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Am Anfang war der Stein

Wie entsteht Boden und was meint das Wort Verwitterung? Erforschen Sie gemeinsam mit den Kindern, wie auf unterschiedliche Weise Steine zerkleinert werden können, um so die Grundlage für den Boden zu bilden.

Zwei Kinder und ein Mann untersuchen mit einer Lupe einen großen Stein
© Christoph Wehrer/Stiftung Haus der kleinen Forscher
Kinderhände hauen mit einem Hammer auf ein Tuch
© Stiftung Haus der kleinen Forscher
Eine Plastikdose mit Steinen
© Christoph Wehrer/Stiftung Haus der kleinen Forscher

Sie brauchen:

  • verschiedene Steinarten aus der Umgebung

Versuch: Frostsprengung

  • Hammer
  • Alte Handtücher
  • 10 ml Spritzen
  • Wasser
  • Brotdose
  • Eisschrank

Versuch: Kraft der Pflanzen

  • Gips
  • Wasser
  • Becher zum Anrühren
  • Rührer (Löffel, Holzstock oder Ähnliches)
  • getrocknete Erbsen und Bohnen
  • Form, in die Gips gegossen werden kann, z.B. Toilettenpapierrolle)

Versuch: Können sich Steine auflösen?

  • alte Gläser
  • Essigessenz
  • echte Kreide

So funktioniert's:

Alltagsbezug aufgreifen

Steine sind schön! Beim Buddeln im Boden findet man immer mehr, umso tiefer man gräbt. Sie haben unterschiedliche Größen und Farben. Aber wie sind sie da nur hingekommen? Und sind Steine auch Boden? Immerhin sind sie viel fester als Sand und Erde und auf ihnen kann kaum etwas wachsen. Wie kann es sein, dass aus "steinhartem" Grund Boden entsteht?

Wie hart sind Steine?

Sammeln Sie mit den Kindern Steine an verschiedenen Standorten. Lassen Sie die Kinder auch tiefer graben, um eine Vielzahl verschiedener Steinarten zu finden. Säubern Sie zusammen die Fundstücke gründlich und schauen sie sich gemeinsam an. Was gibt es für Steine, welche Farbe haben sie, welche Größe? Ist die Oberfläche glatt oder rau? Wo haben die Kinder den Stein gefunden?

Im nächsten Schritt soll die Härte der Steine überprüft werden. Steine sind in unserer Vorstellung sehr hart, aber wie hart genau und ob dies auch bei jedem der Steine gleich ist, das sollen die Kinder ausprobieren. Hierfür zerschlagen die Kinder die Steine mit einem Hammer. Damit keine Gefahr von absplitternden Teilen ausgeht, wird der Stein zuerst auf eine harte Unterlage gelegt, dann mit einem Handtuch bedeckt und erst danach mit dem Hammer bearbeitet. Hat sich der Stein verändert? Und wenn ja, wie genau? Ist er zerbröselt oder zersplittert? Wie viel Kraft mussten die Kinder dafür aufwenden? Besprechen Sie gemeinsam die Erfahrungen und überlegen Sie, wie in der Natur Gestein zu kleineren Steinen werden könnte.

Achtung:
Besprechen Sie vorher mit den Mädchen und Jungen, wie sie mit dem Hammer umgehen sollten und was nicht gemacht werden darf (nur auf die richtige Stelle hauen, den Hammer nicht über den Kopf heben, nicht zu schnell und unkontrolliert schlagen, etc.). Fragen Sie die Kinder, wie sie sich am sichersten fühlen und welche Regeln sie sich wünschen.

Die Frostsprengung

Plastikspritze mit Wasser gefüllt und Eis an der Spitze
© Stiftung Haus der kleinen Forscher
Spritze mit gefrorenem Wasser an der Spitze

Eine Art der Verwitterung ist die Frostsprengung. Sie stellt eine Form der physikalischen Verwitterung dar. Suchen Sie mit den Kindern kleine, möglichst weiche und poröse Steine und legen Sie diese zum "Vollsaugen" einen Tag lang in Wasser. Am folgenden Tag setzen die Kinder diese Steine in eine gefrierfeste Dose (z.B. Brotdose) um und stellen diese dann in den Eisschrank. Zudem können sie eine 10 ml Spritze mit 5 ml Wasser befüllen und ebenfalls in den Eisschrank geben. Überlegen Sie mit den Kindern, was in dem Eisschrank mit den Steinen und der Spritze passieren wird. Nach einem Tag Warten wird alles wieder aus dem Eisschrank entnommen. Was ist passiert? Hat sich die Spritze verändert? Und wie sehen die Steine jetzt aus? Sind die Erwartungen der Kinder eingetroffen? Für einen besseren Vergleich ist es hilfreich, die Steine und die Spritze vor dem Einfrieren zu fotografieren, sodass die Unterschiede noch eindrücklicher werden.

Die Kraft der Pflanzen

Kaum zu glauben, aber wahr: Auch Pflanzen können Steine zerkleinern. Diesen Vorgang nennt man biologische Verwitterung. Um diese zu veranschaulichen, brauchen Sie nur getrocknete Erbsen und Bohnen und etwas Gips. Rühren Sie mit den Kindern den Gips mit Wasser an, bis er eine joghurtartige Konsistenz hat. Die Kinder befüllen damit nun mehrere Toilettenpapierrollen. Eine Rolle wird nur mit Gips befüllt, in die anderen werden je eine kleine Handvoll der getrockneten Erbsen oder Bohnen eingerührt. Zusätzlich werden ein paar der Erbsen und Bohnen in ein Glas nur mit Wasser eingelegt, andere im getrockneten Zustand zurückgehalten. Nach einem Tag können die Kinder die entstandenen Gipsformen vergleichen. Was ist passiert? Gibt es Unterschiede beim Gips mit und ohne Erbsen bzw. Bohnen? Wie haben sich die Erbsen und Bohnen im Wasser im Vergleich zu den Getrockneten verändert? Was könnte der Grund für die Beobachtungen sein? Lassen Sie die Kinder in den folgenden Tagen immer wieder die Gipsformen anschauen und dokumentieren, welche Veränderungen sich ergeben.

Können sich Steine einfach auflösen?

Die dritte große Verwitterungsform stellt die chemische Verwitterung dar, bei der durch chemische Prozesse einzelne Bestandteile aus Steinen herausgelöste werden. Dies kann durch Säuren geschehen, aber oft genügt bereits Wasser allein, um Gesteinsanteile auszuwaschen. Dies ist die sogenannte Lösungsverwitterung. Nutzen Sie mit den Kindern die gesammelten Steine, Gips aus dem Pflanzenversuch und echte Kreide. Von jeder Stein- bzw. Kreideart werden drei Stücke benötigt. Zuerst wiegen die Kinder die einzelnen Steine jeweils mit einer Küchenwaage ab und schreiben das Gewicht auf. Danach bereiten sie für jede Steinart je zwei Gläser vor: eins mit Leitungswasser, das andere mit Essigessenz.
Achtung: Da Essigessenz die Haut angreift, sollten die Kinder die Steine nur mit Handschuhen bzw. Löffeln bewegen. Lassen Sie die Steine für ein paar Tage im Wasser bzw. in der Essigessenz stehen und beobachten Sie mit den Kindern, was passiert. Entnehmen Sie die Steine dann vorsichtig mit einem Löffel, trocknen sie ab und legen sie sie auf die Waage. Was ist passiert? Hat sich das Aussehen bzw. das Gewicht der Steine verändert? Was könnte der Grund sein? Manche Gesteinsarten werden durch Säuren stärker angegriffen als andere. Sichtbar wird das oft an alten Gebäuden, wie z.B. dem Kölner Dom, dessen Sandstein und Muschelkalk vom "sauren Regen" über die Jahrhunderte angefressen wurde und der dementsprechend öfter restauriert werden muss.

Wissenswertes für Erwachsene

Verwitterung stellt die Grundlage der Bodenbildung dar. Bei der physikalischen Verwitterung wird das Gestein durch verschiedene Kräfte mechanisch zerstört. Die chemische Verwitterung bewirkt, dass sich Komponenten der Gesteine chemisch verändern oder herausgelöst werden und so den Zerfall in kleinere Bestandteile bewirken. Unter der biologischen Verwitterung werden Vorgänge zusammengefasst, die durch lebende Organismen hervorgerufen werden, wie z.B. die Wurzelsprengung durch Pflanzen. Das Zusammenwirken dieser Verwitterungsformen bewirkt die Zerkleinerung des Gesteins und führt auf folgende Weise zur Entstehung von Boden: Das ursprünglich feste Gestein bekommt durch klimatische Witterungseinflüsse, wie Frost, Hitze und Niederschläge, kleine Risse. In diese setzen sich dann Pflanzen, deren Wurzeln das Gestein weiter zerkleinern. Kleinere Steine werden durch Gletscher, Wasser und Wind weitergetragen. Auf ihrem Weg reiben sich die Gesteinsteile am Untergrund und werden dadurch auf ihrer Reise immer kleiner, bis sie zu Sandkörnchen und sogar kleinsten Tonteilchen werden. Sie bilden den Boden und haben, je nach Ausgangsgestein, eine andere Färbung, die sich beim tiefen Graben als sogenannte Bodenhorizonte zeigen. Wie schnell sich der Boden bildet hängt von all diesen verschiedenen Faktoren ab. Man kann aber davon ausgehen, dass es Jahrhunderte bis Jahrtausende dauert, bis ein Meter Boden entstanden ist.