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II Naturfaktoren · Beitrag 34 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) 1 von 26 Warum bewegen sich die Erdplatten? – Experimente zur Plattentektonik (Klassen 7/8) Ein Beitrag von Dr. Adrian Russek, Hattingen Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart nde August 2014 ist erneut ein Vulkan auf Island ausgebrochen: der Bardarbunga. Schon 2010 hatten riesige Mengen Lavaasche des ausgebrochenen isländischen Gletscher-Vulkans Eyjafjallajökull den Luftverkehr in Nord- und Mitteleuropa für einige Tage komplett zum Erliegen gebracht. Was sich hier abspielte, war ein Werk der sogenannten endogenen Kräfte der Erde, die neben den exogenen Kräften unseren Planeten gestalten. Bis heute geben sie Wissenschaftlern Rätsel auf. Erforschen Sie mit Ihren Schülern die Ursachen von Vulkanausbrüchen und Erdbeben. Dabei wird innerhalb dieser Unterrichtsreihe großer Wert darauf gelegt, dass die Schüler verstehen, was an den unterschiedlichen Plattengrenzen der Erde passiert. Hilfreich sind dabei verschiedene Experimente, die die Schüler in Kleingruppen durchführen. Organisiert wird der Unterricht in Form eines Stationenlernens. U A Foto: Thinkstockphotos/iStockphoto E Ausbruch des Eyjafjallajökull auf Island 2010 H C S R Themen: Ziele: O V terak tivem M i t in tten-Puzzle auf CD! E r d p la Plattentektonik, Schalenbau der Erde, Kontinentalverschiebung, Richter-Skala, Seismograf, Plattengrenzen, Konvektionsströme, Scherungszone, Erdbeben, Vulkanismus Die Schüler gewinnen Erkenntnisse aus verschiedenen Experimenten. Diese Ergebnisse zusammen mit weiteren Informationen aus Texten und Karten helfen ihnen die geologischen Vorgänge an den verschiedenen Formen der Plattengrenzen zu verstehen. Klassenstufe: 7./8. Klasse Zeitbedarf: 6–8 Unterrichtsstunden CD-ROM: Sie finden alle Materialien im veränderbaren Word-Format sowie eine Power-PointPräsentation und ein interaktives Erdplatten-Puzzle auf der beiliegenden CD-ROM 44. zur Vollversion 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 2 von 26 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) Naturfaktoren · Beitrag 34 II Hintergrundinformationen Eindrucksvoll sind die Bilder von Vulkanausbrüchen, die wir immer wieder in den Nachrichten sehen. Rauchende Schlote und austretende Lavamassen üben dabei eine ganz besondere Faszination aus. Es ist nicht schwer, das Interesse für solche Phänomene bei Schülern zu wecken. Schon bald ergeben sich die ersten Fragen zu den Naturereignissen: Wie entsteht Magma? Wie ist die Erde aufgebaut? Warum bewegen sich die Erdplatten? Und was passiert, wenn sich Erdplatten aufeinander zu bewegen? Grundvoraussetzung zum Verständnis dieser endogenen Prozesse ist es, den Schalenbau der Erde zu kennen. Die Erdkruste, die obere Lithosphäre, besteht aus festem Gestein und ist zwischen 30 und 50 km dick. Der darunter liegende Erdmantel setzt sich ebenfalls aus festem Gestein zusammen, weist jedoch stellenweise Fließbewegungen auf. Fachleute nennen diese Fließbewegungen auch Konvektionsströme. Sie werden durch unterschiedliche Temperaturen sowie Dichteunterschiede im Erdmantel verursacht. Wissenschaftler teilen den Erdmantel in den oberen und den unteren Erdmantel ein. Der obere Erdmantel reicht bis in eine Tiefe von 700 km und besteht aus einer festen Schicht. Diese bezeichnen Experten auch als untere Lithosphäre. Zudem besteht der Erdmantel aus einer plastischen Schicht, die auch Astenosphäre genannt wird. Die Astenosphäre enthält geringe Schmelzanteile und bildet die Basis für die Erdplatten. Der untere Erdmantel reicht bis zu einer Tiefe von fast 2900 km und ist fest. Die inneren Schalen der Erde werden durch den äußeren und den inneren Erdkern gebildet. Der äußere Erdkern ist flüssig und besteht aus einer Eisen-Nickel-Schmelze, während der innere Erdkern fest ist. U A H C Kontinentaldrift nach Alfred Wegener Alfred Wegener war 1912 der erste Wissenschaftler, der seine Überlegungen zur Verschiebung der Kontinente der Öffentlichkeit vorstellte. Er hatte zwar viele Beweise für das Vorhandensein eines Urkontinents Pangäa gesammelt, aber erklären konnte der Geophysiker die Bewegungen nicht. Heutige Geowissenschaftler gehen davon aus, dass unterschiedliche Kräfte für die Bewegungen der Erdplatten verantwortlich sind. Aufgrund des hohen Eigengewichts der Platten gleiten sie von den Erhöhungen des Mittelozeanischen Rückens herab. Dies bezeichnen Experten als Rückendruck. Weiterhin sinkt durch ihr Eigengewicht die ozeanische Kruste in Subduktionszonen des unteren Erdmantels. S R Für einen Vulkanausbruch müssen Gesteine aufgeschmolzen werden, damit Magma entstehen kann. Das geschieht nur bei bestimmten Temperatur- und Druckverhältnissen. Der Schmelzpunkt von Gestein, genannt Solidus, wird unter den statischen Bedingungen in der Erdkruste nicht erreicht, obwohl die Temperaturen mit der Tiefe zunehmen. Der Solidus ist sowohl temperatur- als auch druckabhängig. O V Formen von Plattengrenzen Der größte Teil, über 75 %, des gesamten Magmas der Erde bildet sich am Mittelozeanischen Rücken. Sobald das Magma aufsteigt und mit dem Meerwasser in Kontakt tritt, erstarrt es. Es entstehen kleine kugelige Gebilde, die Fachleute als Kissenlava bezeichnen. Bewegen sich die Erdplatten nun weiter voneinander weg, entsteht neue ozeanische Kruste. Wissenschaftler bezeichnen diesen Vorgang auch als sea floor spreading, also Meeresbodendehnung. Erdplatten, die sich voneinander weg bewegen, weisen laut Experten divergierende Plattengrenzen auf. An anderen Stellen der Erde kollidieren hingegen Erdplatten. Diese Form der Plattengrenze heißt konvergierende Plattengrenze. Hierbei treffen die ozeanische und die kontinentale Kruste aufeinander. Die ozeanische Kruste hat eine höhere Dichte und taucht beim Aufeinandertreffen unter die kontinentale Kruste. Diesen Vorgang nennen Experten Subduktion. Es entstehen dabei Tiefseerinnen. Die ozeanische Kruste wird durch den hohen Druck in der Astenosphäre in metamorphes Gestein umgewandelt. Die großen Mengen Feuchtigkeit, die in der ozeanischen Kruste enthalten sind, führen dazu, dass Wasser schlagartig freigesetzt wird. Chemische Prozesse begünstigen durch den hohen Wassergehalt, dass sich der Schmelzpunkt des Gesteins absenkt. Es entstehen Magmakammern. Die Plattenbewegungen begünstigen das Eindringen von Magma in die Magmakammern, sodass an der Erdoberfläche Vulkane entstehen. 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 zur Vollversion II Naturfaktoren · Beitrag 34 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) 3 von 26 An den konservierenden Plattengrenzen kommt es kaum zum Aufschmelzen von Gestein. Hier gleiten die Erdplatten an sogenannten Transformationsstörungen aneinander vorbei. Die Gleitbewegungen erfolgen nicht kontinuierlich, sondern ruckartig. Dabei können starke Erdbeben entstehen, die u. a. die Stadt San Francisco im Jahre 1906 verwüstet haben. Vorschläge zur Unterrichtsgestaltung Die Farbfolie M 1 dient als Einstieg in die Unterrichtsreihe. Das Foto soll die Schüler dazu anregen zu überlegen, wie der Graben entstanden sein könnte. Dazu kann die Lehrkraft das mögliche Vorwissen der Schüler in Form von Hypothesen an der Tafel festhalten. Am Ende der Unterrichtsreihe können die Schüler selbstständig überprüfen, ob ihre Vermutungen richtig oder falsch waren. Nachdem sie die übergeordnete Fragestellung an der Tafel festgehalten hat, sollte die Lehrkraft das weitere Vorgehen innerhalb der Unterrichtsreihe kurz erläutern. Die Schüler arbeiten möglichst in Zweieroder Vierergruppen, je nach Verfügbarkeit der Materialien, an verschiedenen Stationen. Es bietet sich an, die Materialien für jede Station in kleinen Kartons bereitzuhalten, sodass sie zeitökonomisch im Unterricht eingesetzt werden können. So stehen sie auch für kommende Jahrgänge und Klassen griffbereit zur Verfügung. Das senkt den Vorbereitungsaufwand bei dieser Methode. Zunächst sollte die Lehrkraft mit den Schülern den Laufzettel (M 2) besprechen. So erhalten die Schüler zunächst eine Übersicht über die zu erledigenden Aufgaben in den kommenden Unterrichtsstunden. Die Lehrkraft sammelt am Ende jeder Unterrichtsstunde den Laufzettel ein. Das hat den Vorteil, dass der Lehrer eine Übersicht über den aktuellen Bearbeitungsstand von jedem Schüler erhält und eine Rückmeldung zu den einzelnen Stationen bekommt. Aufgetretene Probleme können die Schüler im Rahmen einer Abschlussbesprechung gemeinsam erörtern. U A H C S R In den folgenden Stunden arbeiten die Lernenden relativ frei. Diese Unterrichtsmethode fördert insbesondere die Individualisierung und geht auf Leistungsunterschiede innerhalb der Klasse ein. Dabei gliedert sich das Lernen an Stationen in sechs Pflicht- und zwei Wahlstationen. In der ersten Station (Station 1) lernen die Schüler den Schalenaufbau der Erde kennen. Sie übertragen hierbei die Information aus einem Text auf ein Schaubild und in eine Tabelle. Die zweite Station (Station 2) zeigt den Schülern auf, wie viele verschiedene Erdplatten existieren. Sie schneiden hierzu die Erdplatten aus und kleben sie korrekt zusammen. Für den Einsatz am Whiteboard oder PC bietet sich das interaktive Erdplatten-Puzzle auf der CD-ROM an. Die Schüler suchen im Atlas nach Karten, aus denen sie die Namen der Erdplatten entnehmen können. O V Die Stationen 3, 4 und 5 sind experimentelle Stationen, bei denen die Schüler die unterschiedlichen Plattengrenzen kennenlernen. Die hierfür verwendeten Materialien sind überwiegend im Handel erhältlich. Einige Utensilien, z. B. Rundkolben oder Becherglas, kann ein Kollege aus den Naturwissenschaften zur Verfügung stellen. Diese Utensilien gehören zur Standardausstattung eines jeden Chemiesaals. Die Experimente veranschaulichen zentrale chemische und physikalische Prozesse, die in der Erdkruste stattfinden, in stark vereinfachter Form. Ein Lückentext sichert die Ergebnisse der Schüler in diesen Stationen. In der Station 6 lernen die Schüler die Funktionsweise eines Seismografen kennen. Hierzu kann die Lehrkraft einen Seismografen selbst bauen. Eine Anleitung dazu findet sich in der Erläuterung. Wer meint, nicht genügend handwerkliches Geschick zu haben, kann alternativ auch auf einen Kurzfilm in englischer Sprache zurückgreifen, der die Funktionsweise erläutert. Die letzten beiden Stationen, Station 7 und 8, sind Wahlstationen. Schüler, die besonders schnell fertig sind, können diese bearbeiten. In Station 7 erstellen die Schüler eine tabellarische Übersicht zu den Plattengrenzen. Die Informationen dazu entnehmen sie auch dem Atlas. Die Station 8 dient als Lernerfolgskontrolle und greift die zentralen Inhalte und Fachbegriffe der voran gegangenen Stationen noch einmal auf. Die Schüler können die Reihenfolge, in der sie die Pflichtstationen bearbeiten, selbst wählen. zur Vollversion 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 8 von 26 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) Naturfaktoren · Beitrag 34 II M 1 Phänomen Erdkruste – alles stabil oder immer in Bewegung? U A Quelle: Klett-Perthes Foto: A. Philpotts H C S R O V Aufbau der Erdkruste 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 zur Vollversion II Naturfaktoren · Beitrag 34 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) 11 von 26 M 3b Der Schalenbau der Erde Hier erfährst du, wie sich die Erde zusammensetzt. Aufgaben Erkläre den Schalenbau der Erde. a) Lies den Text und markiere wichtige Eigenschaften jeder einzelnen Schale. b) Fülle die Grafik und die Tabelle aus. Beginne an der Erdoberfläche, bis du zum Erdmittelpunkt kommst. c) Erkläre mit eigenen Worten, wie sich die Temperaturen von der Erdoberfläche bis zum Erdkern verändern. U A 1) 2) 3) H C 4) 5) 1 2 S R O V Schale der Erde Tiefe (bis … km) Eigenschaften der Schale (festes oder flüssiges Gestein) Maximale Temperatur in °C 3 4 5 zur Vollversion 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 II Naturfaktoren · Beitrag 34 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) M 8a Was ist ein Seismograf? 17 von 26 Station 6 In den Naturwissenschaften untersuchen Wissenschaftler Erdbeben, indem sie Daten dieser Ereignisse erfassen und auswerten. Diese Daten stammen aus Vorgängen, die im Erdinneren ablaufen. Die Wissenschaftler, die sich damit beschäftigen, Erdbeben zu erforschen, nennen sich Seismologen. Das wichtigste Messinstrument, um Erdbeben untersuchen zu können und um tieferliegende Bereiche des Erdkörpers erforschen zu können, ist der Seismograf. Dieser zeichnet die entstehenden seismischen Wellen auf. Gewicht U A sich drehender Zylinder Schwingungen H C Sockel Foto: Thinkstockphotos/Hemera Foto: Thinkstockphotos/iStockphoto Rahmen Draht Ein Erdbeben löst seismische Wellen aus. Wie funktioniert ein Seismograf? S R Schülerversuch: · Vorbereitung: 5 min Materialien r Papier Geräte Durchführung: 10 min r Seismograf O V Versuchsdurchführung: 1. Stelle den Seismografen auf den Tisch. 2. Spanne nun das Papier in den Seismografen ein. 3. Während ein Schüler aus eurer Gruppe langsam an dem Papier zieht, rüttelt ein weiterer Schüler an dem Tisch. Notiert eure Beobachtungen. Versuchsbeobachtung: zur Vollversion 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 Bezeichnung der Plattengrenze Auftreten von See- oder Erdbeben U A Auftreten von Vulkanismus Beispiele S R O V Fülle die Tabelle aus. Denke dabei an das, was du in den letzten Unterrichtsstunden über die Erdplatten gelernt hast. Suche auf Karten im Atlas entsprechende Beispiele für die Plattengrenzen. 19 von 26 Aufgabe Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 H C Naturfaktoren · Beitrag 34 Darstellung einer Plattengrenze Station 7 II M 9 Wie verlaufen die Plattengrenzen? – Eine Übersicht zur Vollversion 20 von 26 Experimente zur Plattentektonik (Kl. 7/8) Naturfaktoren · Beitrag 34 M 10 Kreuzworträtsel zur Plattentektonik 10 9 II Station 8 13 6 12 14 7 1 U A 11 H C 2 5 S R 3 8 4 O V Aufgabe: Beantworte die folgenden Fragen im Kreuzworträtsel (ä,ö,ü = ae, oe, ue). Waagerecht Senkrecht 1. innerste Schale der Erde 9. Ursache für die Bewegung der Erdplatten 2. Arbeitsgerät von Erdbebenforschern 10. Bezeichnung einer Plattengrenze 3. Urkontinent 11. Fachbergiff für Erdkruste 4. Bereich, in dem sich Erdplatten aneinander vorbei bewegen 12. treten häufig an Plattengrenzen auf 5. Erfinder einer Skala zur Einteilung der Erdbebenstärke 13. Zone, in der eine Platte unter eine andere Platte gleitet 14. Plattengrenze am Mittelozeanischen Rücken 6. Bezeichnung einer Plattengrenze 7. Aggregatzustand des unteren Erdmantels 8. deutsche Übersetzung für sea floor spreading 44 RAAbits Realschule Erdkunde November 2014 zur Vollversion
