Vulkanismus im Geographieunterricht an Mittelschulen
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Geographie Anja Pöche Vulkanismus im Geographieunterricht an Mittelschulen Fachliche Grundlegung und didaktische Umsetzung Examensarbeit Technische Universität Dresden Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Institut für Geographie Lehrstuhl Didaktik der Geographie Wissenschaftliche Arbeit im Fach Geographie Thema: Vulkanismus im Geographieunterricht an Mittelschulen Fachliche Grundlegung und didaktische Umsetzung Anja Pöche Dresden, den 27.08.2007 Inhaltsverzeichnis 0. Einleitung…………………………………………………………………………Seite 4 Teil I - Fachliche Analyse……………………………………………Seite 5 1. Auf dem Weg zur Theorie der Plattentektonik…………………………Seite 5 – 6 2. Der innere Aufbau der Erde……………………………………………….Seite 7 – 8 3. Die Lithosphärenplatten…………………………………………………..Seite 8 – 10 4. Internes Energiesystem der Erde – Motor des Vulkanismus………………………………………………….Seite 10 – 12 5. Erscheinungsformen des gegenwärtigen Vulkanismus an den Plattengrenzen………………………………………………………………….Seite 13 5.1. Vulkanismus an Riftzonen…………………………………………….Seite 13 5.1.1 Der Mittelozeanische Rücken………………………….Seite 13 - 14 5.1.2. Kontinentaler Riftvulkanismus………………………..Seite 14 – 15. 5.2. Vulkanismus der Subduktionszonen…………………………...Seite 15 – 17 5.2.1. Inselbögen………………………………………………Seite 17 – 18. 5.2.2. Aktive Kontinentränder - Beispiel Anden…………….Seite 18 – 20 5.2.3. Kontinentale Plattenränder………………………………….Seite 21. 5.3. Ozeanischer Intraplattenvulkanismus………………………….Seite 21 - 22. 5.3.1. Seamounts und Guyots……………………………….Seite 22 – 23. 5.3.2. Hot Spot – Vulkanismus………………………………Seite 23 – 24. 6. Vulkanische Förderprodukte…………………………………………….......Seite 25. 6.1. Magma…………………………………………………………….Seite 25 – 26. 6.2. Gase - der Motor der Vulkane…………………………………..Seite 26 – 27. 6.3. Lavatypen…………………………………………………………Seite 27 – 29. 6.4. Vulkanische Lockerprodukte……………………………………Seite 29 – 30. 6.5. Glutwolken………………………………………………………..Seite 30 – 31. 7. Vulkanbauten………………………………………………………………Seite 31 - 32. 2 7.1. Linearvulkane…………………………………………………………..Seite 32. 7.2. Zentralvulkane……………………………………………………Seite 33 – 34. 7.3. Lockerstoffvulkane……………………………………………………..Seite 34. 8. Postvulkanische Erscheinungen - Beispiel Geysire……………….Seite 35 – 36. 9. Nutzen der Vulkane – Energiegewinnung aus vulkanischen Quellen……………………...Seite 37 – 39. Teil II - Unterrichtsmaterialien für den Geographieunterricht in der Sekundarstufe I……………………………………………Seite 40. 1. Didaktische Analyse……………………………………………………..Seite 40 – 42. 2. Sachanalyse……………………………………………………………….Seite 42 – 44. 3. Unterrichtsmaterialien………………………………………………………...Seite 45. 3.1. Schalenbau der Erde I…………………………………………………Seite 46. 3.2. Schalenbau der Erde II…………………………………………..Seite 47 - 48. 3.3. Kontinente in Bewegung………………………………………...Seite 49 – 50. 3.4. Vorgänge an den Plattenrändern…………………………………….Seite 51. 3.5. Platten in Bewegung................................................................…...Seite 52. 3.6. Schicht- oder Schildvulkan……………………………………...Seite 53 – 54. 3.7. Vulkanbauten……………………………………………………..Seite 55 – 56. 3.8. Entstehung einer Caldera……………………………………………..Seite 57. 3.9. Geysire………………………………………………………………….Seite 58. 3.10. Hot Spots……………………………………………………………...Seite 59. Experimente…………………………………………………………………………Seite 60. 3.11. Vulkanausbruch………………………………………......................Seite 61. 3.12. Driftende Kontinente………………………………………………….Seite 62. 3.13. Bewegung der Kontinente…………………………………………...Seite 63. 3.14. Geysire………………………………………………………………...Seite 64. 3.15. Schwimmender Stein………………………………………………...Seite 65. 4. Das Thema im Netz…………………………………………………………….Seite 66. Quellen- und Literaturverzeichnis………………………………………..Seite 67 – 71. 3 0. Einleitung In aktiven Vulkangebieten haben seit grauer Vorzeit Vulkaneruptionen den Menschen in Angst und Schrecken gesetzt und ihn deshalb immer wieder nach den Ursachen, den Wurzeln dieser Naturgewalten fragen lassen. Unzählige Mythen über Dämonen und Götter der Tiefe haben sich in vielen Ländern, vom pazifischen Siedlungsraum bis zu den Kulturen des abendländischen Altertums, entwickelt. Selbst in technisch hoch entwickelten Gesellschaften wie in Japan ist die religiöse Verehrung von Vulkanen weit verbreitet. Bis heute charakterisiert diese Ambivalenz unser Erkenntnisinteresse am Naturphänomen Vulkanismus (vgl. Schmincke 2000, 9). Dennoch gibt es im Gegensatz dazu moderne Wissenschaftler, die ebenfalls eine Erklärung zum Phänomen suchen. Sie sehen in der vulkanischen Tätigkeit ein Zeugnis für die innere Wärme der Erde (vgl. Press / Siever 1995, 88). Wie sich aus den oben angeführten Aussagen erkennen lässt, ist, dass sich mit dem Phänomen Vulkanismus jede Kultur beziehungsweise Gesellschaft auf irgendeine Weise beschäftigt hat. Die vorliegende Arbeit setzt sich daher mit diesem unter ständiger Forschung stehendem Thema sowohl fachlich als auch didaktisch auseinander. Im ersten Teil der Arbeit geschieht eine fachliche Analyse zum Vulkanismus. Vorerst werden die grundlegenden geologischen Gegebenheiten der Erde vorgestellt. Diese beziehen sich auf die Zusammenhänge der dynamischen Vorgänge in der Erdkruste und den tieferen Erdschichten sowie dem Erdaufbau. Im Anschluss daran erfolgt eine Darstellung der speziellen Aspekte. Da das Thema zu ständig neuen Forschungsergebnissen in den letzten Jahren beigetragen hat und weiterhin beitragen wird, wurden dazu eine ganze Reihe von Berichten und Publikationen veröffentlicht. Es gibt allerdings nur sehr vereinzelte Dinge, welche für den Unterricht gedacht sind und welche sich dort verwenden lassen. Der überwiegende Teil der zu findenden schulischen Materialien ist schon sehr alt und überholungsbedürftig. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird daher analysiert, inwiefern sich das Thema Vulkanismus in den Geographieunterricht integrieren lässt. Zudem stellte ich eine Materialsammlung zusammen, die weitestgehend für den Unterricht in der Sekundarstufe I (vor allem an Mittelschulen) angedacht ist. Die Materialien sind weitestgehend so konzipiert, dass sie relativ unabhängig im Unterricht eingesetzt werden können. Den Schülern soll mit Hilfe dieser Materialien das komplexe Themenfeld näher gebracht werden, und sie sollen selbstständig Zusammenhänge im Prozess der Vulkanentstehung und deren Folgen erkennen und erklären können. 4 Teil I - Fachliche Analyse 1. Auf dem Weg zur Theorie der Plattentektonik Seit dem frühen 17. Jahrhundert gab es schon eine Reihe von Naturforschern, welche die Ähnlichkeit der Küstenlinien beiderseits des Südatlantiks erkannt hatten. Sie schlossen daraus auf eine ursprüngliche Zusammengehörigkeit und spätere Wanderung der Kontinente. Schließlich war es Alfred Wegener, der in den Jahren von 1910 bis zu seinem frühzeitigen Tod 1930, konsequent versuchte die Theorie der Kontinentalverschiebung zu beweisen, nachdem er die gute Passform und darüber hinaus enge geologische Beziehungen zwischen den Kontinenten zu beiden Seiten des Atlantiks festgestellt hatte. Dennoch waren die Kritiker seiner Theorie zahlreich, und dies war wahrscheinlich auch der Grund, weshalb nach seinem Tode niemand die systematische Forschung auf diesem Gebiet vorerst weiterführte (vgl. Frisch / Loeschke 1990,1). Erst die meeresgeologischen und geophysikalischen Untersuchungen in den 60er Jahren haben die grundlegenden Bausteine und Beweise geliefert, durch die Wegeners Vorstellungen in den Theorien des sea - floor spreading (Ozeanbodenausbreitung) und der Plattentektonik stark modifiziert und erweitert wieder auferstanden sind (vgl. Schmincke 1986, 7). Die Fakten, die zum plattentektonischen Konzept führten, wurden dem heutigen Erscheinungsbild der Erde entnommen. Demzufolge stellt die Theorie der Plattentektonik ein aktualistisches Modell dar. Ihren Namen hat die Plattentektonik von den weitgehend starren Lithosphärenplatten, die die äußere Schale der Erde ausmachen. Sie kann als die erste globale Theorie bezeichnet werden, welche alle geodynamischen Erscheinungen (Erdbebenzonen, Gebirgs- und Grabenbildung etc.), Magmatismus, Lagerstättenbildung und Anordnung der Ablagerungsräume von Sedimentgestein auf elegante Weise einschließt (vgl. Frisch / Loeschke 1990, 2 – 4). Des Weiteren geht die Neubildung und Ausbreitung von Ozeanboden entlang des Mittelozeanischen Rückens, also das Konzept des sea - floor spreading, auf die Entdeckung der magnetischen Streifenmuster am Meeresboden zurück. Bekannt war seit Mitte der sechziger Jahre, dass das Magnetfeld der Erde sich in Zeitabständen von wenigen 100 000 bis einigen Millionen Jahren umkehrt. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass der magnetische Nordpol, auf welchen die Kompassnadel heute zeigt, abwechselnd am geografischen Nordpol oder Südpol liegt. In der Erdgeschichte lassen sich die Orientierungen früherer Magnetfelder gut erkennen, weil sie in alten Lavaströmen regelrecht „eingefroren“ sind. Magnetische Minerale kristallisieren beim Abkühlen der heißen Gesteinsschmelze aus 5
