Drei junge Forscher lassen aufhorchen

Schliengen - In der „Jugend-forscht“-Arbeitsgemeinschaft der Hebelschule Schliengen werden seit Jahren Umwelt-Themen besonders gefördert. Nach erfolgreichen „Jugend- forscht“-Projekten über Mikroplastik im Rhein, Textilfaserfiltrierung und lokaler Feinstaubmessungen interessierten sich die Schüler Jakob Oettlin, Val Francetic und Tobias Renkert für das Projekt „Autoreifenabrieb“. Und sicherten sich damit den dritten Platz beim diesjährigen Regionalwettbewerb.

Wenig bekannt war bisher, dass allein auf deutschen Straßen pro Jahr etwa 120.000 Tonnen Abrieb anfallen, der mit 28 Prozent Gesamtanteil maßgeblich zur Mikroplastikbelastung von Gewässern und letztlich der Meere beiträgt, heißt es in der Mitteilung der Hebelschule. Zum Vergleich: Mikroplastik aus Kosmetikprodukten trägt zu zwei Prozent der Belastung bei.

Abriebstäube sind für das Auge kaum wahrnehmbar und verbergen sich, durch die Witterung verteilt, in den oberen Bodenschichten und im Oberflächenwasser. Da sich im Abrieb mit rund vier Prozent auch das potenziell gesundheitsgefährdende Schwermetall Zink wiederfindet, wollten die drei Zehntklässler herausfinden, ob Zink aus Abrieb auch von Pflanzen direkt eingebaut werden kann. Sie hielten es für möglich, dass Zink in das Pflanzenblattgrün (Chlorophyll) eingelagert werden könnte. Um ihre Hypothese zu überprüfen, wählten sie den besonderen Weg der Spektralanalyse.

Sie recherchierten, dass ein Chlorophyllextrakt ein ihm eigenes spezifisches Fluoreszenzbild zeigt, wenn er dabei mit einem Laserstrahl angeregt wird. Die Schüler konstruierten hierzu eine Sicherheits-Messbox, mit deren Hilfe sie unterschiedliche mit Zink belastete Chlorophyllextrakte untersuchen konnten. Als Indikatorpflanze wählten sie die schnellwachsende Gartenkresse, die sie unter immer gleichen Bedingungen in mehr als 20 Messreihen auf ihr Fluoreszenzspektrum untersuchten.

Für Beharrlichkeit belohnt

Ihre Ausdauer und Beharrlichkeit wurde belohnt, denn es zeigte sich ein deutlich sichtbarer Unterschied bei den Wellenlängen in der Fluoreszenzanalyse: zinkbelastetes Chlorophyll weist eine Verschiebung des jeweiligen Maximums auf. Diese Spektralverschiebung wird in der Fluoreszenzphysik auch als „Stokes-shift“ beschrieben. Die Schüler entdeckten diesen wiederkehrend in ihren Messdiagrammen, anfangs ohne seine nähere Herkunft zu kennen.

Etliche Fachgespräche mit dem Fluoreszenzexperten Dr. Oliver Lischtschenko aus Stuttgart bestätigten den Schülern, dass sie auf einer bedeutenden und „heißen“ Spur in ihrer Forschung gestoßen waren. Ihre beobachteten Effekte ließen sich als Muster durchgängig wiederfinden und reproduzieren. In mehreren Blindproben, in denen ihr betreuender Lehrer Georg Kirsch die Proben zuvor codierte, konnten die Schüler belastete von unbelasteter Kresse eindeutig bestimmen, obwohl rein äußerlich keine Unterschiede sichtbar waren.

Die Schüler konnten damit starke Indizien herausarbeiten, die den Schluss zulassen, dass Zink über Bodenwurzeln und Wasserleitungssystem der Indikatorpflanze direkt in das Blattgrün aufgenommen und einlagert werden kann, heißt es weiter. Nachdem sich die Schüler das Nachweisverfahren sicher erarbeitet hatten, untersuchten sie insgesamt zehn Bodenproben von Raststätten an der A 5 zwischen Bad Bellingen und Bad Krozingen. Beim Abgleich mit ihren Laborwerten deuteten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Erdproben erhöhte Zinkkonzentrationen besitzen, was durch den starken Reifenabrieb entlang der Autobahn erklärbar ist.

Zum Patent angemeldet

Die drei 16-jährigen Schüler investierten mehr als ein Jahr Forschungsarbeit in ihr wissenschaftliches Projekt. Im Regionalwettbewerb von Jugend forscht Südbaden, an dem insgesamt mehr als 100 Schulen teilnahmen, in der Mehrzahl Gymnasien, errangen Jakob, Val und Tobias in der Sparte „Jugend forscht“ in „Geo- und Raumwissenschaften“ den dritten Platz.

Damit hat die Hebelschule nun im sechsten Jahr in Folge erfolgreich an den „Jugend forscht“-Wettbewerben teilnehmen. Nicht zuletzt profitieren laut Pressemitteilung auch der naturwissenschaftliche Unterricht und ihre Mitschüler davon. Die Schüler werden ihre Laser-Messmethodik und ihre Ergebnisse auch im neuen Profilfach NWT (Natur-Wissenschaft und Technik) an der Gemeinschaftsschule einbringen und ihn damit praxisorientiert bereichern.

Die Konstruktion und das Innenleben ihrer selbstentwickelten Messbox haben die drei Schüler zum Patent angemeldet.