Der Versuch im Überblick
Wie jeder andere Mensch benötigen auch die Astronautinnen und Astronauten an Bord der ISS täglich frisches, sauberes Wasser. Im Weltall gibt es aber keine Quelle und es wäre viel zu teuer, ständig frisches Wasser von der Erde zur ISS zu transportieren. Also muss das vorhandene Wasser immer wieder gereinigt und erneut verwendet werden. Dabei wird jeder Tropfen eingesammelt, sogar aus der Atemluft und dem Urin der Crewmitglieder.

Forscherfrage
Wie wird Wasser im All gefiltert?

Alltagsbezug zur Welt der Kinder und Schüler:innen aufgreifen
130 Liter – fast eine Badewanne voll – so viel Wasser verbraucht im Durchschnitt jeder Mensch in Deutschland an einem einzigen Tag! Überlegen Sie gemeinsam mit den Kindern, wofür wir überhaupt so viel Wasser brauchen: Zum Trinken, zum Waschen, zum Saubermachen, zum Kochen, zum Blumengießen, zum Matschen in der Sandkiste, zum Tuschen mit Wasserfarben – was fällt den Kindern noch ein?
Für uns ist es selbstverständlich, dass jederzeit frisches, klares Wasser aus dem Wasserhahn kommt. Aber was wäre, wenn nicht? Wie könnten wir das Wasser, das wir im Laufe des Tages dreckig gemacht haben, wieder sauber kriegen?

Benötigte Materialien

• Wasser
• Erde, Sand, Kies, Blätter, Zweige, kleine Steine
• grobe und feine Siebe
• Kaffeefilter, Watte, Stoffreste
• durchsichtige Plastikbecher (oder abgeschnittene Plastikflaschen)
• Schüssel oder Eimer

Reinigung von Wasser auf der Erde
Auf der Erde filtern wir die Flüssigkeiten im Prinzip wie im All, nur in einem viel größeren Maßstab: Unser Schmutzwasser wird in großen Kläranlagen gereinigt und aufbereitet, so dass es anschließend wieder Trinkwasserqualität hat. Auch in der Natur finden ähnliche Vorgänge statt: das versickernde Wasser läuft durch mehrere Erdschichten, die wie Filter wirken. In den darunterliegenden Schichten sammelt es sich dann als sauberes Grundwasser. Erkunden Sie gemeinsam mit den Kindern, wie sie Erde, Sand und Kies als Filter nutzen können und bauen Sie eine kleine Wasserreinigungsanlage.

Experimentieren mit Wasserfilter
Dreck rein ins Wasser
Stellen Sie zunächst Dreckwasser her. Die Kinder geben dazu z. B. Sand, Erde, kleine Ästchen, Steinchen und verdorrte Blätter in einen Eimer oder eine Schüssel voll Wasser. Betrachten Sie gemeinsam das Schmutzwasser. Was beobachten die Kinder? Was schwimmt oben, was sinkt zu Boden und welche Verunreinigungen haben sich gleichmäßig im Wasser verteilt?

Dreck raus aus dem Wasser
Fragen Sie die Kinder, wie man den Dreck wieder aus dem Wasser herausholen kann. Vielleicht mit einem Löffel? Oder gelingt es, das Wasser so abzugießen, dass nur der Schmutz im Eimer bleibt? Welche Ideen haben die Kinder? Probieren sie es gemeinsam aus. Schlagen Sie dann vor, das Wasser zu filtern. Bieten Sie den Kindern grobe und feine Siebe an, z. B. aus der Küche oder der Sandkiste, und bauen Sie eigene Filter aus den Plastikbechern: Stechen Sie vorsichtig kleine Löcher in die Böden der Becher. Decken Sie die Löcher mit kleinen Steinen oder Tonscherben ab oder legen Sie eine Filtertüte hinein. Dann werden die Becher mit Sand, Kies oder Erde gefüllt. Was könnte noch als Filter dienen, vielleicht Watte, Küchenkrepp, Stoffreste oder ein Stück Fliegengitter?

Im nächsten Schritt testen die Kinder, wie gut sich die selbstgebauten Filter zur Reinigung des Wassers eignen. Welche Probleme treten auf und wie könnte man sie beheben? Läuft das Wasser zu schnell durch, ohne dabei sauberer zu werden? Oder verstopft der Filter zu schnell, weil Blätter und Zweige alles blockieren? Regen Sie die Kinder dazu an, die verschiedenen Filter nacheinander einzusetzen, so dass das Wasser von Schritt zu Schritt sauberer wird: Zuerst werden die groben Verunreinigungen entfernt, z. B. mit einem grobmaschigen Sieb. Im nächsten Schritt könnte der Kiesfilter zum Einsatz kommen, um mittelgroße Dreckstücke aus dem zu Wasser filtern. Im Anschluss könnte das Wasser noch durch den Sandfilter laufen, usw., bis es möglichst klar und frei von Verunreinigungen ist.

Der Wasserfilterturm
Das Wasser nacheinander durch all diese Filter zu gießen ist ganz schön mühselig und zeitaufwändig. Schlagen Sie deshalb vor, die Becherfilter zu einem Turm zusammenzusetzen, in dem das Wasser in einem einzigen Durchgang gereinigt wird. Welcher Filter kommt ganz nach oben, welcher nach unten? Wie viele Filter braucht es dazwischen? Lassen Sie die Kinder gemeinsam diskutieren, planen und ausprobieren: Bei welcher Anordnung wird das Wasser am saubersten? Was lässt sich verändern oder ergänzen, damit die selbstgebaute Anlage möglichst reibungslos läuft?

Hinweis: Das so gereinigte Wasser sollte auf keinen Fall getrunken werden! Auch wenn es sauber aussieht, können Mikroorganismen und andere gesundheitsschädliche Partikel darin enthalten sein.

Wissenswertes für Erwachsene
Nicht jede Verunreinigung lässt sich mit solchen “physikalischen” Filtern aus dem Wasser entfernen, denn viele Substanzen lösen sich im Wasser auf oder gehen chemische Verbindungen mit ihm ein. In Kläranlagen wird das Wasser deshalb zusätzlich mit weiteren Methoden gereinigt, z. B. mit der sogenannten biologischen Reinigung. Sie ist der Natur nachempfunden: Bakterien, Pilze und andere Mikroorganismen bauen organische Verbindungen (z. B. Exkremente) im Schmutzwasser ab. Anschließend folgt eine chemische Reinigung, die z. B. Rückstände von Waschmitteln, Lebensmittelzusätzen und weitere gesundheitsschädliche Substanzen entfernt.

Neben Wasser sind auch Luft und Energie wichtige Ressourcen, mit denen an Bord der ISS äußerst schonend und nachhaltig umgegangen werden muss, denn sie sind nur sehr begrenzt verfügbar. Und was im Kleinen für die Raumstation gilt, gilt auch für die Erde, nur im größeren Maßstab: unsere Ressourcen sind begrenzt! Darum wird gelegentlich auch vom “Raumschiff Erde” gesprochen. Je nach Alter und Vorerfahrungen der Kinder können Sie dieses Experiment zum Anlass nehmen, darüber zu diskutieren, was wir aus der bemannten Raumfahrt für die Erde lernen können. Welche Probleme gibt es hier mit Wasser, Luft und Energie? Was könnte man verbessern?

Ideen zum Weiterforschen

• Welche Methoden gibt es noch, um Wasser zu filtern?
• Was passiert, wenn das Wasser nicht mehr gefiltert werden kann?
• Welche Dinge oder Stoffe oder Substanzen können aus Wasser alles gefiltert?

Die Termine für unsere MINT-Fortbildungen für eine nachhaltige Entwicklung finden Sie in unserem Kalender unter www.jungforscher-thueringen.de.

Wasser filtern – fast wie im All (PDF)

Video “Wasser filtern – fast wie im All

Bild @ Stiftung Haus der kleinen Forscher

Der Versuch im Überblick
Auf dem Mond kann man meterweit springen und ohne Anstrengung schwere Sachen werfen, denn dort herrscht eine geringe Schwerkraft. Alles wiegt viel weniger als auf der Erde. Mit diesem Versuch können die Kinder die unterschiedliche Schwerkraft erkunden, ganz ohne den Mond zu besuchen..

Forscherfrage
Wie untersuchen Astronaut:innen ihre Proben aus dem Weltall?

Alltagsbezug zur Welt der Kinder und Schüler:innen aufgreifen
Die Schwerkraft der Erde kennen wir gut, denn wir erleben sie jeden Tag. Sie “zieht” uns stets zum Boden und wir müssen uns anstrengen, um sie zu überwinden. Sie gibt uns und allen Dingen auf der Erde ein Gewicht, das wir mit einer Waage messen können. Welche Situationen kennen die Kinder, in denen sie die Schwerkraft besonders stark spüren, z. B. beim Hüpfen, Treppensteigen oder Anheben schwerer Gegenstände? Was fällt den Kindern noch ein?

Benötigte Materialien

• zwei gleich große PET-Flaschen
• Wasser
• eine Waage

Schwerkraft auf dem Mond
Schwerkraft ist der Klebstoff des Universums. Gäbe es sie nicht, dann würden wir bei jedem Hüpfer von der Erdoberfläche davon schweben. Auch unser Mond wäre schon längst in den Weiten des Weltalls verschwunden, unser Sonnensystem würde auseinanderdriften und es gäbe keine Galaxien.
Schwerkraft wirkt zwischen allen Objekten, die eine Masse haben, also aus Materie bestehen. Das bedeutet, dass nicht nur Himmelskörper Schwerkraft ausüben, sondern auch alles andere, zum Beispiel Äpfel, Ameisen oder Sandkörner – und auch wir selbst. Sie ist aber auch eine ziemlich schwache Kraft, darum spüren wir sie nur bei Objekten, die eine außerordentlich große Masse haben, wie etwa Sterne, Monde und Planeten.
Masse ist übrigens nicht das gleiche wie Gewicht. Die Masse gibt an, wie viel Materie ein Körper enthält. Die Masse ist daher überall gleich, egal ob auf der Erde oder auf dem Mond. Das Gewicht eines Körpers hingegen gibt die Kraft an, mit der dieser Körper von einem anderen Objekt mit dessen Schwerkraft angezogen wird. Das Gewicht hängt also davon ab, wo es gemessen wird, zum Beispiel auf der Erde oder auf dem Mond.

Noch mehr Gewicht
Damit der unterschiedliche Füllstand der Flaschen nicht sichtbar ist, können die Kinder sie in Papier einwickeln oder sich die Augen verbinden. Natürlich können auch andere Behälter verwendet werden, zum Beispiel mit Büchern gefüllte Rucksäcke oder mit Sand gefüllte Kartons. Das Gewichtsverhältnis sollte dabei 6:1 betragen.

Wissenswertes für Erwachsene
Schwerkraft ist der Klebstoff des Universums. Gäbe es sie nicht, dann würden wir bei jedem Hüpfer von der Erdoberfläche davon schweben. Auch unser Mond wäre schon längst in den Weiten des Weltalls verschwunden, unser Sonnensystem würde auseinanderdriften und es gäbe keine Galaxien.

Schwerkraft wirkt zwischen allen Objekten, die eine Masse haben, also aus Materie bestehen. Das bedeutet, dass nicht nur Himmelskörper Schwerkraft ausüben, sondern auch alles andere, zum Beispiel Äpfel, Ameisen oder Sandkörner – und auch wir selbst. Sie ist aber auch eine ziemlich schwache Kraft, darum spüren wir sie nur bei Objekten, die eine außerordentlich große Masse haben, wie etwa Sterne, Monde und Planeten.

Masse ist übrigens nicht das gleiche wie Gewicht. Die Masse gibt an, wie viel Materie ein Körper enthält. Die Masse ist daher überall gleich, egal ob auf der Erde oder auf dem Mond. Das Gewicht eines Körpers hingegen gibt die Kraft an, mit der dieser Körper von einem anderen Objekt mit dessen Schwerkraft angezogen wird. Das Gewicht hängt also davon ab, wo es gemessen wird, zum Beispiel auf der Erde oder auf dem Mond.

Ideen zum Weiterforschen

• • Wie sieht es mit der Schwerkraft auf den anderen Planeten aus?
  • Macht es einen Unterschied, ob kleine oder große PET-Flaschen für das Experiment genutzt werden?

Die Termine für unsere MINT-Fortbildungen für eine nachhaltige Entwicklung finden Sie in unserem Kalender unter www.jungforscher-thueringen.de.

Mit Leichtigkeit auf den Mond (PDF)

Bild @ Stiftung Haus der kleinen Forscher