1. Sachanalyse: Plattentektonik und Alpenbildung
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Arbeitsmappe zur Ausstellung focusTerra Erdwissenschaftliches Forschungs- und Informationszentrum der ETH Zürich Plattentektonik und Alpenbildung Pascal Christen und Jens Kuster, PHZ Luzern Ziel Die Arbeitsmappe wurden als Begleitung für einen Besuch des erdwissenschaftlichen Forschungs- und Informationszentrums focusTerra an der ETH Zürich erstellt (www.focusterra.ethz.ch). Zielgruppe sind Schülerinnnen und Schüler der Sekundarstufe I. Publikationsrechte Diese Arbeit entstand im Rahmen der Masterarbeit von Pascal Christen und Jens Kuster an der Pädagogischen Hochschule Zentralschweiz, Luzern. Betreut wurde die Arbeit von Dr. Marianne Landtwing Blaser. Alle Rechte zur Weiterveröffentlichung dieser Arbeit in einer geographischen, geographiedidaktischen oder didaktischen Publikation liegen bei den oben genannten Personen. Verbreitung Diese Arbeitsmappe kann heruntergeladen werden unter www.focusterra.ethz.ch. Eine erweiterte Version mit einer Sachanalyse zum Thema ist verfügbar unter http://focusterra.jimdo.com oder kann bei Pascal Christen, Jens Kuster oder Marianne Landtwing angefordert werden. Autoren Pascal Christen Jens Kuster [email protected] [email protected] Betreuung Dr. Marianne Landtwing Blaser Dozentin PHZ Luzern [email protected] Dr. Veronika Klemm ETH Zürich Dank Wir danken Dr. Marianne Landtwing Blaser und Dr. Veronika Klemm für die tatkräftige Unterstützung bei der Entstehung dieser Arbeitsmappe! Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 3/42 Inhaltsverzeichnis: 1. Sachanalyse: Plattentektonik und Alpenbildung ..................................................... 5 1.1 Einführung: ........................................................................................................ 5 1.2 Definitionen und Kernfragen: ............................................................................ 5 1.3 Glossar:........................................................................................................... 17 1.4 Literaturverzeichnis: ........................................................................................ 20 1.5 Abbildungsverzeichnis: ................................................................................... 21 2. Themenbezogene Hinweise zur Ausstellung ........................................................ 22 3. Hinweise zur Fachliteratur und zu den Lehrmitteln ............................................... 23 3.1 Fachliteratur: ................................................................................................... 23 3.2 Lehrmittel und didaktische Unterlagen: ........................................................... 24 4. Diverse didaktische und organisatorische Hinweise ............................................. 25 4.1 Lehrplan (Stand 2009): ................................................................................... 25 4.2 Adressaten: ..................................................................................................... 25 4.3 Fachliche Vorkenntnisse: ................................................................................ 26 4.4 Lernziele: ........................................................................................................ 26 4.5 Zeitaufwand: ................................................................................................... 26 5 Schülerdossier ....................................................................................................... 27 5.1 Einführung: ...................................................................................................... 27 5.2 Aufgaben und Fragen: .................................................................................... 27 7. Nachbereitungs- und Vertiefungsmaterial............................................................. 42 7.1 Weblinks: ........................................................................................................ 42 7.2 Filme: .............................................................................................................. 42 7.3 Unterrichtsideen: ............................................................................................. 42 8. Evaluation ............................................................................................................. 42 Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 4/42 1. Sachanalyse: Plattentektonik und Alpenbildung 1.1 Einführung: Die Folgen der Plattentektonik wie Gebirge, Vulkane und Erdbeben lassen sich von blossem Augen betrachten. Die verantwortlichen Prozesse, haben ihren Ursprung jedoch im Innern der Erde und sind für den Beobachter nicht direkt beobachtbar. Der kugelschalenartige Aufbau der Erde mit Schichten unterschiedlicher Dichte, Temperatur und chemischer Zusammensetzung bewirkt dynamische Prozesse, welche die Erdoberfläche in einem wesentlichen Masse formen und gestalten. (Quelle Modultexte, Plattentektonik) Auf den folgenden Seiten werden die wichtigsten Begriffe und Kernfragen bezüglich der Plattentektonik erläutert. 1.2 Definitionen und Kernfragen: Wie ist die Erde aufgebaut? Der Erdkörper lässt sich in verschiedene Schalen gliedern, deren Materialbeschaffenheit und somit auch die Dichte unterschiedlich sind. Mit Hilfe von Erdbebenwellen ist es Wissenschaftlern möglich, Informationen über den Schalenbau der Erde zu erhalten. Durch Tiefenbohrungen können lediglich die äussersten 12 km direkt untersucht werden. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 17) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 5/42 Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Erde. Volumenanteil an der Gesamterde: Kruste 1%, Mantel 83%, Kern 16% (Hasler & Egli, 2004, S. 132) Zeitgemässe Lehrmeinungen gehen davon aus, dass der Erdkern aus einem im Zentrum festen inneren Erdkern und einem bis in etwa 5100 km Tiefe flüssigen äusserem Erdkern besteht. Beide bestehen vorwiegend aus Eisen und Nikel. Im Erdkern herrscht ein Druck, der etwa drei Millionen Mal höher ist als der Luftdruck an der Erdoberfläche und eine Temperatur von rund 6000° Celsius. Der Durchmesser des inneren Kerns beträgt rund 2600 km. Der Erdmantel (bis in 2900 km Tiefe) wird in einen unteren und einen oberen Erdmantel (bis in 660 km Tiefe) aufgeteilt. Der obere Teil des Erdmantels, bis in etwa 100 km Tiefe, ist fest und wird auch Mantellithosphäre genannt. Darunter lässt sich der Aggregatzustand des Erdmantelmaterials am besten als zähplastisch oder Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 6/42 viskos beschreiben. Aufgrund der dort vorherrschenden Temperaturen müsste das Gestein flüssig sein. Der Schmelzpunkt der Stoffe wird jedoch durch die enormen Druckverhältnisse, welche in dieser Tiefe herrschen, erhöht. Aus dieser Tatsache geht hervor, dass die Festigkeit des Materials mit zunehmender Tiefe und Druck zunimmt. Die äusserste Schicht ist die Erdkruste. Sie bildet den festen Untergrund der Kontinente und der untiefen Schelfmeere bzw. der Weltmeere. Je nach dem wird von kontinentaler bzw. ozeanischer Kruste gesprochen. Die ozeanische Kruste ist lediglich 5-10 km mächtig und durch ihre basaltische Zusammensetzung spezifisch schwerer als die 35-70 km mächtige kontinentale Kruste, deren Silikatgehalt höher ist und die im Wesentlichen aus Granit besteht. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 15-16 und Modultexte Focus Terra) Bei der Lithosphäre handelt es sich um die Erdkruste und den obersten Teil des Mantels (Mantellithosphäre). Sie reicht bis in etwa 100 km Tiefe. Darunter befindet sich bis in eine Tiefe von gut 400 km der zähplastische Bereich des Mantels, die Asthenosphäre. Abbildung 2: Die Lithosphäre besteht aus der Kruste (ozeanischer und kontinentaler) und aus Teilchen des Mantels. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 16) Was sind Lithosphärenplatten? Die äusserste Schicht, die Lithosphäre, ist also gut 100 km mächtig und ist in unterschiedlich grosse Platten aufgeteilt, die Lithosphärenplatten. Diese bestehen im unteren Teil aus festem Mantelmaterial und werden im oberen Teil entweder von der 5-10 km mächtigen ozeanischen Kruste oder von der ungefähr 35 km mächtigen kontinentalen Kruste überdeckt. Die Grenzen zwischen ozeanischer und kontinentaler Kruste stimmt an der Erdoberfläche oft recht gut mit dem Übergang von Land zu Wasser überein. Selten ist die Grenze zwischen ozeanischer und kontinentaler Kruste jedoch gleichzeitig auch die Grenzen zwischen Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 7/42 Lithosphärenplatten. Somit ist der Begriff Lithosphärenplatte kein Synonym für die Kontinente. (Quelle Thementext Focus Terra) Wieso bewegen sich Lithosphärenplatten? Bereits im späten 16. und frühen 17. Jahrhundert ist es europäischen Naturforschern aufgefallen, dass die Küstenlinien der Kontinente auf beiden Seiten des Atlantiks wie ein Puzzle zusammenpassen. Der Begriff „Kontinentalverschiebung“ führte erstmals Alfred Wegener im Jahre 1912 ein. Wegener postulierte einen Grosskontinent Pangäa, der im Mesozoikum (vor ungefähr 200 Mio. Jahren) auseinander zu brechen begann. (Press und Siever, 1995, S. 534). Bis sich dann jedoch die Theorie der Plattentektonik durchsetzen konnte, dauerte es noch bis Ende 1968. Diese besagt, dass es sich bei den Lithosphärenplatten nicht um statische Gebilde handelt, sondern, dass diese im Laufe der Zeit ihre Position verändern. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 20) Abbildung 3: Situation vor 270 Mio. Jahren (a), vor 200 Jahren (b) und heute (c). (Hürlimann & Egli Broz, 2005, S. 20) Sowie Vulkane und heisse Quellen werden auch die globalen Plattenbewegungen und die daraus resultierenden Erdbeben und die Heraushebung der Gebirge durch die Wärme und durch daraus resultierende Konvektion im Erdinneren angetrieben. Wenn sich ein Gas oder eine Flüssigkeit erwärmt und nach oben steigt, weil seine Dichte geringer ist, als die des umgebenden Materials, entsteht eine so genannte Konvektion. In den von der aufgestiegenen Masse frei gemachten Raum strömt kälteres Material nach, das nun selbst erwärmt wird und ebenfalls nach oben steigt. Somit entsteht ein Kreislauf. Derselbe Vorgang läuft beim Erwärmen von Wasser in einem Kochtopf ab. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 8/42 Abbildung 4: Konvektionsströme und Plattenränder (Hasler & Egli, 2004, S. 134) Die Masse des Erdmantels ist hohem Druck und Temperaturen ausgesetzt. Unter diesen Umständen verhält sich der Mantel wie eine viskose Flüssigkeit und „kriecht“ oder fliesst plastisch. Die Bewegung der Lithosphärenplatten ist tatsächlich auf Konvektion im Oberen Mantel zurückzuführen. (Press & Siever, 1995, 518-519) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 9/42 Welche Plattengrenzen existieren? Abbildung 5: Grenzen der heutigen Lithosphärenplatten: Bereiche an denen sich Platten trennen (← →), kollidieren (→ ←) oder aneinander vorbei gleiten (↓↑). (Hasler & Egli, 2004, S. 135) Wir unterscheiden drei Formen von Plattengrenzen: Abbildung 6: Die drei Formen von Plattengrenzen (Hasler & Egli, 2004, S. 139) 1) Konvergierende Plattengrenzen: An diesen Grenzen kollidieren zwei Platten miteinander. Dabei tauchte eine der beiden Platten unter die andere. Vorhandene Lithosphäre wird wieder in den Erdmantel zurückgeführt. Die subduzierende (untertauchende) Platte wird im Mantel wieder aufgeschmolzen. Die Folgeerscheinungen dieser Plattengrenzen sind Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 10/42 Tiefseegräben (z.B. Marianengraben), Inselbbögen (z.B. Indonesien), Gebirge mit Falten- und Bruchtektonik (z.B. Himalaya, Alpen und Ural) und magmatische Gürtel in Form von Gebirgszügen (z.B. Anden). Durch die Freigabe von Wasser aus der subduzierten Lithosphäre, welches den Schmelzpunkt des darüber liegenden Mantelund Krustengesteins senkt, kommt es an der Oberfläche ausserdem zu Vulkanismus. (Press & Siever, 1995, S. 538) 2) Divergierende Plattengrenzen: Bewegen sich zwei ozeanische Platten voneinander weg, entsteht durch aufsteigendes Magma neue Lithosphäre. Mittelozeanische Rücken kennzeichnen die Grenze zwischen sich trennenden Platten auf dem Meeresboden. (Press & Siever, 1995, S. 537) Wird eine kontinentale Platte aufgrund aufwärts gerichteter Konvektionsströme separiert, spricht man von einem Grabenbruch. Durch die Dehnung der Platte kommt es zu Rissen und Spalten. Dort kann glutflüssige Magma bis an die Oberfläche treten. Ein Beispiel eines solchen Grabenbruchs befindet sich unweit der Schweizer Grenze im Rheingraben, nördlich von Basel. Der erloschene Vulkankegel des Kaiserstuhls zeugt von einem Magmadurchbruch an die Oberfläche. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 25) Abbildung 7: Vom Grabenbruch zum mittelozeanischen Rücken. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 26) 3) Transformstörungen: Platten gleiten aneinander vorbei. Hier wird weder Lithosphäre gebildet noch abgebaut. Typisches Beispiel ist die St. Andreas – Störung in Kalifornien. Dort gleitet die Pazifische Platte der Nordamerikanischen Platte entlang. (Press und Siever, S. 538) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 11/42 Wie sind die Alpen entstanden? Antrieb für die Entstehung der Alpen sind tektonisch Prozesse bei der Kollision zweier kontinentaler Platten. Nach Richter (1992, S. 137) versteht man unter Tektonik erstens die Lagerungsverhältnisse der Gesteine sowie den strukturellen Aufbau der Erdkruste und ihrer Unterlage, wie sie heute vorgefunden werden, und zweitens die Vorgänge und ihre Ursachen, die diesen Lagerungszustand schufen. Die tektonischen Prozesse der Alpenbildung sind heute nicht abgeschlossen. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 12/42 Abbildung 8: Tektonische Zugehörigkeit der Alpen (Hasler & Egli, 2004, S. 176) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 13/42 In der Trias (250-206 Jahre vor heute) brach der Urkontinent Pangäa in zwei Grosskontinente auseinander. Zwischen der nördlichen (Laurasia) und der südlichen Hälfte (Gondwana) entstand ein neuer Ozean, die Tethys. Im neuen Ozean wurden Sedimente abgelagert. Es werden vier Ablagerungsräume unterschieden: Helvetischer Ablagerungsraum (Europäischer Kontinent und europäischer Schelfbereich): Es werden Sandsteine, Mergel und Kalke abgelagert. Penninischer Ablagerungsraum (Tiefsee der Tethys): Die Tiefsee besteht aus dem Walliser-Trog im Norden und dem Piemeont-Trog im Süden. Dazwischen befindet sich als Trennung die Briançonnais-Schwelle. In den Trögen lagern sich Tone und Radiolarite ab, auf der Schwelle hauptsächlich Mergel und Kalke. Ostalpiner Ablagerungsraum (Afrikanisches Schelfgebiet): Ablagerung feiner Kalke wie aus europäischem Schelf. Sie wurden später durch Zufuhr magnesiumhaltiger Lösungen in Dolomit umgewandelt. Südalpiner Ablagerungsraum (Afrikanischer Kontinentalbereich): Flachmeersedimente ähnlich den Sedimenten des europäischen Kontinentalbereichs. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 97) In der oberen Kreide (90 Millionen Jahre vor heute) stoppt die Divergenz zwischen der afrikanischen und der eurasischen Platte. Es entsteht eine neue Divergenz im atlantischen Ozean. Dadurch gerät die afrikanische Platte in eine Rotationsbewegung und bewegt sich in nordwestlicher Richtung auf die eurasische Platte zu (Konvergenz). Anfang des Tertiärs (65-36 Millionen Jahre vor heute) schreitet die Einengung der Tethys immer weiter fort. Die ozeanische Platte des Piemont-Troges subduziert unter die afrikanische kontinentale Platte, bis nur noch kontinentale Platten vorhanden sind, die wegen ihres Auftriebs nicht subduziert werden können. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 14/42 Abbildung 9: Stand der Alpenbildung Anfang Tertiär. Die ozeanische Platte ist unter die afrikanische Platte subduziert. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 99) Im mittleren Tertiär (36-34 Millionen Jahre vor heute) schreitet die Konvergenz immer weiter fort. Eine weitere Einengung des Raumes zwischen den beiden Kontinentalplatten ist nur durch ein Übereinanderstapeln der Gesteinsschichten möglich. Die Deckenbildung setzt also ein. Die penninischen Einheiten werden als Decken überschoben. Die penninischen Decken werden ihrerseits von den ostalpinen Decken vollständig überfahren. Der Überschiebungsbetrag liegt bei 50 km. Die Decken erheben sich somit bereits über die Wasseroberfläche und werden erodiert. Das Erosionsmaterial wir im Vorfeld der Alpen abgelagert und bildet die Molasse. Dabei wechseln sich Phasen mit einem Flachmeer (Meeresmolasse) und einer Flusslandschaft (Süsswassermolasse). In der zweiten Hälfte des Tertiärs (24-5 Millionen Jahre vor heute) entstehen die helvetischen Decken unter Miteinbezug des europäischen Schelfs. Im Süden setzt sich die Kollision zwischen der eurasischen und der afrikanischen Kontinentalplatte fort. Es kommt zu einer Steilstellung der ostalpinen und penninischen Decken und zu einer Hebung der Deckenstapel. Ende des Tertiärs (5-1,8 Millionen Jahre vor heute) hebt sich durch den eindringenden Sporn Afrikas, der ganze Deckenstapel um ungefähr 15 Kilometer, es entsteht ein Hochgebirge. Die helvetischen Decken, welche sich am Rand der Hebung befinden, werden gegen Norden geschoben (auf die Molasse). Die entstandenen Berge wie die Rigi oder Speer bestehen hauptsächlich aus Molasse und gehören trotz ihrer stattlichen Erscheinung zum Mittelland und nicht zu den Alpen. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 15/42 Abbildung 10: Stand der Alpenbildung Ende Tertiär. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 101) Die Konvergenz verläuft weiter und der Molassetrog wird wie ein Keil gegen Norden geschoben. Das Bollwerk vom Schwarzwald und Vogesen vermag die Bewegung aufzuhalten. Ein Rest des ehemaligen Flachmeers der Tethys (helvetischer Ablagerungsraum) befindet sich zwischen dem Molassetrog und Schwarzwald/Vogesen. Das Gebiet aus groben Korallenkalken wird durch den Druck aufgefaltet und somit entsteht noch der Jura. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 98101) Kurzzusammenfassung Die Erde ist schalenartig aufgebaut. Die einzelnen Sphären unterscheiden sich im Bezug auf ihre Druck- und Temperaturverhältnisse sowie durch ihre chemische Zusammensetzung. Die Lithosphärenplatten, welche aus dem festen Teil des Erdmantels (Mantellithosphäre) und der Erdkruste (ozeanisch oder kontinental) bestehen, bewegen sich auf dem viskosen Teil des Mantels (Asthenosphäre). Durch die Bewegungen der einzelnen Platten ergeben sich drei Arten von Plattengrenzen: divergierende Platten, konvergierende Platten und Transformstörungen. Angetrieben werden die Plattenbewegungen durch Konvektionsströme im plastischen Teil des Erdmantels. Heisses Material steigt unter den divergierenden Plattengrenzen auf und kälteres Material sinkt an den Subduktionszonen ab. (Press & Siever, 1995, S. 565) Die Plattentektonik bildet die Grundlage zur Entstehung der Alpen. Durch die Divergenz entstanden im Mesozoikum die Tethys und ihre verschiedenen Ablagerungsräume. Die anschliessend eintretende Konvergenz im Tertiär führte zur Bildung der Alpen. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 216) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 16/42 1.3 Glossar: Begrifflichkeiten: Erklärungen: Decke Von ihrer ursprünglichen Unterlage abgelöste und um einen grösseren Betrag überschobene Gesteinsmasse von grosser Ausdehnung (10km Bereich). (Hürlimann & Egli-Broz, S. 242) Deckenüberschiebung Grossräumige Überschiebung von Gesteinspaketen. (Hürlimann & EgliBroz, S. 242) Erdkruste Die Erdkruste ist die äussere, feste Schicht der Erde. Unter ihr liegen der feste bis zäh-plastische Erdmantel. Man unterscheidet zwei Typen von Krustenmaterial: • Die ozeanische Erdkruste entsteht • an konstruktiven Plattengrenzen am Meeresgrund, wo aus dem Erdmantel basisches Magma austritt und Mittelozeanische Rücken (MOR) bildet. Sie besteht hauptsächlich aus dem Basalt-ähnlichen Gabbro und hat eine Dicke von fünf bis sieben Kilometer. Die kontinentale Erdkruste besteht hauptsächlich aus Granit und Gneis. Sie hat eine Dicke von 30 bis 60 km Erdmantel Jens Kuster Pascal Christen Als Erdmantel wird die mächtigste, mittlere „Schale“ im inneren Aufbau der Erde bezeichnet. Sie liegt direkt unter der Erdkruste und grenzt nach unten an den Erdkern. Der oberste Teil des Erdmantels, bis in etwa 100 km Tiefe, ist fest und wird auch Mantellithosphäre genannt. Darunter lässt sich der PHZ Luzern 17/42 Aggregatzustand des Erdmantelmaterials am besten als zähplastisch oder viskos beschreiben. Erdkern Der Erdkern ist die innerste „Schale“ im inneren Aufbau der Erde und besteht aus einem im Zentrum festen inneren Erdkern und einem flüssigen äusseren Erdkern. Beide bestehen vorwiegend aus Eisen und Nickel. Erosion Sammelbegriff für alle Prozesse, die Gesteine zerteilen oder zersetzen und die Gesteinskomponenten durch Wasser, Eis oder Wind abtragen. (Hürlimann & Egli-Broz, S. 243) Konvektion Eine Art der Wärmeübertragung in fluiden Medien, wobei heisses Material wegen seiner geringeren Dichte aufsteigt, während kühleres Material absinkt. Lithosphäre Äusserste Erdschale bestehend aus der Erdkruste und einem Teil des oberen Mantels. Die Erde besteht aus sieben grossen und zahlreichen kleineren Lithosphärenplatten (tektonischen Platten). Mächtigkeit (mächtig) „Dicke“ eines Gesteinspakets, das heisst der Abstand der Schichtflächen einer Gesteinsschicht. (Hürlimann & Egli-Broz, S. 246) Molasse Ablagerungsschutt von angrenzenden Gebirgen (Alpen), der sich im Vorland (Mittelland) eines sich bildenden Gebirges ablagert. Molasse besteht aus Nagelfluh, Sandstein, Tonstein und Mergel. Orogenese (= Gebirgsbildung) Jens Kuster Pascal Christen Umfassender Begriff für alle tektonischen Prozesse, in deren Folge es zu Faltungen, Überschiebungen, PHZ Luzern 18/42 Metamorphose, Magmenintrusionen, Hebung und Erosion kommt. Die Gebirgsbildung beginnt mit der Subduktion und endet gewöhnlich mit der Kollision von Kontinentplatten. Pangäa Grosskontinent, der im späten Paläozoikum durch Zusammenschluss aller Kontinente entstanden ist. Plattenbewegung und Plattengrenzen Generell unterscheidet man drei verschiedene Plattengrenzen. • destruktive Plattengrenzen (Kollision zweier Platten, die sich aufeinander zu bewegen. Dies führt zu Subduktionszonen) • konservative Plattengrenzen, (Reibung zweier sich horizontal verschiebenden Platten. Dies führt zu Transformstörungen) • konstruktive Plattengrenzen (Dehnung und Auseinanderreissen zweier sich auseinander bewegenden Platten. Dies führt zur Bildung von Mittelozeanischen Rücken (ozeanische Lithosphäre) bzw. von Riftzonen und Grabenbrüchen (kontinentale Lithosphäre)). Schelf(gebiet) Teil des Kontinents bis zu einer mittleren Wassertiefe von 200 m bzw. bis zu einem deutlich steileren Abhang (Kontinentalabhang) in die Tiefsee. Der Schelfbereich hat enge Wechselwirkungen mit dem Festland (Abfluss und Sedimenteintrag einschliesslich der Verschmutzungen) und der Atmosphäre (gute Durchmischung, Lichtund Sauerstoffreichtum) und ist daher Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 19/42 gewöhnlich fischreich und ökologisch reichhaltig ausgestattet. Sediment Bezeichnung für im Rahmen der Sedimentation abgelagerte oder ausgeschiedene natürliche Substanzen. Biogene oder organogene sind Ablagerungen, die überwiegend durch Organismen erzeugt wurden oder sich aus Organismenresten zusammensetzen, wie Schillkalke, Riffe, Kalktuff oder Torf. Klastische Sedimente sind Ablagerungen, deren Komponenten in der Hauptsache durch mechanische Verwitterung erzeugt wurden, nämlich Tone, Silte, Sande oder Kies. Chemische Sedimente entstehen durch chemische Ausfällung von gelösten Substanzen, wie zum Beispiel Seekreide, Evaporite und Oolithsande. (Brunotte et al, S. 210). Tektonik, tektonisch Bereich der Geologie, der sich mit der Architektur der Lithosphäre und den strukturbildenden Bewegungen und Kräften beschäftigt. Topographie Die Form der Erdoberfläche über und unter dem Meeresspiegel. (Press & Siever, S. 704) 1.4 Literaturverzeichnis: Bolliger, T.(1999). Geologie des Kantons Zürich. Thun: Ott Verlag. Brunotte, E., Gebhardt, H., Meurer, M., Meusburger, P. & Nipper, J. (2001). Lexikon der Geographie .Ökos bis Wald. Berlin : Spektrum Akademischer Verlag. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. Bern: Hep-Verlag. Hürlimann, R. & Egli-Broz, H. (2005). Geologie. Lerntext, Aufgaben mit Lösungen und Kurztheorie. Zürich: Compendio Bildungsmedien AG. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 20/42 Jäckli, H.(1989). Geologie von Zürich. Von der Entstehung der Landschaft bis zum Eingriff des Menschen. Zürich: Orell Füssli. König. M.(1978). Kleine Geologie der Schweiz. Thun. Ott Verlag. Press, F. & Siever, R. (1995). Allgemeine Geologie. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag GmbH. Richter, D. (1992). Allgemeine Geologie. Berlin: Walter de Gruyter. 1.5 Abbildungsverzeichnis: Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Erde (Hasler & Egli, 2004, S. 132) Abbildung 2: Die Lithosphäre (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 16) Abbildung 3: Situation vor 270 Mio. Jahren (a), vor 200 Jahren (b) und heute (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 20) Abbildung 4: Konvektionsströme und Plattenränder (Hasler & Egli, 2004, S. 134) Abbildung 5: Grenzen der heutigen Lithosphärenplatten (Hasler & Egli, 2004, S. 135) Abbildung 6: Die drei Formen von Plattengrenzen (Hasler & Egli, 2004, S. 139) Abbildung 7: Vom Grabenbruch zum mittelozeanischen Rücken. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 26) Abbildung 8: Tektonische Zugehörigkeit der Alpen (Hasler & Egli, 2004, S. 176) Abbildung 9: Stand der Alpenbildung Anfang Tertiär (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 99) Abbildung 10: Stand der Alpenbildung Ende Tertiär. (Hürlimann & Egli-Broz, 2005, S. 101) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 21/42 2. Themenbezogene Hinweise zur Ausstellung Im D-Geschoss der Ausstellung befinden sich zum Thema Informationen und Exponate. Folgende Themen werden abgedeckt: verschiedene D09 Erdströme (Erdmantel): Thementexte Drei Mantelgesteine Experiment „Konvektionsströme und Grafik Projektion auf Hemisphäre und Grafik (Halbkugel1) Monitor. D12 Plattentektonik, Gebirgsbildung: Thementexte Monitor E-learning Grossflächige Grafik mit Monitor D13 Alpenbildung: Thementexte Geologisches Alpenprofil mit historischem und modernem Relief Vier Experimente vor Grafikhintergrund Ein Monitor Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 22/42 3. Hinweise zur Fachliteratur und zu den Lehrmitteln 3.1 Fachliteratur: (Anmerkung: Adequate, wissenschaftlich fundierte Literatur ist in diesem Fachgebiet in erster Linie in englischer Sprache erschienen. Grotzinger et al. ist eine gute deutsche Übersetzung eines solchen Buches, hat allerdings Schwächen in Bezug auf die Geophysik und Plattentektonik.) Bolliger, T.(1999). Geologie des Kantons Zürich. Thun: Ott Verlag. Brunotte, E., Gebhardt, H., Meurer, M., Meusburger, P. & Nipper, J. (2001). Lexikon der Geographie .Ökos bis Wald. Berlin : Spektrum Akademischer Verlag. Grotzinger J. et al. (2007). Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag Jäckli, H.(1989). Geologie von Zürich. Von der Entstehung der Landschaft bis zum Eingriff des Menschen. Zürich: Orell Füssli. Labhart, T. (2009). Geologie der Schweiz. Ott Verlag. König. M.(1978). Kleine Geologie der Schweiz. Thun. Ott Verlag. Pfiffner, A. (2009). Geologie der Alpen. Utb GmbH Press, F., Siever, R. (2003). Allgemeine Geologie. Einführung in das System Erde. Heidelberg: Akademischer Verlag. Richter, D. (1992). Allgemeine Geologie. Berlin: de Gruyter. Richter, D. (1997). Geologie. Das Geographische Seminar. Braunschweig: Westermann Schulbuchverlag GmbH. Wallner A. (2007). Welt der Alpen - Erbe der Welt. Jahrbuch der Geografischen Gesellschaft, Bern Bd.62/2007. Weissert, H. & Stössel, I. (2009). Der Ozean im Gebirge. Vdf Hochschulverlag AG, ETH Zürich. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 23/42 3.2 Lehrmittel und didaktische Unterlagen: (Anmerkung: Es ist darauf zu achten, dass keine Information an die Schülerinnen und Schüler weitergegeben wird, welche im Mantel unter den Mittelozeanischen Rücken zirkuläre Konvektionsmodelle zeigen, durch die aus der Tiefe aufsteigendes Material an die Oberfläche gelangt.) Bachofner, D., Batzli, S., Hobi, P. & Rempfler, A. (2005). Das Geo Buch 1. Europa und die Welt. Zug: Klett und Balmer Verlag. Die Erde – ein dynamischer Planet. S.110 ff. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. Bern: Hep-Verlag. Geologische Entstehungsgeschichte der Schweiz. S. 173 ff. Hürlimann, R., Egli-Broz, H. (2005). Geologie. Zürich: Compendio Bildungsmedien AG. Entstehung, Aufbau und Dynamik des Erdkörpers. S.114 ff. Geologie der Schweiz. S.96 ff. Kugler, A. (2001). Die Erde unser Lebensraum. Zürich: Lehrmittelverlag des Kantons Zürich. Plattentektonik, S. 197 ff. Schmid, R. et al. (2006). Basismodul Geografie. Zürich: Lehrmittelverlag des Kantons Zürich. Naturkräfte, S. 23 ff. Schmidt, H. (2003). So erkläre ich Geografie. Modelle und Versuche einfach anschaulich. Mühlheim an der Ruhr: Verlag an der Ruhr. In der Erde ist was los. S.93 ff. Spiess. E., (2006). Schweizer Weltatlas. Zürich: Schulverlag blmv AG. Tektonik, Geologie, Glaziologie. S.7 ff. Wagener, D. (2007). Lernzirkel Unruhige Erde. Zug: Klett-Perthes. Stationen zu Erdbeben, Plattentektonik, Vulkane Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 24/42 4. Diverse didaktische und organisatorische Hinweise 4.1 Lehrplan (Stand 2009): Fachberatungsgruppe Geografie der Bildungsregion Zentralschweiz. (2004).Lehrplan Geografie. Für das 7. – 9- Schuljahr. Luzern: Selbstverlag. Die Ursachen von Erdbeben und Vulkanismus erklären und ihre Auswirkung für Mensch und Landschaft beurteilen (Grobziel 1a, Wahlprogramm). Begriffe: Plattentektonik, Erdaufbau (Querschnitt). Bildungsrat Kanton Zürich. (2007). Lehrplan Mensch und Umwelt. Zürich: Selbstverlag. Naturerscheinungen in der unmittelbaren Erlebniswelt (S.53). Naturkundliche Experimente und Untersuchungen planen und durchführen (S.85). Am Wohnort und auf Reisen die erlebbare Umgebung erkunden und sich orientieren (S.89). Informationsträger: Karten, Globus, Modelle, Grafische Darstellungen, Bilder, Filme, Texte, Erzählungen, Reiseberichte, Querschnitte, Fahrpläne, Reiseführer, Nachschlagewerke (S.89). Mit Hilfe verschiedenster Medien Informationen gewinnen, diese verstehen und sowohl untereinander als auch mit der selbsterlebten Wirklichkeit vergleichen (S.89). Natürliche landschaftliche Veränderungen. Veränderungen der Verhältnisse auf der Erde erkennen, verfolgen und untersuchen (S.91). Realien Sekundarstufe 1: Ergänzungen persönliche Mitteilung, 07.04.2008). zum Lehrplan. (Claudio Zambotti, Räume entstehen und vergehen: Endogene und exogene Kräfte verändern die Landschaft. 4.2 Adressaten: 7. – 9. Schuljahr. Je nach Verarbeitungstiefe variabel. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 25/42 4.3 Fachliche Vorkenntnisse: Die Schülerinnen und Schüler haben sich bereits mit dem Thema Plattentektonik auseinander gesetzt und kennen elementare Begriffe der Geologie bzw. der Plattentektonik. 4.4 Lernziele: Die Schülerinnen und Schüler können den Aufbau der Erde in eigenen Worten beschreiben und ohne Hilfsmittel skizzieren. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung des schalenartigen Aufbaus der Erde für die Morphologie der Erdoberfläche. Die Schülerinnen und Schüler kennen drei tektonische Vorgänge der Erde und können diese mit eigenen Worten erklären und konkrete geographische Beispiele nennen. Die Schülerinnen und Schüler können die drei Plattengrenzen in einer Darstellung erkennen und korrekt benennen. Sie kennen ausserdem Folgeerscheinungen der jeweiligen Plattengrenzen. Die Schülerinnen und Schüler können die Entstehung der Alpen mit Hilfe einer Zusammenfassung erklären. 4.5 Zeitaufwand: Die Schülerinnen und Schüler sollen in zwei Gruppen aufgeteilt werden. Eine Gruppe bearbeitet die Fragen, die andere Gruppe schaut frei die Ausstellung an. Pro Gruppe rechnen wir mit 45 Minuten Zeitaufwand. Wobei in dieser Zeit bloss eine gezielte Auswahl der Fragen zu beantworten ist. Je nach Grösse der Klasse macht es Sinn, die Schülerinnen und Schüler in drei Gruppen aufzuteilen. Zwei Gruppen arbeiten an verschiedenen Arbeitsmappen, eine Gruppe schaut die Ausstellung frei an. Anschliessend wird gewechselt. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 26/42 5 Schülerdossier 5.1 Einführung: Wie entstehen Gebirge? Wohin muss ich reisen, um einen aktiven Vulkan zu besichtigen? Warum gibt es Erdbeben? Solche und ähnliche Fragen hast du dir wohl auch schon gestellt. Viele Beobachtungen, wie z.B. das Auftreten von Vulkanen und Erdbeben, konnten die Geologen früher nur beschreiben. Die dafür verantwortlichen Prozesse haben ihren Ursprung im Innern der Erde und sind für den Beobachter nicht direkt erkennbar. Erst mit dem Erfassen der Strukturen im Erdinnern und der Theorie der Plattentektonik können Prozesse wie z.B. die Gebirgsbildung auch verstanden werden. Mit Hilfe dieser Themenmappe lernst du die Theorie der Plattentektonik und ihre Bedeutung für die Gebirgsbildung kennen. Um die Theorie der Plattentektonik zu verstehen, müssen wir als erstes einen Blick in das Innere der Erde werfen – aber Achtung, da drinnen ist es ganz schön warm. Bist du bereit? 5.2 Aufgaben und Fragen: 1. Der Aufbau der Erde Ziel: Du kannst den Aufbau der Erde ohne Hilfsmittel skizzieren und in eigenen Worten beschreiben. Ausstellungsmaterial: Thementext „Der innere Aufbau der Erde“, Thementext „Zähflüssiger Erdmantel“, Grafik „Erdquerschnitt“ a) Beschrifte mit Hilfe des Thementextes „Der innere Aufbau der Erde“ die Schalen der Erde in der Abbildung! Die Lithosphärenplatten schwimmen auf dem zähflüssigen Mantel. Der oberste Teil des Mantels direkt unter der Lithosphäre wird als Asthenosphäre bezeichnet und ist etwas weniger zähflüssig, weshalb sich die Lithosphärenplatten besonders gut auf dieser Schicht bewegen können. Vergleiche deine Lösung mit der Grafik des Erdquerschnitts! Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 27/42 b) Der Aufbau der Erde wird sehr oft mit einer Nektarine verglichen. Kommentiere diesen Vergleich! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Lies den Text „Der Innere Aufbau der Erde“ (neben den Mantelgesteinen) und beantworte diese Frage: Welche Eigenschaften haben die Erdkruste, die Lithosphäre, der äussere und der innere Kern? Folgende Punkte sind dabei möglich: Zustand (fest, flüssig), bestehend aus welchem Material, Druck, Temperatur oder Mächtigkeit (= Dicke der Schicht). Nenne drei Informationen pro Schicht! Erdkruste: ___________________________________________________________________ Lithosphäre: ___________________________________________________________________ Äusserer Kern: ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 28/42 Innerer Kern: ___________________________________________________________________ d) Im Text „Zähflüssiger Erdmantel“ (bei den Mantelgesteinen in der Vitrine) findest du interessante Informationen zum Mantel und zur Asthenosphäre. Schreibe auch hier jeweils drei Infos heraus! Erdmantel: ___________________________________________________________________ Asthenosphäre: __________________________________________________________________ Was du hier über den Aufbau der Erde gelernt hast, ist eine starke Vereinfachung. In Wirklichkeit ist insbesondere der Aufbau der Erdkruste und des oberen Teils des Mantels (Mantellithosphäre) sehr komplex. Betrachte dazu das Relief der Bergeller Intrusion. e) Die kontinentale Kruste, die ozeanische Kruste und der Erdmantel unterscheiden sich durch unterschiedliche Zusammensetzungen der Gesteine. Rechts vom grossen Relief findest du vier handliche Exemplare von Vertretern unterschiedlicher Schichten der Erdkruste und des Erdmantels. Schliesse deine Augen und nehme die Gesteine in deine Hand. Was fällt dir auf? Merkst du einen Unterschied zwischen Mantel- und Krustengesteinen? Erkläre! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2. Die Bewegungen im Innern der Erde Ziel: Du kannst die Bewegungen im Innern der Erde (Erdmantel) ohne Hilfsmittel skizzieren und mit deinen eigenen Worten erklären. Ausstellungsmaterial: Thementext „Der Computersimulation Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern Aufbau innere auf der der Erde“, Erdhemisphäre (= 29/42 Erdhalbkugel), Thementext „Mantelkonvektion“, Grafik Erdquerschnitt, Thementext „Zähflüssiger Erdmantel“, , Thementext „Was geschieht im Erdmantel“, Mantelgesteine a) Was kannst du auf der Projektion des Erdinnern auf der Erdhalbkugel (Computersimulation) erkennen? Denke dabei auch an Aufgabe 1! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Betrachte und studiere die Computersimulation auf der Erdhemisphäre (= Erdhalbkugel) und setze die unten stehenden Begriffe am richtigen Ort in die schematisch dargestellte Erde mit Erdkruste, Erdmantel und Erdkern. Wärmezufuhr aus dem Erdinnern / Konvektion / Konvektion / Konvektion / Aufstieg und Abkühlung von heissem Mantelmaterial / Absinken von abgekühltem Material c) Vor dir liegt ein Granat-Peridotit, ein Gestein aus dem Erdmantel. In welcher Tiefe ist dieses Gestein entstanden? ___________________________________________________________________ d) Wie kann Material aus dem Erdmantel an die Erdoberfläche gelangen? Erkläre! ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 30/42 ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3. Die Erdoberfläche – ein Puzzle von Lithosphärenplatten Ziel: Du kannst mindestens drei Lithosphärenplatten auf einer entsprechenden Karte beschriften. Du kannst mit Hilfe der Grafik „Puzzle“ aufzeigen, wie sich die Platten bewegen. Ausstellungsmaterial: Grafik „Puzzle“ und Text zum Puzzle, Projektion „Ozeanbodenalter“ des Omniglobes Die Erdkruste bildet zusammen mit dem festen, obersten Teil des Erdmantels die etwa 100 km mächtige Lithosphäre. Diese ist in Platten zerbrochen. Die Plattengrenzen stimmen nicht mit den Grenzen der Kontinente überein! a) Die Distanz zwischen dem europäischen und dem amerikanischen Kontinent nimmt jährlich um bis zu 6 cm zu. Wie erklärst du dir diese Aussage? Die Abbildung „Puzzle“ oder die Projektion („Paleogeography“) des Omniglobes können dir dabei helfen. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Gehe zum Omniglobe. Betrachte die Projektion „Ozeanbodenalter“. Nenne jeweils eine mehrheitlich kontinentale bzw. rein ozeanische Platte und eine Platte mit kontinentaler sowie ozeanischer Kruste! Mehrheitlich kontinental: ______________________________________________ Rein ozeanisch: ______________________________________________ Gemischte Platte: ______________________________________________ 4. Die Bewegung von Lithosphärenplatten Ziel: Du kannst mit deinen eigenen Worten erklären, wieso sich die Lithosphärenplatten auf der Erdoberfläche bewegen und mit Hilfe einer Grafik des Erdquerschnitts aufzeigen, welche Folgen diese Plattenbewegungen an den verschiedenen Plattengrenzen mit sich bringen. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 31/42 Projektion Ausstellungsmaterial: „Paleogeography“ des Omniglobes, Thementext „Der Motor der Plattentektonik“, Grafik „Erdquerschnitt“ und Thementext „Die Platten der Lithosphäre“ Betrachte die Projektion „Paleogeography“ des Omniglobes. Sie zeigt die Entwicklung während der letzten 600 Mio. Jahren bis heute und macht eine Zukunftsprognose für die Zeit bis in 100 Millionen Jahren. Besonders interessant ist die Zeit nach 300 Millionen Jahren vor heute! a) Vor wie vielen Millionen Jahren trennte sich Afrika von Südamerika? Beachte dabei, wie der Südatlantik immer grösser wurde! ___________________________________________________________________ b) Ab welchem Zeitpunkt begann die Annäherung Afrikas an Europa? Diese Bewegung war die Grundvoraussetzung für die Entstehung der Alpen. ___________________________________________________________________ c) Findest Du Indien und Madagaskar? An welchen Kontinent grenzten sie an, bevor sie sich an ihre heutige Position bewegten? ___________________________________________________________________ d) Was passiert in Zukunft mit Afrika? Erkläre! ___________________________________________________________________ e) Wodurch entsteht die Bewegung der Lithosphärenplatten an der Erdoberfläche? Erkläre möglichst genau! Betrachte zur Beantwortung dieser Frage den Thementext „Motor der Plattentektonik“. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ f) Betrachte die Grafik des Erdquerschnitts und den dazugehörigen Text („Die Platten der Lithosphäre“). Was passiert mit den in Bewegung versetzten Platten Jens Kuster Pascal Christen und welche Plattengrenzen PHZ Luzern entstehen dann? Welche 32/42 Begleiterscheinungen tauchen dabei jeweils auf? Aufeinander zu Voneinander weg Aneinander vorbei driftende Platten driftende Platten driftende Platten Fachbegriff Beispiel Typische Erscheinungen 5. Plattentektonik und Gebirgsbildung Ziel: Du kennst den Zusammenhang zwischen der Plattentektonik und der Entstehung von Gebirgenn. Du kannst skizzieren, was an einer Subduktionszone passiert und erklären, was dabei entsteht. Ausstellungsmaterial: Thementext „Die Entstehung von Gebirgen“, Grafik Erdquerschnitt, Experiment „Subduktionszone“ und dazugehöriger Text und Grafik an der Wand hinter dem Experiment Die Plattentektonik und die Entstehung der Gebirge stehen in einem engen Zusammenhang. Lies dazu den Thementext zur Entstehung von Gebirgen und beantworte anschliessend die Fragen! a) An welchen Plattengrenzen finden wir die grossen Gebirge dieser Erde? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 33/42 Betrachte das Experiment zu Subduktionszonen und vergleiche deine Beobachtungen mit der Grafik an der Wand hinter dem Experiment! Die darin enthaltenen Beschriftungen helfen dir auch, die nächsten Fragen fachlich zu beantworten. b) Im Experiment zu Subduktionszonen bewegen sich zwei Elemente auf einer flüssigen Masse aufeinander zu. Was stellen die beiden Elemente dar? ___________________________________________________________________ c) Was repräsentiert die verformbare Masse, auf welcher die zwei Elemente schwimmen? ___________________________________________________________________ d) Betätige die Kurbel und beobachte, was passiert! Skizziere und erkläre! Skizze: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ e) Welche Lithosphäre taucht unter (wird subduziert) und was passiert auf der derjenigen Lithosphäre, die nicht untertaucht? Erkläre! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ f) Lies den Text „Die Entstehung von Gebirgen“ und beantworte diese Frage! Worin unterscheidet sich die Entstehung der Anden in Südamerika von der Entstehung der Alpen? Erkläre! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 6. Die Alpen – Gebirgsbildung und Verwitterung Ziel: Du kannst mit deinen eigenen Worten erklären, durch welche tektonischen Prozesse die Alpen entstanden sind. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 34/42 Ausstellungsmaterial: Thementext „Die Entstehung von Gebirgen“, Grafik Erdquerschnitt, Alpenprofil Die Alpen entstanden bei der Kollision zweier kontinentaler Platten (siehe Puzzle). Dabei wurden Gesteine der Erdkruste verformt und als kilometerdicke Gesteinspakete aufeinander gestapelt. Dies kannst du in dem hinter dem Alpenrelief angebrachten Profil erkennen. a) Betrachte das Relief der Alpen und das dahinter angebrachte Profil. Wie kam es dazu, dass in den Alpen nicht wie üblich jüngeres Gestein auf dem älteren liegt? Ein Hinweis dazu findest du in der Glarner Überschiebung. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) Wieso hat die Geländeoberfläche der Alpen in Wirklichkeit nie das Ausmass angenommen, wie dies auf dem Profil dargestellt wird? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 7. Isostasie Ziel: Du kannst den Begriff Isostasie mit deinen eigenen Worten erklären und mit Hilfe des Experiments aufzeigen, welchen Sacherverhalt dieser darstellt. Du kannst jemandem erklären, wieso die Alpen trotz der ständigen Erosion nicht an Höhe verlieren. Ausstellungsmaterial: Thementext „Die Entstehung von Gebirgen“, Experiment „Isostasie 1“ Noch heute werden die obersten Gesteinsschichten der Alpen von Wind, Wasser und Eis abgetragen (Erosion). Trotzdem nimmt die Höhe des Gebirges nicht ab. Das Experiment zur Isostasie zeigt dir dieses Phänomen auf. Probiere es einmal aus! a) Im Experiment stehen sechs flexible Plastikkörper auf einer verformbaren Masse. Die Plastikkörper können mit Kegelhüten beschwert werden. Was Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 35/42 stellen diese Elemente in Wirklichkeit dar? Plastikkörper: ______________________________________________ Kegelhüte: ______________________________________________ Verformbare Masse: ______________________________________________ b) Im Experiment zur Isostasie kannst du Masseteilchen hinzufügen oder entfernen. Welchen Vorgängen entspricht das Hinzufügen bzw. Entfernen von Masseteilchen in der Realität? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Man geht davon aus, dass in den Alpen jährlich ein Millimeter der Gesteinsoberfläche durch Wasser, Wind und Eis abgetragen (erodiert) wird. Wie viel ist das in deinem bisherigen Leben bzw. im Leben deiner Eltern / Grosseltern? ___________________________________________________________________ d) Erkläre, wieso die Alpen trotz der Erosion immer etwa gleich hoch bleiben! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 36/42 6. Lösungen Nr. 1 a) b) Der Kern der Frucht entspricht dem Erdkern. Das Fruchtfleisch repräsentiert die Mächtigkeit (Dicke) des Erdmantels und die Haut der Nektarine stellt die dünne Lithosphäre dar. c) Erdkruste: ozeanische Kruste (Untergrund der Meere) ca. 6-8 km mächtig, kontinentale Kruste ca. 30 km mächtig, fester Zustand Lithosphäre: besteht aus Erdkruste und oberster Teil des Mantels, fester Zustand, ca. 100 km mächtig, zerbrochen in unterschiedlich grosse Platten Äusserer Kern: geringerer Druck als im Inneren Kern, daher flüssiger Zustand, besteht aus Eisen Innerer Kern: grösste Dichte aller Sphären, metallisch (Eisen), enorm hoher Druck, daher trotz der hohen Temperatur (ca. 6000°C) fester Zustand. d) Erdmantel: viskos = zähflüssig, verformt sich langsam, wird an seiner Basis vom Erdkern aufgeheizt Asthenosphäre: am wenigsten zähflüssiger, oberer Teil des Erdmantels, auf ihr schwimmen die Lithosphärenplatten Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 37/42 e) Obwohl die verschiedenen Gesteine ungefähr gleich gross sind, fällt auf, dass die Mantelgesteine, welche tiefer unten liegen, merklich schwerer sind als die Gesteine der Erdkruste. Nr. 2 a) Mögliche Lösung: Es sind die verschiedenen Schichten der Erde zu erkennen. Insbesondere Erdkern, Erdmantel und die Lithosphärenplatten. Es kann beobachtet werden, wie die Wärme aus dem Erdkern Mantelmaterial stellenweise erwärmt. Dieses steigt somit aus der Tiefe auf, an der Oberfläche kühlt es wieder ab und sinkt erneut in die Tiefe. Die Materialzirkulation im Mantel wirkt sich auch auf die Lithosphärenplatten aus. Diese werden also in Bewegung versetzt. b) c) Der Stein stammt aus dem Erdmantel und zwar aus der Mantellithosphäre. d) Der Erdmantel ist zähflüssig, plastisch. Durch das Auseinanderbewegen der Platten gerät Gesteinsmasse der Asthenosphäre an divergierenden Plattenrändern in Oberflächennähe, wo sie abkühlt und erhärtet. Nr. 3 a) Die Lithosphärenplatten sind in ständiger Bewegung. Sie schwimmen auf der zähflüssigen Asthenosphäre und werden durch Konvektionsströme im Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 38/42 Erdmantel und vor allem durch das Absinken in Subduktionszonen in Bewegung versetzt. b) Mehrheitlich kontinental: z.B. Eurasische Platte, Nordamerikanische Platte Rein ozeanisch: Pazifische Platte, Cocos Platte oder Nazca Platte Gemischte Platte: Antarktische, Indio-Australische oder Karibische Platte Nr. 4 a) Vor 230 Mio. Jahren b) Ca. 90 Mio. Jahre vor heute c) Indien und Madagaskar hingen mit der heutigen Antarktis und Afrika zusammen. d) Individuelle Antworten möglich: Einige Beispiele sind: - Annäherung an Europa - Schliessung des Roten Meeres - Grosser Teil wird überschwemmt - Schliessung des Mittelmeeres e) Die Konvektion ist der Motor der Plattenbewegungen (Kontinentaldrift). Die Lithosphärenplatten schwimmen auf der zähflüssigen Asthenosphäre. Warmes Mantel-Material steigt nach oben und, kaltes Mantel-Material (vor allem die subduzierten ozeanischen Lithosphärenplatten) sinkt nach unten . Diese Konvektionsströme im Erdmantel übertragen sich auf die Platten. f) Aufeinander zu driftende Platten Voneinander weg driftende Platten Aneinander vorbei driftende Platten Fachbegriff Konvergente Platten Divergente Platten Transformstörung / Konservative Platten Beispiel Pazifische Platte und Pazifischer oder Nordamerikanische Eurasische Platte, Mittelatlantischer und Pazifische Platte Nazcaund Rücken Südamerikanische Platte Typische Erscheinungen Subduktionszonen, Gebirge, Inselbögen, Tiefseegraben, Vulkane, Erdbeben Jens Kuster Pascal Christen Magma tritt an die Erdbeben Oberfläche, Mittelozeanische Rücken PHZ Luzern 39/42 Nr. 5 a) Die mächtigen Gebirge finden wir an Stellen, an denen die Lithosphärenplatten gegeneinander geschoben werden (konvergente Plattengrenzen). b) Die beiden Elemente repräsentieren die Lithosphärenplatten. c) Die viskose, verformbare Masse repräsentiert die Asthenosphäre. d) e) Individuelle Lösung (vgl. Antwort zu e) Es muss aus der Lösung hervor gehen, dass die schwerere Platte (hier f) Element) unter die leichtere abtaucht (subduziert). Dabei entsteht auf dem oberen Element eine Wölbung (Gebirge). Die Anden in Südamerika entstanden durch das Aufeinandertreffen einer ozeanischen und einer kontinentalen Platten. Dabei wurde die schwerere ozeanische Platte unter die kontinentale Platte geschoben (Subduktionszone). Es entstand ein Gebirge mit zahlreichen Vulkanen. Bei der Entstehung der Alpen kollidierten nach der vollständigen Subduktion des Tethys-Ozeans schlussendlich jedoch zwei kontinentale Platten. Dabei werden die Gesteinspakete überschoben und ein Kollisionsgebirge entsteht. Nr. 6 a) Die ursprünglich zusammenhängenden Gesteinsschichten wurden während der Alpenbildung verfaltet und entlang von Scherflächen übereinander Geschoben wie zum Beispiel in der Glarner Überschiebung. b) Die im Zuge der Alpenbildung geschaffenen Strukturen wurden laufend abgetragen, also erodiert. Nr. 7 a) Plastikkörper: Lithosphärenplatten bzw. Erdkruste Kegelhüte: zusätzliche Last der Gesteine in den Bergen, entstanden durch Überschiebung von Gesteinspaketen Verformbare Masse: Erdmantel bzw. Asthenosphäre b) Das Entfernen von Masseteilen widerspiegelt die Abtragung von Gesteinspaketen durch die Erosion von Wasser, Wind und Eis. Das Hinzufügen von Masseteilen auf Kolonnen neben dem Gebirge entspricht der Situation, dass die abgetragenen Gesteine ausserhalb des Gebirges abgelagert (sedimentiert) werden. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 40/42 c) Individuelle Lösung! d) Wenn Material abgetragen wird, so hebt sich der Gebirgskörper, der auf der Asthenosphäre schwimmt. Somit kommt ein Teil der Krustenwurzel zum Vorschein. Dieser Prozess wird Isostasie genannt. Dies ist der gleiche Prozess, welcher bei einem Schiff beobachtet werden kann, das entladen wird oder einem Eisberg, der schmilzt. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 41/42 7. Nachbereitungs- und Vertiefungsmaterial Um im Unterricht die Inhalte noch zu vertiefen und weiterzuführen sind hier noch Ideen mit Links und Filmtipps aufgeführt. 7.1 Weblinks: http://www.educ.ethz.ch/lehrpersonen/geographie/unterrichtsmaterialien_geo http://www.allgemeinbildung.ch http://www.webgeo.de 7.2 Filme: Die Erde. Erklärs mir mal. 2002. 51min. ISBN: 3-936736-05 P.M. Die Wissensedition. Meilensteine der Geowissenschaften. 2008. 40min. ISBN: B-00-0S1KR8-6 Die Entstehung der Alpen: Grünwald, FWU Schule und Unterricht. 16 min. P.M. Die Wissensedition. 2007. Die Das Herz der Erde. Eine Reise zum Mittelpunkt der Erde. 40 min. P.M. Die Wissensedition. 2008. Geologie. Die Welt unter unseren Füssen. 44 min. BBC. Kollision der Kontinente. 45 min. ISBN: 3-8312-9269-8 7.3 Unterrichtsideen: Naturkatastrophen thematisieren. 8. Evaluation Für die Evaluation der Ausstellung, der Arbeitsmappen und des Lerneffektes können einen Feedbackbogen online ausfüllen. http://christen.jimdo.com/ Vielen Dank für ihre Rückmeldung! Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 42/42
