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Sand ist nicht gleich Sand: ein Praktikum am MLZ
Hinter einer schweren Tür verbirgt sich das Hereon Materials Science Lab am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum in Garching. Unter hellen Laborlichtern, umgeben von vielen leise brummenden Geräten, sitzen zwei Praktikant:innen und analysieren die Bilder bunt eingefärbter Strukturen ihrer Projektarbeit. Marlene Piochacz vom Gymnasium Olching und Andriy Senyshyn vom Werner Heisenberg Gymnasium in Garching lassen sich nicht in ihrer Konzentration stören.
„Wir analysieren gerade sechs verschiedene Sande“, erklärt Andriy und zeigt auf die farbigen Bilder am Bildschirm. Sand? Ein Thema, das auf den ersten Blick nicht sehr interessant klingt. Aber Sand hat in der Welt eine ganz besondere Bedeutung, denn es ist nach Wasser eine der wichtigsten Ressourcen. Sand ist essenzieller Bestandteil von Beton und damit sind die meisten unserer Gebäude, Brücken und Straßen im wahrsten Sinne des Wortes auf Sand gebaut. Die Ressource Sand wird knapp in der Welt und nicht jeder Sand ist für den Einsatz im Bau geeignet.
Aber Sand umgibt uns auch auf andere Weise wie zum Beispiel im April 2022, als Wolken aus Saharastaub den Himmel orange färbten und einen Sepiafilter über München legten. Solche Staubwolken treibt der Wind auch über den Atlantik nach Südamerika, wo sie Mineraldünger für den Regenwald sind.
Eine Woche als Wissenschaftler:in
Ein relevantes Thema also, womit sich Marlene und Andriy eine Woche im Juli im Rahmen ihres Praktikums beschäftigen. Neben den inhaltlichen Themen lernen die beiden insbesondere das gute und strukturierte wissenschaftliche Arbeiten. „Das beginnt mit der Versuchsplanung gefolgt von der Versuchsvorbereitung, Literaturrecherche, der Dokumentation, Analysen, Auswertungen bis hin zum Hinterfragen der Ergebnisse und Abgleich mit Veröffentlichungen“, erzählt Armin Kriele, Betreuer der Praktikantin und des Praktikanten und Verantwortlicher des Materials Science Lab.
Damit in der knappen Woche solch ein ambitioniertes Programm realisiert werden kann, ist eine gründliche Vorbereitung unerlässlich. Schon Wochen vor dem Praktikum bekommen die Bewerber:innen als Hausaufgabe umfangreiches, von Kriele schülergerecht erstelltes Schulungsmaterial zu den analytischen Möglichkeiten des Labors. Zudem lädt er die Schüler:innen zu einer Vorabbesichtigung ein. Mit diesem Vorwissen sind die jungen Leute dann in der Lage, ein eigenes Thema vorzuschlagen, über das sie sich bis zum Beginn des Praktikums selbständig einarbeiten.
Konzentriert werten Marlene und Andriy die Daten vom Elektronenmikroskop aus und fassen ihre Ergebnisse in einer Präsentation zusammen. © FRM II / TUM
Ein weiteres ihm wichtiges Ziel sei es, sagt Kriele, dass die Schüler:innen auch sehr komplexe Präparations- u. Analysengeräte wie z.B. das Röntgendiffraktometer oder Elektronenmikroskop (Kooperationsgerät mit JCNS) verstehen, selbständig bedienen können und dabei erkennen, dass Wissenschaftler:innen am Ende auch nur mit Wasser kochen. Damit unterscheiden sich die von Kriele angebotenen Praktika sehr von dem, was üblicherweise in diesem Rahmen erwartet wird. Ein ungewohnt straffes Programm, aber die Begeisterung darüber, selbst komplizierte Geräte bedienen zu können und die natürliche Neugier mobilisieren zusätzliche Energien. Armin Kriele möchte den beiden viel bieten und dafür fordert er auch Engagement. Das kommt aber über die Begeisterung, selbständig ein Projekt von Anfang bis Ende bearbeiten zu können, ganz von alleine. Somit schaffen die Schüler:innen binnen einer Woche ein Pensum, das bald schon an eine Abiturarbeit heranreicht. Die intensive Betreuung zahlt sich aus: „Es kommen sehr viele erquickende Fragen, die mich durchaus herausfordern. Das gibt mir auch die Gelegenheit die eigenen Prozesse zu reflektieren“, freut sich Kriele. Ein besonderes Anliegen ist dem Physiker, dass auch Schüler:innen, die über ihre Eltern keine Berührung mit Forschungseinrichtungen haben von dieser Möglichkeit erfahren und die Chance bekommen, den Wissenschaftsbereich kennenzulernen.
Von Lichtmikroskopie bis zu Röntgenspektroskopie
Die sechs verschiedenen Sande sammelten Marlene und Andriy an den verschiedensten Orten: angewehter Sand aus der Sahara, Sand vom Starnberger See, Sand von der Isar und drei Sande aus Roussillion in Südfrankreich von den berühmten Ockerfelsen. Jeden Sand haben die beiden sorgfältig präpariert und analysiert. „Wir beginnen mit dem Lichtmikroskop, um einen ersten Eindruck zu kriegen und eine Art Landkarte für die späteren Versuche zu machen“, erklärt Marlene. Anschließend kommen die Proben in das Rasterelektronenmikroskop, um mit bis zu einhunderttausendfacher Vergrößerung auch die Oberfläche der kleinsten Sandkörner genau zu betrachten. „Wir haben die Sande auch mit Röntgenspektroskopie untersucht und damit herausgefunden, aus welchen Elementen die Sandkörner bestehen, ob sie zu den Karbonat- oder Silikatgesteinen gehören und woher ihre Farbe kommt“, fügt Andriy hinzu.
Wie Sand am Meer?
Ihre Ergebnisse fassen die beiden in einer 40-seitigen Präsentation zusammen. Sie konnten beispielsweise zeigen, dass der angewehte Saharasand besonders einheitlich und fein ist. Das liegt daran, dass nur die leichtesten Körner die weite Strecke mit dem Wind zurücklegen können. Sie konnten auch die Widerlegung des Mythos bestätigen, nachdem Saharasand generell nicht für Beton geeignet sein soll, da seine Körner zu rund geschliffen sind. Saharasand ist ebenfalls sehr kantig. Die einheitliche Größe der Körner macht ihn ungeeignet als Baustoff. Der Isarsand dagegen besteht aus unterschiedlich großen Körnern verschiedenster Mineralien, die sich gut verhaken können. Sand gibt es also zwar wie Sand am Meer, aber jeder Sand ist anders. Und der Sand, den wir für Beton nutzen, wird knapp.
„Ich war sehr erstaunt, wie unterschiedlich Sand sein kann“, meint Marlene „und ich kann mir gut vorstellen nach der Schule in die Wissenschaft zu gehen.“ Auch Andriy ist sehr zufrieden mit dem Praktikumsprojekt: „Das Praktikum war sehr spannend und ich nehme sehr viel mit. Aber es hat auch gezeigt, wie anstrengend die Arbeit von Forschenden sein kann. Es hat uns herausgefordert, echte Probleme zu lösen.“
Weitere spannende Praktika, die Armin Kriele am MLZ schon angeboten hat:
Elene Mamaladze
Presse- und Öffentlichkeits-
arbeit FRM II
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