Einfluss der Gezeiten auf die Holzeigenschaften von Mondholz

Holz ist seit Jahrtausenden ein wichtiger Bau- und Rohstoff. Für Brennholz, Holz für Werkzeuge und Möbel oder Bauholz werden verschiedene Eigenschaften des Holzes geschätzt. Es soll zum Beispiel nicht reissen, nicht an Volumen verlieren oder nicht von Schädlingen befallen werden. Auch wenn die Waldarbeit heutzutage von Technik unterstützt wird, sind Anzucht, Pflanzung, Pflege und Ernte früher wie heute zeit- und geldaufwendig. Seit Jahrhunderten werden daher Aufzeichnungen über diese Arbeiten einschliesslich der Holzernte geführt. Diese wurden gelegentlich verwendet, um daraus Regeln abzuleiten, zu welchen Fällzeitpunkten das Holz die gewünschten Eigenschaften besitzen wird. Manche dieser Regeln wurden bereits 900 v. Chr. aufgezeichnet (Triebel 1998).

Als Bezugspunkte für die Regeln wurden das Kalenderjahr, die Jahreszeiten, phänologische Daten, die Tageszeiten und die Stellung des Mondes im Bezug zu den Sternen verwendet. Die Mondholzregeln, die sich auf eine bestimmte Mondphase beziehen, sind in einigen Aufzeichnungen zu finden (Paungger & Poppe 1991).

Parallel zu den Autoren, die Regeln für die Praxis aufgestellt haben, gab es ebenfalls seit Jahrhunderten wissenschaftliche Versuche mit dem Ziel, die Regeln zu bestätigen oder zu widerlegen. Dazu wurden viele dieser Regeln zusammengetragen, Fällungen zu bestimmten Mondphasen durchgeführt und versucht, ein Mass für die Qualität des Holzes zu definieren. Bis heute ist es nicht gänzlich gelungen, den Zusammenhang zwischen dem Stand des Mondes zum Fällzeitpunkt und den späteren Qualitätseigenschaften des Holzes statistisch zu sichern.

Hier stellen wir eine mögliche Erklärung vor, worin der Zusammenhang zwischen der Stellung des Mondes zum Fällzeitpunkt und der Holzqualität bestehen könnte. Der Mond sorgt, zusammen mit der Sonne, für die Gezeitenbeschleunigung auf der Erde. Dabei wirken die Anziehungskraft zwischen Himmelskörper und Erde auf der einen und die Fliehkraft auf der abgewandten Seite zusammen. Die Gravitation und die Fliehkraft wirken in verschiedene Richtungen, sodass deren vektorielle Differenz – die Gezeitenbeschleunigung – auf der Erde unter anderem Ebbe und Flut entstehen lässt.

Zur Beschreibung und Berechnung der Gezeitenkräfte als physikalische Grösse wird in der Geodäsie vielfach das Gezeitenpotenzial verwendet (Wendt 2005, Schilling 2011). Die Änderung des Gezeitenpotenzials V entspricht der Gezeitenbeschleunigung g

g = grad V ( ).

Die Werte werden üblicherweise in Mikro-Gal (µGal) angegeben.

Zu jedem Zeitpunkt wirkt also auf jedem Punkt der Erde ein bestimmtes Gezeitenpotenzial. Die wirkenden Kräfte können nicht nur Wassermassen wie Meere und grosse Seen, sondern auch Eisflächen und Moore beeinflussen (Abbildung 1, Wendt 2005). Auch die Teile der festen Erdkruste, die verformbar sind, unterliegen dem Einfluss der Gezeitenkräfte. Man spricht von einer elastischen Reaktion des Erdkörpers oder von Erdgezeiten (Lambeck 1988, Torge 1991).

Auch pflanzliche Substanz wird von dieser Grösse beeinflusst. In einer Untersuchung von Zürcher et al (1998) wurde die Gleichläufigkeit zyklischer Schwankungen des Stammdurchmessers zweier Fichten mit der Änderung der Gezeitenkräfte («gravimetric tides») beobachtet. Barlow et al (2010) stellten Daten aus mehreren Versuchen zur Schwankung des Stammdurchmessers (unter anderen auch denen von Zürcher et al 1998) zusammen und verglichen die Schwankungen mit den von ihnen berechneten Werten für die vertikale Komponente der Gezeitenbeschleunigung. Sie stellten Übereinstimmungen zwischen der Periodizität der gemessenen Schwankungen des Stammdurchmessers und der Änderung der vertikalen Komponente der Gezeitenbeschleunigung fest.

Die Beeinflussung von biologisch-physikalischen Vorgängen im Holz durch die Gezeitenkräfte könnte die wissenschaftliche Erklärung liefern, warum die Stellung des Mondes und der Sonne zum Fällzeitpunkt die Qualität des Holzes beeinflusst. Sie würde ebenfalls erklären, warum viele der Mondholzregeln zutreffen und weshalb wissenschaftliche Versuche zum Einfluss der Mondphasen nicht zu einem eindeutigen Ergebnis gelangten.

Um zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen der Stellung des Mondes und den Eigenschaften von Holz besteht, muss zunächst eine messbare und berechenbare physikalische Grösse gefunden werden, die den Einfluss des Mondes auf die Veränderung des Holzes ausdrücken kann. In der hier verfolgten These wird das Gezeitenpotenzial als diese physikalische Grösse angenommen.

Um das Gezeitenpotenzial für den Ort und den Zeitpunkt der Fällung von Bäumen feststellen zu können, wurde durch den Verfasser ein Computermodell erstellt, das das Gezeitenpotenzial zum jeweiligen Zeitpunkt für den jeweiligen Ort auf der Erdoberfläche bestimmen kann.

Zunächst wird dabei die Position von Sonne und Mond für den Ort und die Zeit (nach Meeus 1998) bestimmt. Auf Basis der Winkel zwischen Sonne und Mond und dem Punkt auf der Erdoberfläche, dem Standort des Baumes, werden dann die Werte für das Gezeitenpotenzial berechnet. Die Berechnung des Gezeitenpotenzials wird von verschiedenen Autoren in der Literatur beschrieben (z.B. Wendt 2005, Schilling 2011). Es gibt verschiedene Ansätze, die als Eingangsgrösse den Winkel des jeweiligen Himmelkörpers verwenden und nach der Methode der Potenzialentwicklung mit n-ten Legendre-Polynomen vorgehen. Die Vorgehensweisen der Autoren unterscheiden sich in der Zahl der Ableitungen (n = 2 oder n = 3), wobei die zweite Ableitung (der zweite Grad) den grössten Anteil hat, sowie in der Extraktion von konstanten Werten, die oft in der sogenannten Doodson’schen Gezeitenkonstante zusammengefasst werden. Für die Umsetzung in das Computermodell wurde eine rechentechnisch günstige Form mit Extraktion der Doodson-Konstante gewählt. Eine detaillierte Beschreibung des Berechnungsverfahrens führen Wendt (2005) und Schilling (2011) aus. Eine Zusammenfassung verschiedener Berechnungsverfahren ist auch in Ziemert (2025) dargestellt.

Mit der Möglichkeit, das Gezeitenpotenzial für beliebige Orte und Zeitpunkte zu berechnen, konnte der Zusammenhang mit den Werten von Holzeigenschaften untersucht werden. Dazu wurden Daten über Eigenschaften von Holz, dessen Ort und Zeitpunkt der Fällung hinreichend genau bekannt sind, benötigt. Ein solcher Versuch wurde 1998/1999 an der ETH Zürich durchgeführt.

Am 2., 12. und 28. November 1998, am 10. und 28. Dezember 1998 sowie am 6. Januar 1999 wurden jeweils ab 10 Uhr auf dem Uetliberg bzw. dem Albisriederberg des Lehrreviers der ETH Zürich je fünf Fichten (Picea abies Karst.) gefällt. Die Aufbereitung der daraus gewonnenen 1920 Holzproben, die weitere Behandlung und die Auswertung der Ergebnisse wird unter anderem von Bariska & Rösch (2000) sowie von Zürcher (2003) detailliert beschrieben. Die vorliegende Arbeit stützt sich im Folgenden auf die von Zürcher (2003) veröffentlichten Daten zu den Holzmerkmalen, die in den genannten Arbeiten genauer beschrieben sind. Der angegebene Zeitpunkt – vormittags, ab 10 Uhr – bestimmt den Beginn der Fällarbeiten. Da sich die Fällung und Aufbereitung der fünf Bäume über einen Zeitraum bis zum Mittag (12 Uhr) erstreckt haben könnte, wurde 11 Uhr als durchschnittliche Uhrzeit gewählt.

Für den angegebenen Ort (Uetliberg; 47.35° N, 8.49° O) und die genannten Termine wurden die Werte des Gezeitenpotenzials berechnet. Sie wurden anschliessend den Durchschnittswerten für die Holzeigenschaften, die der Arbeit von Zürcher (2003) entnommen sind, zugeordnet.

Im Ergebnis dieser Zuordnung ist festzustellen, dass in den Daten des Versuchs der ETH Zürich 1998/1999 ein deutlicher Zusammenhang zwischen Holzeigenschaftswerten und Gezeitenpotenzial besteht.

In Abbildung 2 und Tabelle 1 ist eine negative Korrelation zwischen den Werten der Holzeigenschaften und dem Gezeitenpotenzial zum Fällzeitpunkt zu erkennen. Je geringer das Gezeitenpotenzial zum Fällzeitpunkt war, umso höhere Werte wurden für die Holzeigenschaften ermittelt.

Im Vergleich der dargestellten Versuchsfaktoren fällt auf, dass die Änderungen der Holzeigenschaften untereinander in gleicher Proportion und gegenüber dem Gezeitenpotenzial umgekehrt proportional verlaufen.

Die Änderung der Druckfestigkeit im verwitterten Kernholz weicht von den anderen Variablen ab. Hier lässt sich die Ursache anhand der vorliegenden Daten nicht eindeutig nachvollziehen. Der Fällzeitpunkt ist nur einer von vielen möglichen Faktoren, die die Holzqualität beeinflussen können.

Die Werte in der Abbildung 2 wurden mit dem Skalierungsfaktor 10 versehen, um die Graphen gemeinsam auf einer Achse darzustellen. Die Originalwerte sind daher in Tabelle 1 dargestellt.

Wenn man z.B. beim Merkmal «Schwindmass im Splintholz» von den bei Zürcher (2003) angegebenen Standardabweichungen (0.7, 1.09, 0.71, 1.03, 0.9 und 0.81) und einer Stichprobengrösse von 128 bis 144 ausgeht, ergibt die Varianzanalyse eine hohe Signifikanz dafür, dass sich die Mittelwerte der abhängigen Variablen für die verschiedenen Stufen der unabhängigen Variable unterscheiden. Der F-Wert liegt mit 22.06 weit über dem kritischen Wert von 2.23, und der p-Wert ist sehr niedrig (9.3 × 10⁻^²¹). Im paarweisen t-Test stellte Zürcher für dieses Merkmal ebenfalls signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Fällzeitpunkten fest.

Die Korrelationsanalyse mit den Durchschnittswerten ergibt eine signifikante negative Korrelation des Merkmals «Schwindmass (Splint)» mit dem Gezeitenpotenzial (siehe Abbildung 3). Der Pearson-Korrelationskoeffizient beträgt –0.89, und der p-Wert liegt mit 0.017 unter dem üblichen Signifikanzniveau von 0.05.

Die Holzeigenschaften in Abhängigkeit vom Gezeitenpotenzial sind in Abbildung 3 grafisch dargestellt. Der Korrelationskoeffizient für die lineare Korrelation konnte nicht aus den Einzelprobenwerten der Gesamtstichprobe ermittelt werden, sondern nur über die sechs Durchschnittswerte der Untersuchung. Er ist daher lediglich als Anhaltspunkt zu verstehen. Für umfassendere statistische Analysen und Signifikanztests müssten die Daten der Einzelproben herangezogen werden, die dem Verfasser jedoch nicht zur Verfügung stehen. Ebenso sind die polynomische und die sigmoidale Regressionsfunktionen über die Werte vom 2. November 1998 bis zum 10. Dezember 1998 und vom 6. Januar 1999 in Abbildung 3 nur zur Veranschaulichung gedacht.

Die Korrelation verläuft nicht unbedingt linear. In den vorliegenden Werten deutet sich an, dass bei der Fichte die Wirkung des Gezeitenpotenzials zwischen –60 und –80 µGal möglicherweise gegen einen Grenzwert läuft. Analog zur Wirkung vieler anderer Umweltfaktoren oder auch zu anderen biologischen Prozessen könnte man hier eine sigmoidale Form der Funktion erwarten (Abbildung 3 roter Graph). Dies würde dann die Vermutung bestärken, dass sich die Gezeitenkräfte auf die Bindung von Wasser in den Zellstrukturen auswirken, wobei dann zum Grenzwert hin eine gewisse Sättigung auftritt.

Die Werte des Fällzeitpunkts vom 28. Dezember 1998 weichen innerhalb der Datenreihe selbst und auch hinsichtlich der Korrelation zum Gezeitenpotenzial vom allgemeinen Trend ab. Es war nicht möglich, mit den vorliegenden Informationen eine Ursache dafür zu finden. Möglicherweise gibt es weitere Einflussfaktoren, Wechselwirkungen mit anderen Faktoren oder die Fällung fand nicht durchschnittlich um 11 Uhr MEZ statt, sondern etwa zwei Stunden früher. Zu der Zeit herrschte ein Gezeitenpotenzial von –29.5 µGal.

Wenn sich diese These durch weitere Versuchsergebnisse bestätigt, gibt es für den vielfach vermuteten Zusammenhang zwischen der Stellung von Mond und Sonne zum Fällzeitpunkt und den Holzeigenschaften tatsächlich eine kausale Erklärung, und die jahrhundertealten Erfahrungen und Überlieferungen beruhen auf einer wissenschaftlich begründbaren Tatsache. Die beobachtete Abhängigkeit der Holzeigenschaften vom Fällzeitpunkt kann dann auf das Gravitationsfeld zwischen Erde, Sonne und Mond zurückgeführt werden.

Mit der These lässt sich erklären, warum es bisher nicht gelang, den Zusammenhang zwischen der Stellung des Mondes zum Fällzeitpunkt und den Holzeigenschaften wissenschaftlich eindeutig zu bestätigen oder zu widerlegen. Ausserdem zeigt sich, wie manche Mondholzregeln nicht jedes Jahr zu denselben Bedingungen führen und daher nicht praxistauglich sind.

In den bisher durchgeführten Untersuchungen wird der eindeutige Nachweis eines signifikanten Einflusses des Mondes und der Sonne auf die Holzeigenschaften durch einige Sachverhalte erschwert oder sogar verhindert:

Die These über den Zusammenhang zwischen Gezeitenpotenzial und Holzeigenschaften stützt sich zwar nur auf die Daten eines Versuchs, bietet aber die Grundlage für den Aufbau weiterer Versuche. Es eröffnen sich neue Fragestellungen, die in der Zukunft untersucht werden sollten.

Die stetige harmonische Veränderung des Gravitationsfeldes ist mit den heutigen Möglichkeiten nun rechnerisch reproduzierbar. Die dafür nötige Berechnung der Gezeitenpotenziale ist zum Beispiel mit dem vom Verfasser entwickelten Computermodell jederzeit möglich (Ziemert 2025).

Zukünftig können Versuche gezielt geplant werden, um die Wirkung des Gezeitenpotenzials zu untersuchen und die hier gestellten Fragen zu beantworten. Auch vergangene Zeitpunkte und Versuchsdaten können für die weitere Untersuchung verwendet werden, sofern der Zeitpunkt und der Ort der Fällung noch nachvollzogen werden können.

Um zusätzlich beeinflussende oder Wechselwirkungen anderer Faktoren bestimmen zu können, müssten vorliegende oder zukünftige Versuchsdaten unter Einbeziehung des Gezeitenpotenzials statistisch analysiert werden. Das Gezeitenpotenzial ist möglicherweise ebenso ein Faktor, der in der Untersuchung anderer Umweltfaktoren nicht berücksichtigt wurde, aber einen signifikanten Einfluss hatte. Wurden die zu untersuchenden Exemplare zu unterschiedlichen Zeiten oder an weit voneinander entfernten Orten gefällt, müssten solche Versuche noch einmal ausgewertet werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden These ist, dass überlieferte Mondholzregeln tatsächlich für die Holzeigenschaften günstige Bedingungen voraussagen können. Voraussetzung dafür ist, dass sie bestimmte Mindestangaben enthalten. Die alten Regeln beziehen sich häufig auf die Mondphase, auf eine bestimmte Stellung des Mondes im Bezug zum Sternenhintergrund (Nennung von Sternbildern) oder auch auf ein bestimmtes Datum im Jahr. Sofern in der Regel eine bestimmte Konstellation von Sonne und Mond zur Erde beschrieben ist, lässt sie sich mit der Wirkung eines bestimmten Gezeitenpotenzials verknüpfen. So könnte sich auch das Zustandekommen der Regeln erklären, die auf jahrelangen Beobachtungen und Erfahrungen beruhen.

Zur Veranschaulichung dieses Zusammenhangs wurde das Gezeitenpotenzial auf eine Weltkarte projiziert. Die grafische Umsetzung orientierte sich an der Veröffentlichung des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH). Das BSH stellt eine Simulation der Gleichgewichtsgezeit über die gesamte Erde auf seiner Webseite dar (Gezeitendienst des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie 2024). Mithilfe des Computermodells, das durch den Verfasser erstellt wurde, lässt sich eine ähnliche Darstellung des Gezeitenpotenzials für beliebige vergangene und zukünftige Zeitpunkte wie Vollmond und Neumond berechnen (Abbildung 4).^1,2

In Abbildung 5 ist die Situation zum Halbmond dargestellt. In dieser Position ist die Amplitude des Gezeitenpotenzials am geringsten. Die Kräfte der Sonne und des Mondes wirken in verschiedene Richtungen. Die Addition ihrer Kräfte bewirkt, dass die Gezeitenbeschleunigung des Mondes durch die Anziehungskraft der Sonne abgeschwächt wird, da die Vektoren in unterschiedliche Richtungen zeigen. Die resultierenden Kräfte werden über eine grössere Fläche verteilt und deren Maxima sind geringer. Die Verteilung der Kräfte auf eine grössere Fläche führt dazu, dass die günstigen Bedingungen des niedrigen Gezeitenpotenzials abgeschwächt werden oder gar nicht mehr vorkommen.

Diese beiden Zustände gehen im Zuge des Mondphasenwechsels fliessend ineinander über.

Das resultierende Gezeitenpotenzial hängt nicht nur vom Zeitpunkt der Mondphase (also dem Winkel zwischen Sonnen- und Mondposition) ab, sondern auch vom Winkel, den beide Himmelskörper zur Äquatorebene der Erde einnehmen. Daher lässt sich das Gezeitenpotenzial kaum schätzen, sondern sollte immer aus der Position von Sonne und Mond berechnet werden. Eine ausführlichere Erklärung findet sich bei Ziemert (2025).

In der Vergangenheit wurden immer wieder Untersuchungen angestellt, die die alten Regeln als wissenschaftliche Thesen bestätigen oder widerlegen sollten. In diesen Arbeiten wurde meist als variabler Haupteinflussfaktor die Mondphase gewählt.

Die vorliegende These legt nahe, dass nicht die Mondphase die entscheidende Einflussgrösse ist, sondern das Gezeitenpotenzial, das durch die Gravitationskraft von Mond und Sonne hervorgerufen wird. Wenn sich diese These in weiteren Versuchen als richtig erweist, hat das zur Folge, dass durch die Wahl des Fällzeitpunkts die Ausgangsqualität des Holzes deutlich positiv beeinflusst werden kann. Zu günstigen Zeiten gefälltes Holz hätte tatsächlich einen nachweisbaren Mehrwert gegenüber dem Holz, das zu ungünstigeren Terminen gefällt wurde (bei sonst gleichen Bedingungen).

Für eine Praxisrelevanz fordern Bues & Triebel (2004) eine Mindestdifferenz von 10% zwischen den Eigenschaftswerten. Im Falle des Merkmals «Druckfestigkeit verwitterter Splint» (N/mm²) betrug die Differenz in den hier verwendeten Versuchsdaten 30%.

Das würde bedeuten, dass zum richtigen Zeitpunkt gefälltes Holz eine höhere Druckfestigkeit erreichen kann, die in der Praxis durchaus relevant ist. Das Holz würde zum Beispiel Umwelteinflüssen länger standhalten als Holz, das bei ungünstigen Bedingungen gefällt wurde.

Die Termine, zu denen ein günstiges Gezeitenpotenzial herrscht, lassen sich berechnen, und die Fällzeitpunkte können lange im Voraus geplant werden. Ebenso lässt sich dann für eine bestimmte Charge Holz auch für die Vergangenheit nachvollziehen, ob durch den Fällzeitpunkt dessen Eigenschaften positiv beeinflusst wurden, sofern Ort und Zeit der Fällung nachvollziehbar sind. Zertifizierungen der Fällungen als «Mondholz» hätten dann durchaus eine wissenschaftliche Grundlage und Berechtigung.

Der Verfasser würde eine leichte Anpassung des Begriffs «Mondholz» vorschlagen: «Mondholz ist Holz, das zu einem definierten Zeitpunkt gefällt wurde, bei dem das durch den Stand von Mond und Sonne bewirkte günstige Gezeitenpotenzial die Werkstoffeigenschaften positiv beeinflusst hat.»

Damit diese Eigenschaften sich im Endprodukt auch wiederfinden, ist eine richtige Trocknung, Lagerung und Verarbeitung ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Daher wird von den Verwendern des Begriffs «Mondholz» als Qualitätskennzeichen die fachgerechte weitere Behandlung nach der Holzernte vorausgesetzt.

Sobald ausreichend Daten dazu vorliegen, könnten für jede Holzart spezifische Wertebereiche des Gezeitenpotenzials zum Fällzeitpunkt ermittelt werden, zu denen Holz als Mondholz bezeichnet werden kann. Es ist auch denkbar, dass es für verschiedene Verwendungszwecke des Holzes unterschiedliche Bereiche des Gezeitenpotenzials gibt, die zu den für den jeweiligen Zweck vorteilhafteren Eigenschaften führen. Hartes, aber auch sprödes Holz ist möglicherweise nicht für jeden Zweck gleichermassen geeignet. Auch das wäre in weiteren wissenschaftlichen Untersuchungen zu klären.