Redigeret af
Inge Kaufmann
og Søren Rud Keiding
Viden om Vand
en lærebog om vand alle vegne …
Forord
Viden om vand
Lektor Inge Kaufmann, Risskov Amtsgymnasium
Professor, dr.scient. Søren Rud Keiding, Kemisk Institut,
Aarhus Universitet
Der er vand i alt! Vi finder vand fra Jordens indre til det ydre rum. Vand er afgørende for opbygningen af de mindste atomare og molekylære byggesten, og vand er afgørende for al biologisk aktivitet. Med andre ord spiller vand en helt afgørende rolle for livets opståen og opretholdelse. Derfor er vand også et oplagt tema for en grundbog, der på tværs af fagene beskriver naturvidenskabelige emner, der fx kan inddrages i det naturvidenskabelige grundforløb.
I store træk er bogen opbygget “efter størrelse”, startende med det mindste – atomer og molekyler – og sluttende med verdensrummet. På den måde bevæger vi os gennem naturvidenskaben fra fysik og kemi via biologi og medicin, gennem geologi, geofysik og økologi til astronomi. Med dette zoom-perspektiv opdager vi, hvordan vandmolekylets egenskaber har betydning for fænomener i verden omkring os på mange forskellige størrelsesniveauer.
Bogen indledes med et kapitel om, hvordan den naturvidenskabelige beskrivelse af vand har udviklet sig historisk, og den afsluttes med en beskrivelse af den fascination, mennesket altid har haft af vand, fra en helt anden synsvinkel, nemlig den religiøse/mytologiske.
Baggrunden for den succes, som naturvidenskaben har oplevet gennem de seneste ca. 200 år, er det, man lidt firkantet kalder den naturvidenskabelige metode. Vi indsamler data og foretager observationer, som bruges til at udvikle og teste modeller og teorier for sammenhængene i naturen. Passer teorierne ikke med vores observationer, falder teorierne bort, så enkelt er det. Derfor har vi til bogen knyttet en hjemmeside, www.vand.au.dk, hvor vi har samlet en lang række eksperimenter og forsøg, som kan hjælpe til en bedre forståelse af stoffet og – måske og forhåbentlig – lægge spiren til den begejstring og fascination, der skal være drivkraften til at fortsætte arbejdet med at udforske og leve sig ind i vores fysiske verden. På hjemmesiden vil der samtidig være et forum for opsamling af erfaringer og ideer, som brugen af bogen i undervisningen vil give. På hjemmesiden orienteres ligeledes om arrangementer og udstillinger med relevans for emnet.
Vandmolekylet og dets rolle på forskellige størrelsesniveauer: molekyler, celler, organismer, vejret, Jorden og rummet. Pile angiver udvikling fra celle til færdig organisme. Mennesket er fremhævet som den organisme, der danner myter, teorier og billeder af verden.
De enkelte kapitler er skrevet af forskere på Aarhus Universitet1, og kapitlerne er derefter blevet redigeret af faglærere på Risskov Amtsgymnasium for at sikre, at bogen er velegnet til undervisning i 1.g, eksempelvis i det naturvidenskabelige grundforløb. Selvom der er tilstræbt en vis sammenhæng mellem de enkelte kapitler, kan disse med godt udbytte læses enkeltvis. I undervisningssammenhæng er det ikke tænkt og heller ikke nødvendigvis hensigtsmæssigt at læse hele bogen fra ende til anden. Der kan sammensættes næsten uendelig mange forskellige undervisningsforløb ud fra bogens enkelte afsnit – med forskellig vægtning af fagene.
I forbindelse med udgivelsen af temabogen vil vi gerne takke en række enkeltpersoner og institutioner for deres store interesse for og hjælp til projektet.
Rektor for Aarhus Universitet, Niels Chr. Sidenius, Aarhus Universitets Forskningsfond, rektor for Risskov Amtsgymnasium, Birthe Balleby, og dekan Erik Meineche Schmidt, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet, har medvirket til at skabe de nødvendige rammer for projektet.
Niels Jørgen Hansen, Kemisk Institut, Aarhus Universitet, Lone Thybo Mouritsen, Biologisk Institut, Aarhus Universitet, Lykke Ankersen, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet, og Anders Brandt, TV 2 Vejret, har alle været behjælpelige med illustrationer med mere.
En speciel tak skal rettes til de tre faglærere på Risskov Amtsgymnasium adjunkt Camilla Vosegaard, lektor Leif Block Jacobsen og lektor Ole Andersen, der har læst og kommenteret de enkelte kapitler.
Endelig rettes en særlig tak til Rikke Schmidt Kjærgaard og Ebbe Sloth Andersen, Aarhus Universitet, og redaktør Carsten Fenger-Grøn fra Aarhus Universitetsforlag, der alle har ydet en stor og inspirerende indsats i forbindelse med bogen og de øvrige aktiviteter omkring vandprojektet.
1 Charlotte Autzen er redaktør på TV 2 Vejret og ansat på STV-education i Odense.
1
Vand i videnskabshistorien
Professor, dr.scient. Helge Kragh,
Steno Instituttet, Aarhus Universitet
Fra myte til naturfilosofi
I den sumeriske skabelsesmyte Enuma Elish beskrives verden som opstået ud af et urhav kaldet Apsû og en kvindelig guddom kaldet Tiamat. De to avler sammen en række andre guddomme, heriblandt An (himlen) og Enlil (Jorden). Myten starter således:
Dengang da foroven himlen ikke var nævnt,
Da forneden jorderig ikke var kaldt ved navn,
Dengang fandtes kun Apsû, deres urfader,
Og skaberen Tiamat, hun som fødte dem alle.
Deres vande blandede sig med hinanden,
… da skabtes guder i deres indre.
Også i den kinesiske kai thien-kosmologi, der var tæt knyttet til alkymistiske forestillinger, havde vandet en særstilling. “Himlen er stor og Jorden lille,” hedder det i et skrift. “Inden i himlens nedre dele er der vand. Himlen støttes af damp, Jorden flyder på vandene.”
Mens beskrivelsen i de mesopotamiske, kinesiske og egyptiske skabelsesberetninger var ren mystik, optrådte der i det græske kulturområde i 500-tallet f.Kr. en ny, naturalistisk måde at se og forklare verden på. Perspektivet var et andet og mere videnskabeligt, men udgangspunktet var stadig vand hos Thales af Milet, der traditionelt betegnes som den første naturfilosof i historien. Der kendes intet til Thales’ skrifter, men ifølge Aristoteles mente han, at alt stof kunne føres tilbage til et grundelement, og at dette urstof var vand. Denne opfattelse – sådan skriver Aristoteles – “fik han måske, fordi han så, at al føde indeholder væske, og at selv varme opstår og næres af væske.”
Figur 1.1
Forestillingen om de fire elementer holdt i næsten 2000 år. I denne afbildning fra 1532 er elementerne angivet sammen med deres tilhørende kvaliteter, der for vand (aqua) er kulde (frigiditas) og fugtighed (humiditas).
Blandt græske filosoffer blev ideen om et enkelt urstof dog opgivet til fordel for den lære om de fire elementer, Empedokles foreslog omkring 450 f.Kr., og som Aristoteles tilsluttede sig. Efter denne lære bestod al jordisk materie af sammensætninger af jord, vand, luft og ild i forskellige forhold (de himmelske legemer bestod af et særligt femte element, en quinta essentia). Hvert af de fire elementer var karakteriseret af to ‘kvaliteter’, således at jord var tør og kold, mens vand var fugtigt og koldt (figur 1.1).
Da elementerne kunne have kvaliteter til fælles, var der mulighed for, at et element kunne omdannes til et andet. Ved at inddampe vandet ville kvaliteten ‘fugtig’ ændres til ‘tør’, svarende til at noget af