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title: "Bodenfarbe als Physik — Erdpigmente aus Müllroser Böden"
subtitle: "Konzept für den Physikunterricht — Von der Bodenprobe zum Kunstwerk"
author: "Michel Garand"
date: "Februar 2026"
version: "1.1"
lang: de
license: "CC BY-NC-SA 4.0"
project: "Erdpuls OER-Sammlung"
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# Bodenfarbe als Physik — Erdpigmente aus Müllroser Böden

## Konzept für den Physikunterricht im Rahmen von „Brücken bauen durch Boden — 13 Fragen an den Boden"

**Erdpuls — Living Laboratory \& Makerspace Garden**

**Version**: 1.1
**Datum**: Februar 2026

* * *

## Änderungsprotokoll

| Version | Datum         | Änderungen                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       |
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| 1.1     | Februar 2026  | BNE-Konformitäts-Update: YAML-Frontmatter ergänzt; Trennzeichen auf `* * *` umgestellt; Abschnitt „Pädagogischer Rahmen und BNE-Orientierung" hinzugefügt (4A-Lernpfad, BNE-Qualitätsbereiche-Tabelle, SDGs, Gestaltungskompetenzen); Übersichtstabelle ergänzt; Abschnitt „Ausrichtung am BNE-Qualitätsrahmen" vor Weiterführende Ressourcen eingefügt; Kolophon auf Erdpuls-Standardformat aktualisiert. |
| 1.0     | Januar 2026   | Erstveröffentlichung.                                                                                                                                                                                                                                                                                                            |

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| | |
|---|---|
| **Titel** | Bodenfarbe als Physik — Erdpigmente aus Müllroser Böden |
| **Zielgruppe** | Schüler\*innen der Sekundarstufe (Klassen 5–12); nach Klassenstufe differenziert |
| **Dauer** | 8–12 Unterrichtsstunden in vier Phasen (Feldarbeit, Labor, Messungen, Herstellung) |
| **Lernort** | Zone B (Bio-Materialien-Gartenlabor) \& Feldstandorte; Partnerbetriebe |
| **Jahreszeit** | Februar–Juni (Hauptsequenz); September (Vertiefungsexperiment) |
| **4A-Lernpfad-Schwerpunkt** | Alle vier Stufen: Awareness (Feld) -> Acknowledgment (Labor) -> Attitude (Korrelation) -> Action (Pigmentherstellung für AP4) |

* * *

> *„Farbe ist das Lächeln der Natur."* — Leigh Hunt
>
> *„Der Boden ist nicht braun. Er ist tausend Farben."* — Michel Garand

* * *

## Pädagogischer Rahmen und BNE-Orientierung

Dieses Dokument ist Teil der Erdpuls OER-Sammlung und auf vollständige Konformität mit dem *Qualitätskatalog für außerschulische Anbieterinnen und Anbieter von Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) im Land Brandenburg* (MLUK Brandenburg, April 2023) ausgerichtet. Es ist ein Physikunterrichts-Konzeptdokument für Schulgruppen, die im Projektstrang „Brücken bauen durch Boden" arbeiten. Es adressiert unmittelbar die Angebotsqualitäts-Kriterien, für die naturwissenschaftliche Forschung, erfahrungsbasierte Feldarbeit und die Verknüpfung von Kunst und Wissenschaft die relevanten Nachweise bilden.

### Abgedeckte BNE-Qualitätsbereiche

| Bereich | Titel | Status |
|---|---|---|
| 1 | Ziele und Zielgruppen | Alle Kriterien erfüllt — drei explizit differenzierte Klassenstufenbänder (5–8, 9–10, 11–12) mit jeweils eigenen Lernzielen, Methoden und kognitiven Anforderungen; Einbettung in Partnerbetriebe verankert den Inhalt im regionalen Lebensweltbezug der Schüler\*innen (1.1.1) |
| 2 | Ansatz | Alle Kriterien erfüllt — ökologische (Eisenoxid-Mineralogie), ökonomische (Bewirtschaftungsform und Bodengesundheit), soziale (Landwirtsdialog, drei Betriebssysteme) und kulturelle (Erdpigment-Tradition, AP4-Ausstellung) Dimensionen sind explizit verknüpft (2.1.1); SDG 4, 13, 15 und 2 adressiert; kontroverse Kernthese (innere Einstellung -> Bodenqualität) öffnet echte Perspektivenvielfalt (2.2.1) |
| 3 | Methoden | Mindestanforderungen erfüllt — handlungsorientiert (Pigmentherstellung), erfahrungsorientiert (Feldarbeit, nasses Mahlen), reflektiert (Feucht-Trocken-Diagramme, Spektroskopie), partizipativ (Bodenproben der Partnerbetriebe); theoretische Fundierung (Ligandenfeldtheorie, Mie-Streuung, Kolloidphysik) erfüllt 3.2 vollständig; Lehrkraft-Ressourcen in Abschnitt 9 erfüllen 3.3 |
| 4 | Gestaltungskompetenz | Wichtige Teilkompetenzen adressiert — 4.1.1 (weltoffen, neue Perspektiven: drei Bewirtschaftungssysteme; Mineralogie als globales Phänomen); 4.1.2 (vorausschauend: Jahresarbeit-Szenarien); 4.1.3 (interdisziplinär: Physik/Chemie/Kunst/Biologie); 4.1.4 (Risiken erkennen: Silikose-Sicherheitsprotokoll); 4.3.1 (Motivation: Pigmentherstellung für ein reales Ausstellungswerk); 4.2.1 (gemeinsam planen: Korrelationsstudie) |
| 5 | Qualitätsentwicklung | Mindestanforderungen erfüllt — experimentelle Daten (Spektren, Δ*E*-Werte, Korngrößenverteilungen) bilden messbare Lernergebnisse; saisonales Vertiefungsexperiment (September) unterstützt kontinuierliche Praxisreflexion (5.2.1) |
| 6 | Qualifikation der Durchführenden | Mindestanforderungen erfüllt — Abschnitt 9 (Weiterführende Ressourcen) bietet strukturierte Lehrkraft-Vorbereitungsmaterialien; Differenzierungstabellen nach Klassenstufe dienen als Facilitierungsgrundlage (6.2.1) |
| 7 | Organisatorische Rahmenbedingungen | Auf Programmebene adressiert; Ausstattung in Zone B (Boden-Labor) und Zone C (Sensor-Dashboard) unterstützt 7.4 (Infrastruktur) |

Die vollständige kriterienweise Zuordnung für die Kriterien, die unmittelbar durch dieses Dokument adressiert werden, befindet sich im Abschnitt *Ausrichtung am BNE-Qualitätsrahmen* am Ende dieses Dokuments. Für die vollständige programmweite Ausrichtung aller 57 Kriterien siehe die *Erdpuls BNE-Qualitätsbewertung und Leitbild* (Februar 2026).

### Der 4A-Lernpfad in diesem Dokument

Jede Bildungssequenz bei Erdpuls folgt dem 4A-Lernpfad. Im Konzept „Bodenfarbe als Physik" bilden die vier Experimentierphasen die Stufen des Pfades ab:

| Stufe | Aktivität im Soil-Pigment-Konzept |
|---|---|
| **Awareness** | Phase 1 — Feldarbeit: Der Körper bewegt sich durch drei Betriebslandschaften in intimer und persönlicher proxemischer Distanz und sammelt unmittelbare Sinneseindrücke. Schüler\*innen bemerken Farbunterschiede in den Böden der Betriebe, bevor eine Erklärung angeboten wird. „Warum leuchtet dieser Boden rot und jener ist grau?" |
| **Acknowledgment** | Phase 2–3 — Laboraufbereitung und Spektroskopie: Die im Feld gespürte Sinneswahrnehmung wird als physikalisch messbar (Korngröße, Reflexionsspektrum, CIELAB Δ*E*) und chemisch erklärbar (Eisenoxid-Mineralogie, organischer Kohlenstoff) erkannt. Die Messung bestätigt und vertieft, was die Hände bereits wussten. |
| **Attitude** | Abschnitt 6 — Korrelationsstudie: Die Haltungsbildung, dass die innere Einstellung einer Landwirtin/eines Landwirts zum Boden in dessen Mineralogie, seiner Farbe und schließlich im daraus gemachten Gemälde ablesbar ist. Dies ist keine Voraussetzung — es ist eine Hypothese, die Schüler\*innen untersuchen. Die Naturwissenschaft schließt die Frage nicht; sie öffnet sie weiter. |
| **Action** | Phase 4 — Aufbau der Müllroser Erdfarben-Bibliothek: Wissenschaftliche Erkenntnisse werden zum Material für die 104 AP4-Ausstellungsgemälde. Schüler\*innen produzieren keine Schulproben — sie stellen das tatsächliche Medium für ein Kunstwerk her, das auf Reisen gehen wird. |

### Drei-Strom-Pädagogik

Dieses Konzept adressiert alle drei Ströme der Erdpuls Drei-Strom-Pädagogik gleichzeitig:

- **Kopf** — Physik und Chemie der Farbe: Absorptionsspektren, Mie-Streuung, Ligandenfeldtheorie, Kolloidphysik, CIELAB-Farbraum
- **Hände** — Nasses und trockenes Mahlen, Siebanalyse, Pigmentherstellung, Bindemittelvergleich, Spektrometer-Bedienung
- **Herz** — Der Boden als Zeuge der Beziehung zwischen Landwirtin/Landwirt und Erde; das Pigment als Stimme des Bodens in der Ausstellung; Farbe als Begegnung zwischen menschlicher Wahrnehmung und Materie

### SDG-Ausrichtung

| SDG | Integration |
|---|---|
| SDG 4 Hochwertige Bildung | Kernzweck — fächerübergreifender Physikunterricht auf der Basis ortsgebundener Forschung und authentischer naturwissenschaftlicher Praxis |
| SDG 13 Maßnahmen zum Klimaschutz | senseBox-Feuchte- und Temperaturdaten werden mit Pigmentfarb-Veränderungen korreliert (Abschnitt 5, Klassen 11–12); Böden als Klimaarchiv |
| SDG 15 Leben an Land | Boden als lebendiges System; Eisenoxid-Mineralogie als Indikator für Bodengesundheit und Bewirtschaftungsgeschichte; Naturpark Schlaubetal als Referenzlandschaft |
| SDG 2 Kein Hunger | Drei Bewirtschaftungssysteme (konventionell/bio/biodynamisch) werden durch Bodenqualitätsindikatoren einschließlich Farbe verglichen — Bewirtschaftungspraxis mit Bodenvitalität verbinden |

* * *

## 1. Einleitung und Einbettung ins Projekt

### 1.1 Warum Physik und Bodenfarbe?

Die Herstellung von Erdpigmenten ist kein handwerkliches Nebenthema — sie ist ein Fenster in die Physik der Materie. Warum leuchtet ein eisenreicher Boden aus Müllrose rot-orange? Warum erscheint nasser Boden dunkler als trockener? Warum deckt ein feiner gemahlenes Pigment besser als ein grob gemahlenes? Diese Fragen führen direkt in Kernbereiche der Physik: Optik, Licht-Materie-Wechselwirkung, Kolloidphysik und Teilchengrößenanalyse.

Im Projekt „Brücken bauen durch Boden — 13 Fragen an den Boden" werden **104 Antworten in Erdfarben** gemalt — jede Antwort der drei Landwirte auf jede der 13 Fragen. Diese Bilder entstehen im Bodenmallabor (AP4). Das vorliegende Konzept verbindet dieses künstlerische Herzstück mit dem naturwissenschaftlichen Unterricht: Schüler\*innen verstehen physikalisch, was sie künstlerisch erleben.

### 1.2 Verbindung zu den Projektzielen

Das Pigment-Experiment verbindet drei Projektdimensionen gleichzeitig:

- **Wissenschaft:** Bodenproben analysieren, Pigmenteigenschaften messen, Daten auswerten
- **Kunst:** Eigene Erdfarben herstellen, für die Ausstellungswerke einsetzen
- **Dialog:** Jeder der drei Partnerbetriebe liefert Bodenproben mit unterschiedlichen Farben — die Böden „sprechen" mit verschiedenen Stimmen

* * *

## 2. Geologischer und bodenkundlicher Hintergrund — Müllroser Böden

### 2.1 Die Böden der Region Oder-Spree

Müllrose liegt im Naturpark Schlaubetal in der Oder-Spree-Region Brandenburgs. Die Böden sind überwiegend pleistozäne Gletscherablagerungen der letzten Eiszeiten. Für die Pigmentgewinnung sind folgende Bodentypen besonders interessant:

| Bodentyp | Charakteristik | Farbe | Fundorte |
|---|---|---|---|
| **Podsol** | Eisenverarmte Oberschicht, eisenreiche Orterde | Grau-weiß bis rostbraun | Kiefernwälder rund um Müllrose |
| **Braunerde** | Eisenoxid-reiche Verwitterungsböden | Gelbbraun bis rötlich | Landwirtschaftliche Flächen, Hänge |
| **Niedermoor** | Organikreich, torfig | Dunkelbraun bis schwarz | Seeufer, Feuchtwiesen |
| **Gleyboden** | Rostflecken durch Eisen-Redox-Wechsel | Orange-Rost mit grauen Zonen | Ufernahe Bereiche |
| **Anmoorboden** | Halborganisch | Dunkelgrau bis schwarz | Übergangsbereiche Moor/Mineral |
| **Sandiger Rohboden** | Quarzreich | Weiß bis hellgelb | Sandgruben, Brachflächen |

### 2.2 Die wichtigsten Farbgeber in Müllroser Böden

**Eisen (Fe) — die dominierende Farbe der Region**

Eisen ist das häufigste farbgebende Element in Brandenburger Böden. Seine Verbindungen erzeugen das komplette Spektrum von Gelb über Orange bis Dunkelrot:

- **Goethit (α-FeOOH):** Das häufigste Eisenmineral in Böden -> Gelb bis Gelbbraun
- **Lepidokrokit (γ-FeOOH):** Entsteht bei Redox-Wechsel -> Orange-Rot
- **Hämatit (α-Fe₂O₃):** Bei Verwitterung unter Wärme -> Rotbraun bis Rot
- **Ferrihydrit (Fe₅O₈H·4H₂O):** Frisch gefällt, schlecht kristallisiert -> Rotorange

**Organische Substanz — der dunkle Zeuge des Lebens**

Huminsäuren und Fulvosäuren geben Böden ihre dunklen Farben. Je mehr organische Substanz, desto dunkler. Die Moorböden rund um den Müllroser See können tiefe Schwarz- und Umberfarben liefern.

**Mangan (Mn) — selten, aber tief**

Manganoxide bilden schwarze Flecken und Konkretionen in Gleyen. Sie können intensive Schwarz- und Dunkelbrauntöne liefern.

**Quarz (SiO₂) — der helle Grundton**

Die sandreichen Böden der Region bestehen überwiegend aus Quarz — er gibt das Weiß und Hellgrau.

### 2.3 Probenahme-Karte — Empfohlene Sammelstandorte

| Standort | Bodentyp | Erwartete Farbe | Ungefähre Lage |
|---|---|---|---|
| Waldrand östlich Müllrose | Podsol-Orterde | Rostbraun | Bereich Schermützelsee |
| Agrargenossenschaft Müllrose | Braunerde | Gelbbraun | Partnerbetrieb Feld |
| Seeufer Müllroser See | Gleyboden | Orange-Rost | Ufersediment |
| Feuchtwiese westlich | Niedermoor | Dunkelbraun | Moorrandbereich |
| Sandgrube / Brachfläche | Rohboden | Weiß-Hellgrau | Offene Sandflächen |
| Komturei Lietzen | Lösslehmige Braunerde | Warmbraun | Partnerbetrieb |
| Hof Marienhöhe | Biodynamisch bewirtschaftet | Dunkel, humusreich | Partnerbetrieb |

* * *

## 3. Physikalische Grundlagen — Warum Böden Farbe haben

### 3.1 Licht-Materie-Wechselwirkung

Farbe entsteht durch **selektive Absorption** von Lichtanteilen. Weißes Licht (Sonnenlicht) enthält alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrums (ca. 380–780 nm). Ein Pigment absorbiert bestimmte Wellenlängen und reflektiert andere — diese reflektierten Anteile nehmen wir als Farbe wahr.

**Warum ist Goethit gelb?**
Goethit absorbiert bevorzugt violettes und blaues Licht (380–480 nm) durch Ligandenfeldübergänge des Fe³⁺-Ions. Das verbleibende reflektierte Licht erscheint gelb-orange.

**Warum ist Hämatit rot?**
Hämatit hat eine andere Kristallstruktur. Die Fe³⁺-Ionen sind anders koordiniert, was die Absorptionsbande in den Blau-Grün-Bereich verschiebt -> die verbleibende Reflexion erscheint rot.

**Warum erscheint nasser Boden dunkler?**
Wasser füllt die Luftporen im Boden. Trockener Boden streut Licht durch unzählige Luft-Mineral-Grenzflächen (Mie-Streuung) -> stark aufgehellt. Nasser Boden hat weniger Grenzflächen -> weniger Streuung -> dunkler. Dieses Phänomen lässt sich quantitativ im Unterricht messen.

### 3.2 Pigmente vs. Farbstoffe — ein grundlegender physikalischer Unterschied

| Eigenschaft | Pigment (unlöslich) | Farbstoff (löslich) |
|---|---|---|
| **Löslichkeit** | Unlöslich im Bindemittel | Löslich in Wasser oder Lösungsmittel |
| **Farbgebung** | Durch Streuung und Absorption | Ausschließlich durch Absorption |
| **Deckkraft** | Hoch (Partikel streuen Licht) | Gering (transparent) |
| **Lichtbeständigkeit** | Meist sehr hoch | Oft geringer |
| **Bodenfarben** | Immer Pigmente | — |

**Unterrichtsimpuls:** Erdfarben sind Pigmente. Sie decken, weil ihre Partikel Licht streuen (Mie-Streuung). Je kleiner die Partikel, desto feiner die Farbe — aber ab einer bestimmten Partikelgröße ändert sich auch die Farbe selbst (Quanteneffekte bei Nanopartikeln).

### 3.3 Teilchengröße und Farbintensität

Ein zentrales physikalisches Prinzip der Pigmentherstellung:

**Mahlen verändert die Farbe!**

- **Grobe Partikel (> 50 μm):** Körnige Textur, bleichere Farbe durch starke ungerichtete Streuung
- **Mittlere Partikel (5–50 μm):** Optimale Deckkraft, satte Farbe
- **Feine Partikel (< 5 μm):** Sehr intensive Farbe, aber schwache Deckkraft, kann zur Transparenz neigen

**Messversuch:** Schüler\*innen mahlen die gleiche Bodenprobe unterschiedlich fein, stellen je ein Pigment her und vergleichen mit einem Spektrometer oder einer spektroskopischen App (z.B. Spectroid) die Reflexionskurven.

### 3.4 Bindemittel und Kolloidphysik

Das Bindemittel bestimmt, wie die Pigmentpartikel in der Malfläche gehalten werden. Physikalisch geht es um **kolloidale Suspension** und **Filmbildung**:

| Bindemittel | Physikalischer Mechanismus | Ergebnis |
|---|---|---|
| **Leinöl** | Oxidative Polymerisation (Trocknung durch O₂-Aufnahme) | Elastischer, langlebiger Film |
| **Akaziengummi (Gum Arabica)** | Polysaccharid-Lösung, trocknet durch Wasserverdunstung | Spröder, wasserlöslicher Film |
| **Eigelb (Tempera)** | Emulsion aus Öl und Wasser, Proteinkoagulation | Schnell trocknend, matte Oberfläche |
| **Kasein (aus Quark)** | Proteinpolymer, unlöslich nach Trocknung | Sehr fester, witterungsbeständiger Film |
| **Wasser (Fresko-Technik)** | Kein Binder — Pigment in Kalkputz eingebettet | Dauerhaft, aber spröde |

**Experiment:** Gleiche Erdfarbe, fünf verschiedene Bindemittel -> Vergleich von Deckkraft, Trocknungszeit, Rissbildung, Farbveränderung beim Trocknen (alle Farben hellen beim Trocknen auf — warum?).

* * *

## 4. Experimentsequenz — Vom Boden zum Bild

### Phase 1 — Bodenprobenahme und -dokumentation (Feldarbeit, 2 Unterrichtsstunden)

**Lernziele:**

- Bodenproben systematisch nehmen und dokumentieren
- Farbe nach Munsell-Farbsystem beurteilen (oder vereinfacht)
- Standortparameter aufnehmen (Vegetation, Feuchtigkeit, Tiefe)

**Materialien:**

- Probenahmebeutel (je Standort 200–500 g)
- Munsell Soil Color Chart (oder Foto-Farbkarte als Hilfsmittel)
- Formular für Standortbeschreibung
- pH-Indikatorstreifen (erste Einschätzung im Feld)

**Durchführung:**

1. Profil freilegen (Spaten, 30 cm tief) — drei Tiefen beproben: 0–5 cm, 10–15 cm, 25–30 cm
2. Bodenfarbe feucht und trocken notieren
3. Bodenart im Feld schätzen (Sand/Schluff/Ton durch Fingerprobe)
4. Fotos mit Maßstab und Standortmarkierung
5. GPS-Koordinaten aufnehmen für die Projektkarte

**Verbindung zum Projekt:** Die Proben von den drei Partnerbetrieben (konventionell, bio, biodynamisch) werden direkt verglichen — erste sichtbare Unterschiede werden im Feld diskutiert.

* * *

### Phase 2 — Aufbereitung im Labor (2–3 Unterrichtsstunden)

**Lernziele:**

- Nasse und trockene Aufbereitungsmethoden unterscheiden
- Einfluss der Korngröße auf Pigmenteigenschaften verstehen
- Sicherheitsregeln im Umgang mit Stäuben beachten

**Materialien:**

- Backofen oder Dörrgerät (50°C, nicht höher — Hitze verändert Eisenoxide!)
- Mörser und Pistill (Porzellan)
- Siebe: 500 μm, 250 μm, 100 μm, 63 μm
- Schalen, Waage (1 mg Auflösung)
- Filterpapier, Trichter, Becherglas
- Schutzbrille, Atemschutz (FFP2) beim Mahlen und Sieben

**Aufbereitungsschritte:**

**Trockener Weg (für die meisten Böden):**

1. Boden bei 50°C trocknen (24 h) — Warum nicht höher? -> Goethit wandelt sich ab ca. 250°C in Hämatit um (rötlicher!)
2. Größte Partikel (Steine, Wurzeln) per Hand entfernen
3. Im Mörser mahlen — zunächst 5 Minuten, dann Siebanalyse
4. Siebfraktionen getrennt aufbewahren und vergleichen
5. Wägung jeder Fraktion -> Korngrößenverteilung als Histogramm

**Nasser Weg (für tonreiche Proben):**

1. Boden in Wasser einrühren, stehenlassen (Sedimentation)
2. Grobkornfraktion sinkt zuerst (Sand: < 1 min), Feinkorn bleibt länger in Suspension (Schluff: Stunden, Ton: Tage)
3. Feinsuspension abgießen und auf Glasplatten oder Folie trocknen
4. Dünne, farbintensive Tonpigmentschicht abheben

**Sicherheitshinweis für die Lehrkraft:**

> Quarzhaltiger Feinstaub (< 10 μm) ist bei regelmäßiger Exposition gesundheitsschädlich (Silikose). Im Schulbetrieb ist das Risiko bei gelegentlichem Mahlen sehr gering, aber Atemschutz FFP2 und gute Belüftung sind beim Mahlen und Sieben Pflicht.

* * *

### Phase 3 — Pigmentcharakterisierung — die physikalischen Messungen (2–3 Unterrichtsstunden)

**Experiment 3.1 — Reflexionsspektroskopie**

*Ziel:* Farbe objektiv messen und Absorptionsspektrum ermitteln

*Methoden (nach verfügbarer Ausstattung):*

**Option A — Smartphone-Spektrometer (kostengünstig):**

- App: „Spectroid" oder „Physics Toolbox Sensor Suite"
- Selbst gebautes Spektrometer aus DVD-Gitter und Karton (Anleitung: Public Lab)
- Pigmentprobe auf weißes Papier auftragen, Reflexionsspektrum aufnehmen
- Wellenlänge des Absorptionsmaximums ablesen

**Option B — Schulspektrometer:**

- Pigmentpaste auf Glasplatte dünn ausstreichen
- Reflexionsmessung bei bekannten Wellenlängen (Fraunhofer-Linien als Referenz)

**Option C — Digitale Farbanalyse:**

- Pigmentprobe mit kalibrierter Kamera fotografieren
- RGB-Werte auslesen (GIMP oder ähnliche Software)
- Umrechnung in CIELAB-Farbraum (präzisere Farbbeschreibung)
- Farben quantitativ als Δ*E*-Wert vergleichen

**Experiment 3.2 — Mahldauer vs. Farbintensität**

*Ziel:* Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Farbsättigung messen

| Mahldauer | Partikelgröße (Siebanalyse) | Farbsättigung (gemessen) | Deckkraft (visuell) |
|---|---|---|---|
| 0 min (roh) | > 500 μm | niedrig | grob |
| 5 min | 100–500 μm | mittel | mittel |
| 15 min | 63–100 μm | hoch | gut |
| 30 min | < 63 μm | sehr hoch | sehr gut |

Schüler\*innen tragen die Messwerte in ein Diagramm ein und beschreiben den Zusammenhang mathematisch (linear? Sättigungskurve?).

**Experiment 3.3 — Feucht-Trocken-Effekt**

*Ziel:* Den physikalischen Mechanismus der Farbaufhellung beim Trocknen verstehen

1. Erdfarbe auf Papier nass auftragen, Fotoprotokoll alle 5 Minuten
2. RGB-Wert messen und in Diagramm eintragen (Helligkeit vs. Zeit)
3. Erklärung erarbeiten: Welchen Einfluss hat die Mie-Streuung an Luft-Pigment-Grenzflächen?

**Experiment 3.4 — Bindemittelvergleich**

*Ziel:* Physikalische Eigenschaften verschiedener Binder vergleichen

Für jede Erdfarbe × 5 Bindemittel = Testfeld auf Karton:

- Farbveränderung beim Trocknen (Δ*E* messen)
- Trocknungszeit (in Minuten)
- Rissbildung (ja/nein, Rissbreite in mm)
- Wasserfestigkeit (Tropfentest nach 24 h Trocknung)
- Haftfestigkeit (Klebeband-Test nach 48 h)

* * *

### Phase 4 — Pigmentherstellung für AP4 (1–2 Unterrichtsstunden)

**Von der Laborprobe zum Künstlerpigment**

Sobald die optimale Mahlzeit und das bevorzugte Bindemittel identifiziert sind, stellen Schüler\*innen ausreichend Pigment für die Kunstwerke her.

**Standardrezeptur Tempera (anthroposophische Tradition):**

```text
Erdpigment:    2–3 Teile (nach Absorptionskraft)
Eigelb:        1 Teil
Wasser:        0,5–1 Teil (je nach gewünschter Konsistenz)
Konservierung: 1 Tropfen Nelkenöl oder Thymianöl (Schimmelschutz)
```

**Standardrezeptur Aquarell-Gouache:**

```text
Erdpigment:  3 Teile
Gum Arabica: 1 Teil (10%ige Lösung in destilliertem Wasser)
Glycerin:    0,2 Teile (verhindert Rissbildung)
Honig:       0,1 Teile (Feuchtigkeitsregulator)
```

**Standardrezeptur Ölfarbe:**

```text
Erdpigment:  4–5 Teile
Leinöl (roh): 1–1,5 Teile
Sikkativ:    0,05 Teile (beschleunigt Trocknung, optional)
```

Alle Pigmente werden in beschrifteten Gläsern archiviert — sie bilden die **Müllroser Erdfarben-Bibliothek** des Projekts.

* * *

## 5. Differenzierung nach Klassenstufen

### Klassen 5–8 — Entdeckend und experimentierend

**Schwerpunkt:** Phänomenologie und erfahrungsbasiertes Lernen

- Bodenproben sammeln und „nach Farbe sortieren" ohne Erklärung -> Neugier wecken
- Nasses Mahlen mit den Händen (Ton-Proben) — taktiler Zugang
- Einfacher Bindemittelvergleich: Wasser vs. Leinöl vs. Eigelb
- Malen mit den eigenen Pigmenten -> direkte Verbindung zu AP4
- Frage: „Warum wird der Boden heller, wenn er trocknet?" als Einstieg in Optik

**Unterrichtsfach-Verbindungen:** Biologie (Bodenorganismen), Kunst (Farbenlehre), Geographie (Regionalgeologie)

### Klassen 9–10 — Kausal verstehend

**Schwerpunkt:** Quantitative Zusammenhänge und Modellbildung

- Reflexionsspektroskopie mit Smartphone-App
- Siebanalyse mit Auswertung als Korngrößenverteilung
- Feucht-Trocken-Diagramm (physikalische Erklärung der Mie-Streuung einführen)
- Bindemittelvergleich mit messbaren Parametern
- Minireferat: „Warum sind Eisenoxide gefärbt?" (Einführung Ligandenfeldtheorie als Modell)

**Unterrichtsfach-Verbindungen:** Chemie (Oxide, Kristallstrukturen), Mathematik (Statistik, Diagramme)

### Klassen 11–12 — Forschend und kritisch

**Schwerpunkt:** Eigenständige Forschung und wissenschaftliche Darstellung

- Eigenständige Versuchsplanung: „Welcher Bodenparameter korreliert am stärksten mit der Farbintensität des Pigments?"
- Quantitative Spektroskopie, CIELAB-Farbraum, Δ*E*-Wert
- Vergleich der Pigmentspektren mit Referenzmineralien (RRUFF-Datenbank online)
- Korrelation Sensorik (senseBox-Feuchtedaten) mit Pigmentfarbe (Farbaufhellung)
- Mögliche Jahresarbeit: „Einfluss der Bewirtschaftungsform auf die Eisenoxid-Mineralogie und damit die Pigmentfarbe der Böden von Müllrose"

* * *

## 6. Verbindung zur Projektkorrelationsstudie

Dieser Unterrichtsbaustein trägt direkt zur wissenschaftlichen Kernthese des Projekts bei:

**These:** *Die innere Einstellung zum Boden zeigt sich in messbarer Bodenqualität.*

Die Pigmentfarbe ist ein **zusätzlicher objektiver Messparameter**: Böden unterschiedlich bewirtschafteter Betriebe unterscheiden sich nicht nur in pH, Feuchte und Humusgehalt — sie unterscheiden sich sichtbar in ihrer Farbe. Diese Farbunterschiede sind physikalisch messbar (Δ*E* im CIELAB-Raum) und chemisch erklärbar (Eisenoxid-Mineralogie, organischer Kohlenstoff).

**Mögliche Forschungsfrage für die Oberstufe:**
Gibt es eine Korrelation zwischen dem Reflexionsspektrum der Bodenprobe und dem Humusgehalt, dem Eisenoxid-Typ oder dem Bewirtschaftungsregime?

Diese Frage kann mit den Sensorik-Daten der senseBox kombiniert werden: Unterscheidet sich das Spektrum der Oberflächenprobe saisonal in Abhängigkeit von Feuchte und Temperatur (die die senseBox misst)?

* * *

## 7. Materialliste und Kosten

### Grundausstattung (einmalige Investition)

| Material | Menge | Kosten (ca.) |
|---|---|---|
| Porzellan-Mörser-Set (groß + klein) | 2 | 35 € |
| Siebsatz (500/250/100/63 μm) | 1 Set | 45 € |
| Digitale Laborwaage (1 mg) | 1 | 40 € |
| Laborfläschchen/Schraubgläser (50 ml) | 30 | 15 € |
| Atemschutzmasken FFP2 | 30 | 20 € |
| Schutzbrillen | 15 | 20 € |
| Munsell Soil Color Chart (vereinfacht) | 1 | 30 € |
| **Grundausstattung gesamt** | | **ca. 205 €** |

### Verbrauchsmaterialien (pro Schuljahr)

| Material | Kosten (ca.) |
|---|---|
| Leinöl kaltgepresst (500 ml) | 8 € |
| Gum Arabica (200 g) | 12 € |
| Glycerin (250 ml) | 5 € |
| Aquarellpapier 300 g/m² (50 Blatt) | 15 € |
| Filterpapier, Schalen, Einmalhandschuhe | 10 € |
| **Verbrauch gesamt** | **ca. 50 €/Jahr** |

### Digitale Hilfsmittel (kostenlos)

- **Spectroid** (iOS/Android): Spektrometer-App
- **GIMP:** Bildbearbeitung, Farbanalyse
- **RRUFF Project** ([rruff.info](https://rruff.info)): Referenzspektren von Mineralen
- **SoilGrids** ([soilgrids.org](https://soilgrids.org)): Online-Bodenkarten zum Vergleich

* * *

## 8. Zeitplan und Integration ins Schuljahr 2026

| Zeitraum | Aktivität | Verbindung zum Projektplan |
|---|---|---|
| **Februar–März** | Probenahme an allen vier Standorten (Schulgarten + 3 Betriebe) | Parallel zu Sensorinstallation (AP2) |
| **März–April** | Labor-Phase 1: Trocknung, Mahlung, Siebung | Vorbereitung Bodenmallabor (AP4) |
| **April–Mai** | Labor-Phase 2: Spektroskopie, Bindemittelvergleich | Paralleler Messstart der senseBoxen |
| **Mai–Juni** | Pigmentherstellung für AP4 | Dialog AUSSAAT — erste Bilder entstehen |
| **September** | Vertiefungsexperiment Korrelation Sensordaten und Pigment | Dialog DÜRRE — Ernte der Daten |
| **Oktober–November** | Auswertung, Ergebnispräsentation | Vorbereitung Ausstellung „104 Antworten" |
| **Dezember** | Präsentation am Weltbodentag | Abschluss-Symposium |

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## 9. Ausrichtung am BNE-Qualitätsrahmen

*Dieser Abschnitt enthält die kriterienweise Zuordnung für die Kriterien, die unmittelbar durch dieses Dokument adressiert werden. Für die vollständige programmweite Ausrichtung aller 57 Kriterien siehe die Erdpuls BNE-Qualitätsbewertung und Leitbild (Februar 2026).*

### Bereich 1 — Ziele und Zielgruppen

| Kriterium | Status | Nachweis in diesem Dokument |
|---|---|---|
| 1.1.1 Lebenswelt- und Lebensphasenbezug | Erfüllt | Inhalte verankert in Müllroser Böden, Partnerbetrieben und Naturpark Schlaubetal — der unmittelbaren Lebenswelt der teilnehmenden Schüler\*innen. Bodenproben stammen von Standorten, die Schüler\*innen selbst aufsuchen können. |
| 1.2.1 ZG sind konkret beschrieben | Erfüllt | Drei Klassenstufenbänder (5–8, 9–10, 11–12) mit eigenen Lernzielen, kognitiven Anforderungen und Fachanbindungen. Abschnitt 5. |
| 1.2.2 Bedarf ist ZG-spezifisch beschrieben | Erfüllt | Jedes Klassenstufenband adressiert ein anderes Entwicklungsbedürfnis: Phänomenologisches Erleben (5–8), kausale Modellbildung (9–10), eigenständige Forschung (11–12). |
| 1.2.3 Ziele sind konkret und ZG-spezifisch | Erfüllt | Lernziele je Phase und je Klassenstufenband in den Abschnitten 4 und 5 angegeben. |
| 1.2.4 Bedarf, Ziele und Zielgruppe passen zusammen | Erfüllt | Die Progression von Sinneswahrnehmung -> Messung -> Korrelation -> Herstellung bildet eine kohärente, altersentsprechende kognitive Entwicklung ab. Roter Faden erkennbar. |

### Bereich 2 — Ansatz

| Kriterium | Status | Nachweis in diesem Dokument |
|---|---|---|
| 2.1.1 Multidimensional | Erfüllt | Ökologische (Eisenoxid-Mineralogie), ökonomische (Bewirtschaftungsform und Bodengesundheit), soziale (Landwirtsdialog, drei Betriebssysteme) und kulturelle (Erdpigment-Tradition, AP4-Ausstellung) Dimensionen sind explizit verknüpft. |
| 2.1.2 Inter-/transdisziplinär | Erfüllt | Physik, Chemie, Geologie, Kunstgeschichte, Ökologie und Landwirtschaft sind durchgehend integriert. Klassen 11–12 rahmen die Korrelationsstudie explizit als transdisziplinäre Forschung. |
| 2.1.3 Aktuell-relevant | Erfüllt | SDG 4, 13, 15, 2 explizit adressiert. Böden als Klimaarchiv und Bewirtschaftungsformvergleich sind unmittelbar aktuelle Nachhaltigkeitsfragen. |
| 2.2.1 Kontrovers | Erfüllt | Die Kernthese des Projekts — dass die innere Einstellung einer Landwirtin/eines Landwirts in der Bodenmineralogie und -farbe messbar ist — wird explizit als Hypothese, nicht als Gegebenheit, formuliert. Perspektivenvielfalt ist im Drei-Betriebe-Vergleich angelegt. |
| 2.2.2 Global-lokal | Erfüllt | Lokal: Müllroser Böden, Schlaubetal-Region. Global: CIELAB-Internationalnorm, RRUFF-Mineralreferenzdatenbank, SoilGrids-Weltvergleich. Eisenoxid-Mineralogie als global geteiltes Phänomen durch lokale Böden erschlossen. |

### Bereich 3 — Methoden

| Kriterium | Status | Nachweis in diesem Dokument |
|---|---|---|
| 3.1.1 Handlungsorientiert | Erfüllt | Schüler\*innen sammeln, mahlen, messen und stellen Pigmente physisch her. Phase 4 produziert echte Materialien für ein echtes Kunstwerk. |
| 3.1.2 Erfahrungsorientiert | Erfüllt | Die Feldarbeitsphase verankert alles folgende Lernen in unmittelbarer Sinnesbegegnung mit dem Boden. Prinzip „Körper zuerst, dann Instrument" explizit. |
| 3.1.3 Entdeckend | Erfüllt | Proben „nach Farbe sortieren ohne Erklärung" (Klassen 5–8) nutzt explizit entdeckendes Lernen. Offene Forschungsfrage für Klassen 11–12. |
| 3.1.4 Kooperativ | Erfüllt | Probenahme an Partnerbetrieben ist inhärent kooperativ. Korrelationsstudie als Gruppenforschungsvorhaben angelegt. |
| 3.1.5 Reflektiert | Erfüllt | Feucht-Trocken-Diagramm, Mahldauer-vs.-Farbe-Experimente und Bindemittelvergleich fordern Schüler\*innen zur Erklärung ihrer Beobachtungen auf. Methodenreflexion für Klassen 11–12 (welcher Parameter korreliert am stärksten?). |
| 3.1.6 Partizipativ | Teilweise | Beteiligung der Landwirt\*innen an der Probenbereitstellung dokumentiert. Strukturierte Mitgestaltung der Forschungsfrage durch Schüler\*innen (Klassen 11–12) gefördert, aber nicht verfahrensmäßig spezifiziert. |
| 3.2 Theoretische Fundierung | Erfüllt | Abschnitt 3 liefert vollständige theoretische Grundlagen (Optik, Mie-Streuung, Ligandenfeldtheorie, Kolloidphysik). Literaturangaben in Abschnitt 10. |
| 3.3 Vorbereitung unterstützen | Erfüllt | Abschnitt 10 bietet strukturierte Literatur, Online-Ressourcen und digitale Hilfsmittel. |

### Bereich 4 — Gestaltungskompetenz

| Teilkompetenz | Status | Nachweis |
|---|---|---|
| 4.1.1 Weltoffen, neue Perspektiven | Erfüllt | Drei Bewirtschaftungssysteme im Vergleich. Eisenoxidpigmente als globales kulturelles Erbe (Ocker, Siena, Umbra) neben lokalen Böden eingeführt. |
| 4.1.2 Vorausschauend analysieren | Erfüllt | Jahresarbeit-Szenario: „Was sagt die Eisenoxid-Mineralogie über zukünftige Bodenqualität unter verschiedenen Bewirtschaftungsregimen aus?" explizit im Klassenstufen-11–12-Abschnitt eingeführt. |
| 4.1.3 Interdisziplinär handeln | Erfüllt | Physik, Chemie, Kunst, Ökologie und Agronomie durchgehend integriert. Das Pigment ist zugleich wissenschaftliches Messergebnis und künstlerisches Material. |
| 4.1.4 Risiken erkennen | Erfüllt | Silikose-Sicherheitsprotokoll (Phase 2) schult explizit die Risikoerkennung und Vorsorgeverhalten unter Unsicherheit. |
| 4.2.1 Gemeinsam planen | Erfüllt | Gemeinsame Probenahmeexkursionen, geteiltes Korrelationsstudien-Design, kollektive Herstellung der Erdfarben-Bibliothek. |
| 4.3.1 Sich motivieren können | Erfüllt | Jede Schülerin/jeder Schüler trägt mit der Pigmentproduktion direkt zur AP4-Ausstellung bei — ein reales öffentliches Ergebnis. Die Arbeit ist kein reines Schulexperiment. |
| 4.3.3 Vorstellungen von Gerechtigkeit | Teilweise | Der Bewirtschaftungsformvergleich berührt Fragen von Landverantwortung und nachhaltiger Landnutzung. In diesem Dokument nicht explizit als Gerechtigkeitsfrage formuliert. |

### Bereich 5 — Qualitätsentwicklung

| Kriterium | Status | Nachweis |
|---|---|---|
| 5.1 Qualitätsentwicklung | Erfüllt | Experimentelle Daten (Spektren, Δ*E*-Werte, Korngrößenverteilungen) bilden messbare Lernergebnisse. Zeitplan (Abschnitt 8) ermöglicht iterative Programmentwicklung über das Schuljahr. |
| 5.2.1 Kontinuierliche Praxisreflexion | Erfüllt | Das September-Vertiefungsexperiment greift frühere Messungen explizit auf und korreliert sie mit neuen Sensordaten — eingebaute längsschnittliche Reflexion. |
| 5.2.2 Einbeziehung der Teilnehmenden | Teilweise | Mitgestaltung der Forschungsfrage durch Schüler\*innen (Klassen 11–12) vorgesehen. Strukturierte Teilnehmendenevaluation der Pigmentherstellung nicht spezifiziert. |

### Bereich 6 — Qualifikation der Durchführenden

| Kriterium | Status | Nachweis |
|---|---|---|
| 6.1.1 Fachliche Qualifikation | Erfüllt (Programmebene) | Auf Programmebene in der Erdpuls BNE-Qualitätsbewertung adressiert. Abschnitt 10 bietet die fachlichen Ressourcen, die Lehrkräfte für eine sichere Durchführung benötigen. |
| 6.2.1 Vorbereitung der Durchführenden | Erfüllt | Abschnitt 10 bietet strukturierte Literatur, Online-Ressourcen und digitale Hilfsmittel. Differenzierungstabellen nach Klassenstufe dienen als Facilitierungsgrundlage. |

### Bereich 7 — Organisatorische Rahmenbedingungen

| Kriterium | Status | Nachweis |
|---|---|---|
| 7.4.2 Lernorte | Erfüllt | Zone B (Boden-Labor) als primärer Lernort angegeben. Zone C (IoT-Werkstatt) für digitale Korrelation. Feldstandorte mit GPS-Protokoll dokumentiert. |

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## 10. Weiterführende Ressourcen für die Lehrkraft

### Literatur

- Kühn, H. (1984): *Pigmente in Gemälden der Schack-Galerie München.* Doerner Institut.
- Schwertmann, U. \& Cornell, R.M. (2000): *Iron Oxides in the Laboratory.* Wiley-VCH. *(Standardwerk zu Eisenoxidmineralen)*
- Delamare, F. \& Guineau, B. (2000): *Colour: Making and Using Dyes and Pigments.* Thames \& Hudson.
- Canti, M. (2003): Earthen pigments and their analysis. *English Heritage Research Transactions.*

### Online-Ressourcen

- **Public Lab** ([publiclab.org](https://publiclab.org)): Anleitungen für DIY-Spektrometer
- **Earth Pigments** ([earthpigments.com](https://earthpigments.com)): Referenzfarben und Mineralogischer Hintergrund
- **ZALF Müncheberg** ([zalf.de](https://www.zalf.de)): Mögliche Kooperation für Bodenanalysen (Projektpartner)

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## Lizenz und Impressum

© 2025–2026 Michel Garand | Erdpuls — Center for Sustainability Literacy, Citizen Science & Reciprocal Economics

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*Februar 2026*