ein weitaus grösserer Teil scheint mir jedoch grösseren Strömungen anzuhängen, die in oft dogmatischer Weise an Fehlinformationen festhalten – zum Beispiel an Verschwörungstheorien, esoterischen Lehren oder Heilungs- bzw. Gesundheitsversprechen. Dieser Teil geht naturgemäss leicht aus der ersten Gruppe hervor.

So lange derartiger Unsinn nur kurios wäre, bräuchte man ihn ja nicht weiter beachten – ausser eben als Anlass zum Schmunzeln. Anders aber, wenn dieser Unsinn in irgendeiner Form gefährlich wird – für unsere Gesundheit, für unser Ansehen oder für unseren Geldbeutel.

Und leider wird der meiste Unsinn schon dadurch gefährlich, dass er sich nicht ohne weiteres von wissenswertem Content unterscheiden lässt.

Was ist wissenswerter oder seriöser Content?

Als wissenswerten bzw. seriösen Content sehe ich an, was dem heutigen allgemeinen Wissensstand der Menschheit entspricht oder der sachlichen Diskussion desselben dient. Schliesslich ist der ‘allgemeine Wissensstand’ ja nicht statisch, sondern entwickelt sich ständig weiter – indem geforscht und sachlich darüber diskutiert wird.

Im Idealfall hat wertvoller Content darüber hinaus einen direkten Nutzen – also einen Mehrwert – für seinen Empfänger (nicht vergessen: auch Unterhaltung ist eine Art von Mehrwert!).

In gar keinem Fall würde seriöser Content seinem Empfänger durch Vorgaukelung falscher Tatsachen (ob nun wissentlich oder nicht) zum Schaden gereichen.

Wie könnt ihr wertvollen Content von Unsinn unterscheiden?

Gar nicht. Das zumindest mag der erste Eindruck sein, wenn wir uns unbedarft daran versuchen. Selbst Webseiten mit höchst fragwürdigen Inhalten sehen mitunter hochgradig professionell aus, während ein Talent für hochwertige Inhalte noch kein professionelles Webdesign garantiert.

Letztlich hilft nur eins, um sich in diesem Dschungel halbwegs zurecht zu finden:

Alles kritisch hinterfragen!

Das mag oft lästig sein – vor allem, wenn man eigentlich schnell vorankommen oder einfach mal jemandem vertrauen können möchte. Aber wenn wir nicht immer wieder auf Fehlinformationen hereinfallen wollen, bleibt uns nichts anderes übrig.

Ein einfaches Rezept wie bei Aschenputtel (die Guten ins Töpfchen, die Schlechten ins Kröpfchen…) zum sicheren Sortieren kann ich euch nicht bieten. Das kann wohl keiner. Es gibt aber einige Anhaltspunkte, die bei der Unterscheidung helfen können.

Seriös oder nicht? – Was euch beim Einschätzen von Content hilft


Quellenangaben zu informativen Inhalten


  • Woher hat der Herausgeber sein Wissen?
  • Können die als Quellen zitierten Websites/Medien ihrerseits als seriös eingestuft werden?

Wer die Herkunft seines Wissens offen legt und dabei seriös wirkende Quellen nennt, pflegt in der Regel selbst einen kritischen Umgang mit Informationen aus dem Internet oder anderen Medien.

Informationen über den Herausgeber


  • Welche Qualifikationen hat der Herausgeber?
  • Passen diese Qualifikationen zum Inhalt der Seite? (Die meisten Ärzte haben eindrucksvolle Doktortitel der Medizin, aber die wenigsten haben Ahnung von naturwissenschaftlichen Grundlagen!)
  • Hat die Seite ein Impressum? Wenn darin eine Firma steht: Passt die Branche zum Inhalt der Seite? (Brötchenrezepte vom Bäckermeister sind höchstwahrscheinlich sehr seriös, die neueste Auslegung der Relativitätstheorie ziemlich sicher nicht!)

Reaktion auf Feedback


  • Hat die Seite eine Kommentarfunktion? Ein Forum oder Gästebuch? Ein Social-Media-Profil? Ein Kontaktformular?
  • Wenn ja: Wie reagiert der Herausgeber auf kritisches Hinterfragen der Inhalte?

Wer selbst einen kritischen Umgang mit Quellen pflegt, wird zu Diskussionen bereit sein, auf Fragen sachlich eingehen und aufgedeckte Fehler korrigieren. Ich selbst bemühe mich sehr darum.

Werden hingegen kritische Fragen ignoriert, unsachlich kommentiert oder gar gelöscht, deutet das auf Inhalte hin, die kritischem Hinterfragen nicht standhalten. Mit anderen Worten: Auf Unsinn.

Auch wer gar keine Kontaktmöglichkeit angibt, möchte möglicherweise kritischen Fragen aus dem Weg gehen.

Besondere Vorsicht bei hochtrabenden Versprechungen

Gleich ob im geschäftlichen (Leichtes Geld verdienen…), im gesundheitlichen (Allheilmittel, Leicht abnehmen…) oder in anderen Bereichen: Hochtrabende Versprechungen sind in der Regel unrealistisch.

Seid ihr unsicher, wie realistisch eine Versprechung ist, fragt nach: Die Reaktion der Anbieter auf Feedback kann in solchen Fällen sehr aussagekräftig sein. “Leere” Versprechungen lassen sich nämlich schwerlich erklären oder gar diskutieren.

Einmal als seriös eingestufte Seiten merken (und unseriöse auch)

Wenn ihr selbst Quellen zitiert (auf der eigenen Seite oder in Diskussionen): Merkt euch Seiten, die ihr einmal als seriös eingestuft habt und sucht künftig gezielt dort nach passendem Content. So könnt ihr mögliche Klippen unseriösen Contents, die eine unbedarfte Google-Suche zu Tage fördern könnte, von vorneherein umschiffen.

Schaut dabei ab und zu nach möglichen Änderungen der Inhaberschaft oder Philosophie der Seite – und überdenkt eure Einteilung gegebenenfalls.

Das Gleiche gilt für Seiten mit unseriösen Inhalten: Merkt euch auch solche und geht ihnen gezielt aus dem Weg.

Bei besonders anrüchigem, viral verbreitetem Content: Auf Fake-Warn-Seiten nachschlagen

Seiten wie Mimikama veröffentlichen regelmässig Einschätzungen zu weit verbreiteten fragwürdigen Nachrichten, Kettenbriefen, Phishing-Anschreiben, betrügerischen Gewinnspiel-Aufrufen auf Social Media und vielem mehr. Auch grössere Firmen geben schnell auf ihrer Seite bekannt, wenn jemand in ihrem Namen Fake-Gewinnspiele und dergleichen verbreitet.

Wie könnt ihr die Unterscheidbarkeit von Sinn und Unsinn fördern?


Veröffentlicht und verbreitet Content, den ihr einschätzen könnt

Wenn ihr eine Berufsausbildung habt/macht oder eine (Hoch-)Schule besucht (habt), seid ihr bei der Bewertung von Inhalten zu eurem Fach im Vorteil gegenüber Laien. Nutzt diesen Vorteil, indem ihr Content verbreitet, den ihr dank eures Fachwissens gut einschätzen könnt. Ich verstehe zum Beispiel eine Menge von Chemie und einiges von wissenschaftlichen Methoden, wäre aber die Falsche, um Inhalte zur Pflege von Pferden oder zur Beurteilung der Standfestigkeit von Gebäuden einzuschätzen .

Teilt und verbreitet andere Inhalte nicht unkritisch

Notiert doch eine kurze Frage zum geteilten Social-Media-Content oder Link – entweder an die allgemeine Leserschaft oder an einen Fachexperten im Freundeskreis: “Kann das wirklich sein?” Das Bisschen Aufwand vor dem schnellen Klick auf “Teilen” kann schon den Unterschied machen. Ganz besonders dann, wenn auf die Frage eine vernünftige Antwort kommt.

Achtet auf eure eigene erste Reaktion auf einen Beitrag: “So krass – kann das echt sein?” zeigt an, dass sich eine Überprüfung lohnt. Wenn ihr Zeit habt, folgt dabei den Anhaltspunkten oben. Wenn ihr weniger Zeit habt:

Habt kompetente (Online-)Freunde

Meine Schwester ist Tierärztin und reitet in ihrer Freizeit – bei ihr wäre ich mit der Pferdepflege sicherlich an der richtigen Adresse. Und ich glaube auch zu wissen, wo ich den Gebäudestatiker meines Vertrauens finden könnte.

Ihr seht: Wenn ihr seriösen und wissenswerten Content produzieren oder teilen möchtet, kann euch ein Netzwerk mit Fachleuten, welchen ihr vertrauen könnt, von grossem Nutzen sein.

Teilt und kommentiert eindeutig unseriöse oder gefährliche Inhalte gar nicht

Social Media – Netzwerke leben von Interaktion: Je mehr ein Beitrag geliked, kommentiert und geteilt wird, desto weiter wird er verbreitet. Wenn ihr auf einen Beitrag stosst, der mit Sicherheit unseriös und keiner Diskussion würdig ist, geht am besten gar nicht darauf ein (nutzt allenfalls die Melden-Funktionen des Netzwerks für kriminelle/gefährliche Inhalte und Spam). So verhindert ihr eine weitere Verbreitung am effektivsten.

Wenn solche Inhalte aus dem persönlichen Freundeskreis kommen, weist stattdessen in einer persönlichen Nachricht freundlich auf den “Unsinn” hin, den euer Freund/eure Freundin da verbreitet.

Fazit

Dieser Leitfaden zur Unterscheidung zwischen seriösem Content und “Unsinn” läuft immer wieder auf eines hinaus: Was immer ihr im Netz (oder in anderen Medien) findet:

Hinterfragt es kritisch!

Dabei gilt, wie in vielen anderen Disziplinen: Übung macht den Meister. Mit der Zeit werdet ihr ein Gefühl dafür entwickeln, was glaubwürdig ist und was nicht.

Und wenn das Bemühen um seriöse Inhalte im Netz nun als Kampf gegen Windmühlen erscheint: Der behält seine sprichwörtliche Bedeutung nur so lange, wie es mehr Windmühlen als Don Quichotes gibt. Mit anderen Worten:

Nicht nur jeder, der Content im Netz produziert, sondern auch jeder, der ihn konsumiert, kann einen kleinen Schritt dazu beitragen, dass seriöse Inhalte sich leichter von “Fake-News” und anderem Unsinn unterscheiden lassen. Und viele kleine Schritte mögen zusammen eine spürbar grosse Bewegung geben.

Und wie geht ihr mit Inhalten aus dem Internet um? Welche Erfahrungen habt ihr mit der Unterscheidbarkeit von Sinn und Unsinn gemacht?

Popcorn : Was den Mais zum Ploppen bringt

Winterzeit ist Popcorn-Zeit! Lange, düstere Tage laden zum Gang ins Kino oder zu gemütlichen Stunden im Heimkino ein. Und zum Film gehört eines praktisch immer dazu: Popcorn. Um so passender ist die heutige Leserfrage:

Was passiert beim Popcornmachen?

Den beliebte Snack könnt ihr herstellen, indem ihr Maiskörner stark erhitzt – in der Pfanne, einer speziellen Popcornmaschine oder der Mikrowelle – bis die Körner regelrecht explodieren und dabei lustig durch ihren Behälter hüpfen. Um zu verstehen, was beim Popcornmachen geschieht, müsst ihr wissen, wie so ein Maiskorn aufgebaut ist.

So ist ein Maiskorn aufgebaut

Wie die meisten Pflanzensamen bestehen Maiskörner aus drei Teilen:

  • dem Embryo, einem winzigen, unscheinbaren “Anfang” einer neuen Pflanze
  • dem Endosperm, einer weichen Masse, die um den Embryo herum das Innere des Samens ausfüllt und der ersten Ernährung des späteren Keimlings dient
  • der Schale, welche den Samen von aussen fest umschliesst
Querschnitt durch ein Samenkorn: a) Schale, b) Endosperm, c)+d) Embryo

Agnieszka Kwiecień ( Nova) [GFDL, CC BY-SA 3.0 or CC BY 2.5], from Wikimedia Commons

Für das Poppen des Popcorns zuständig ist vor allem das Endosperm. Das besteht zu grossen Teilen aus Stärke – einem Naturstoff, der aus beliebig langen kettenartigen Molekülen besteht. Diese Ketten sind durch Querstreben miteinander vernetzt, sodass sie einen regelrechten Molekül-Schwamm bilden.

Ausschnitt aus einem Stärkemolekül mit Verzweigung (Amylopektin)
Ausschnitt aus dem Stärke-Netzwerk im Endosperm: Stärke besteht aus sechseckigen Zuckermolekülen, die miteinander verkettet sind.

Und wie ein richtiger Schwamm ist dieser Molekül-Schwamm mit Wasser vollgesogen – und zwar mit flüssigem Wasser.

Damit das Ganze nicht auseinander fällt oder das Wasser verloren geht, ist das Maiskorn von einer harten, wasserundurchlässigen Schale umgeben.

Was passiert, wenn man Maiskörner erhitzt

Wenn ihr die Maiskörner erhitzt, beginnt das Wasser im Endosperm spätestens ab 100°C zu sieden: Es will verdampfen. Doch Wasserdampf ist (wie alle Gase) extrem raumfordernd: Der Dampf nimmt bei normalem Atmosphärendruck nämlich mehr als 1600 mal mehr Platz ein als flüssiges Wasser!

Allerdings ist die Schale der Maiskörner so steif, dass sich der Dampf in ihrem Innern nicht ausdehnen kann. Stattdessen steigt der Druck im Innern der Maiskörner, sodass weiteres Wasser vorerst nicht verdampfen kann. Erst bei etwa 200°C gibt die Schale schliesslich dem steigenden Druck nach und zerplatzt.

Damit kann das überhitzte Wasser nun schlagartig verdampfen und der Dampf dehnt sich explosionsartig aus. Dabei reisst er den durch die Hitze aufgeweichten Molekül-Schwamm des Endosperms regelrecht auseinander. Das Stärke-Gewebe kühlt dabei schnell ab und erstarrt. So entsteht ein steifes Molekül-Netzwerk, in dessen vergrösserten Zwischenräumen Luft eingeschlossen wird: Ein Popcorn.

Gepopptes Popcorn in zwei typischen Formen: Links ist die Schale in kleine Stücke zerplatzt und das Endosperm konnte sich relativ gleichmässig ausdehnen. Rechts ist die äussere Schicht des Endosperms vom Inneren abgeplatzt, die Schale des Maiskorns befindet sich auf der Rückseite.
Bunchofgrapes [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5], from Wikimedia Commons

Wie bekommt der Mais Geschmack?

Beim Erhitzen bilden sich im Mais selbst bis zu 23 Aromen, die dem Popcorn den Geschmack und Geruch von geröstetem Getreide verleihen. Für den typischen Popcorn-Geschmack zum Beispiel sorgt 2-Acetyl-1-Pyrrolin (nach Chemiker-Regeln: 1-(3,4-Dihydro-2H-pyrrol-5-yl)ethanon).

Strukturformel des Popcorn-Aromas
2-Acetyl-1-Pyrrolin, das “Popcorn-Aroma”

Werden bei der Zubereitung Fett, Zucker oder/und Salz zum Mais gegeben, bleiben diese Stoffe ebenfalls auf der Oberfläche des Gewebes haften, gehen chemische Reaktionen ein und geben dem Popcorn Geschmack.

Kristallzucker wird bei 143°C bis 160°C zu Karamell, welches das fertige Popcorn als braun glänzende Schicht überzieht. Da bei höheren Temperaturen jedoch bittere Zuckercouleur entsteht, gebt den Zucker nicht zum Poppen mit dazu, sondern vermischt das frisch gepoppte Popcorn erst nachher mit frisch hergestelltem, warmem Karamell!

Funktioniert das mit allen Maiskörnern?

Nein. Damit der Mais bei haushaltstauglichen 200°C platzt, darf die Schale der Körner nicht zu dick sein. Eine ausreichend dünne und dennoch dichte Schale hat nur eine Maissorte: Der sogenannte “Puffmais” (Zea mays ssp. mays convar. microsperma) wird als Popcornmais zum Selberpoppen verkauft.

Einige Körner Popcorn - Mais
Puffmais, auch als Popcorn-Mais bekannt: Die Körner haben eine dünnere, glasigere Schale als andere Maissorten

Wie funktioniert Popcorn in der Mikrowelle?

Ein gewöhnlicher Herd oder das Heizgerät einer Popcorn-Maschine werden warm und übertragen die Wärme direkt auf den Mais. Wärme ist dabei nichts anderes als die Bewegung (in Feststoffen: das Schwingen im festen Teilchengitter) von Teilchen: Die Teilchen in der heissen Herdplatte bewegen sich schnell, schubsen die Teilchen im Topf an, welche wiederum die Teilchen in den Maiskörnern anschubsen – darunter die Wassermoleküle. Und sobald die sich schnell genug bewegen, fangen sie an zu verdampfen.

So heizt ein Mikrowellenherd

Ein Mikrowellenherd gibt seine Energie direkt an Wasser ab – nicht durch Anschubsen von Teilchen wie auf der klassischen Herdplatte, sondern durch elektromagnetische Wellen. Die Wellenlänge dieser Wellen ist genau so gewählt (und liegt im Mikrowellenbereich, deshalb heisst der Herd so), dass sie Wassermoleküle (und weitgehend nur die) in Bewegung versetzen können. Und bewegte Wassermoleküle sind warm.

Unsere Speisen bestehen zu grossen Teilen aus Wasser, welches durch die Mikrowellen erwärmt wird und alle anderen Moleküle in ihrer Umgebung anschubst. So werden die Speisen warm – die Teile des Tellers, die nicht mit Wasser in Kontakt sind, aber nicht.

Popcorn in der Mikrowelle

Beim Popcorn bewirken die Mikrowellen das gleiche wie die Wärmeübertragung durch einen Herd: Wassermoleküle werden in Bewegung versetzt (und damit heiss), bis sie verdampfen wollen. Und wenn der so entstehende Druck in den Maiskörnern hoch genug wird, platzen die Körner auf.

Weil die bis um 200°C erreicht werden können, sind nicht alle Kunststoffbehälter zum Popcornmachen in der Mikrowelle geeignet. Viele Kunststoffe “schmelzen” schon ab 150°C! Deshalb sind Mikrowellenschüsseln aus Keramik oder Glas die besser Wahl.

Wie entsteht buntes Popcorn?

Manche Hersteller färben ihr Popcorn mit knallbunten Farben ein, um dann zum Beispiel bunte Spielzeugbehälter zu füllen. Dazu verwenden sie verschiedene Lebensmittelfarbstoffe (die z.B. auch in Ostereierfarben zum Einsatz kommen).

Wenn ihr das nachmachen möchtet: Färbt euer Popcorn erst nach dem Poppen und Abkühlen! Die üblichen Lebensmittelfarbstoff-Moleküle gehen nämlich schon ab etwa 150°C kaputt und verlieren so ihre Farbe! Das musste ich feststellen, als ich versucht habe, gefärbte DIY-Knete auszubacken.

Popcorn als nachhaltiges Verpackungsmaterial

Ohne Fett und Zucker gepopptes Popcorn kann übrigens wie Styroporflocken als Stossschutz- und Isoliermaterial in Verpackungen verwendet werden. Es ist schliesslich fast genauso leicht wie Styropor, besteht im Unterschied dazu aber aus einem nachwachsenden Rohstoff (Styropor hingegen ist ein Erdölprodukt).

Nach dem Transport des Verpackungsinhalts kann es als Vogelfutter verwendet oder kompostiert (und vielleicht für den Maisanbau wiederverwendet?) werden.

Ich vernasche mein Popcorn allerdings am liebsten – karamellisiert oder mit Karamell und Salz (!), wie wir es während unserer Australienreise im Supermarkt erstanden und ständig mit im Auto hatten.

Und wie mögt ihr euer Popcorn am liebsten?