Lehrerheft Steine und Sand

„Sand und Steine“
-LehrerhandreichungenEine kontextorientierte Unterrichtseinheit für den
fachübergreifenden naturwissenschaftlichen Unterricht in den
Klassenstufen 5 und 6
I.
Allgemeines
Didaktische Konzeption
Überblick über die Unterrichtseinheit
Impressionen
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II. Lehrerhinweise, fachlicher Hintergrund und Lösungen zu den Schülerbögen
Begegnungsphase
Lehrerhinweise zur Stationsarbeit am Strand
Lehrerhinweise zur Stationsarbeit im Klassenraum
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Neugier- und Planungsphase
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Erarbeitungsphase
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E1 Wie heißen die Steine?
E2 Wie entsteht Sand?
E3 Was ist Sand?
E4 Wie entstehen glatte Steine?
E5 Wie gehen Steine kaputt?
E6 Können runde Steine eckig werden?
E7 Wie entstehen die Streifen im Sandstein?
E8 Wie sind die Steine Basalt, Porphyr und Granit entstanden?
E11 Wieso gibt es kleine und große Kristalle.
E12 Wie sind die Steine zu uns gekommen?
E13 Wie können Gletscher die Steine aus dem Felsen lösen?
E14 Wie können Gletscher die Steine transportieren?
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
V1 Was hast du gelernt?
V2 Denk weiter!
V3 Magnetischer Sand
V4 Warum ist der Schwarze Sand nicht gleichmäßig über den Strand verteilt?
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III. Anhang
Zusatzbögen
Kopiervorlagen
Präsentation und Redetext
Literaturhinweise
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Didaktische Konzeption
Die vorliegende Unterrichtseinheit ist im Rahmen des IPN Projektes NaWi-5/6 entstanden. Im
Projekt entwickelten Lehrkräfte aus verschiedenen Schulen in Schleswig-Holstein mit
Unterstützung des IPN in Kiel Unterrichtskonzepte für den naturwissenschaftlichen
Unterricht in den Jahrgangsstufen 5 und 6.
Diese Form der Zusammenarbeit knüpft an die Erfahrungen der so genannten Kontextprojekte
Chemie im Kontext, Physik im Kontext und Biologie im Kontext an. Auch dort wurden
ausgehend von einer Rahmenkonzeption Unterrichtseinheiten und Materialien in
Lerngemeinschaften von Fachdidaktikern und aktiven Lehrkräften entwickelt, erprobt,
reflektiert und optimiert. Grundgedanke dieser Form der Kooperation war die Integration und
Vernetzung von Forschungserkenntnissen und Praxiserfahrungen, die sich gleichermaßen in
den Unterrichtsansätzen widerspiegeln. Begleitende Evaluationsstudien haben die
Wirksamkeit dieser Zusammenarbeit belegt.
Konzeptionell lehnt sich das Projekt für den Anfangsunterricht 5/6 an die drei Säulen von
Chemie im Kontext an: Ausgangspunkt und roter Faden für die Erschließung fachlicher
Konzepte, Denk- und Arbeitsweisen sind Kontexte, die den Schülerinnen und Schülern1 die
Relevanz für eine Beschäftigung mit den Naturwissenschaften aufzeigen sollen. Ausgehend
von Fragen insbesondere der Lernenden werden gemeinsam Aspekte identifiziert, die durch
fachliche Methoden und Kenntnisse erarbeitet werden können. Die Fachinhalte werden über
die verschiedenen Einheiten hinweg durch Basiskonzepte, die die typischen Denkweisen der
drei Fächer aufzeigen, strukturiert und verbunden. Die dritte Säule der Konzeption beschreibt
schließlich eine Vielfalt an Methoden, die besonders in der Begegnungs-, in der Neugier- und
Planungsphase sowie in der Erarbeitungsphase die Eigenaktivität der Schülerinnen und
Schüler anregen und fördern soll. Die vierte Phase, die Vertiefung und Vernetzung, muss
erfahrungsgemäß dagegen stärker von der Lehrkraft unterstützt und angeleitet werden. Diese
Grundkonzeption von Chemie im Kontext wurde von den anderen beiden Fächern adaptiert
und erweitert. Die Physik legte bspw. einen besonderen Schwerpunkt auf den Umgang mit
Schülervorstellungen, die Biologie nach Einführung der Bildungsstandards auf die
Entwicklung kompetenzbasierter Aufgaben.
Das hier aufgezeigte Projekt NaWi-5/6 ebnet nun den Weg vom fachbezogenen
Kontextunterricht zu einem stärker vernetzten naturwissenschaftlichen Denken, das im
Anfangsunterricht eine gemeinsame Basis für die nachfolgenden Fachperspektiven legen soll.
1
Im Folgenden schließt der Begriff Schüler auch weibliche Schülerinnen mit ein.
Umsetzung für die Jahrgänge 5 und 6
Der naturwissenschaftliche Unterricht in den Jahrgängen 5/6 soll für die Schüler eine
Brückenfunktion einnehmen zwischen dem Heimat- und Sachunterricht in der Grundschule
mit einem sehr breiten Perspektivrahmen und dem später einsetzenden Fachunterricht in der
Sekundarstufe I.
Damit bereitet das Projekt NaWi-5/6 die Lernenden explizit auf einen nach Fächern
differenzierten Unterricht nach der sechsten oder siebten Klassenstufe vor.
Für die konzeptionelle Gestaltung der entstehenden Unterrichtseinheiten stehen nicht nur die
Einführung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen und relevanter Fragen und
Kontexte im Zentrum, sondern auch eine Anbahnung der Basiskonzepte der naturwissenschaftlichen Fächer.
Dazu wurden im Vorfeld von Demuth. drei Basiskonzepte formuliert, die eine solche
Hinführung auf die in den länderübergreifenden Bildungsstandards [KMK 2004] definierten
Basiskonzepte der Fächer anbahnen sollen.
Nur mit Energie
kann man etwas tun
Auf der Welt geht
nichts verloren
Dinge beeinflussen
sich gegenseitig
Auf der Welt geht
nichts verloren
[Demuth, PdN-ChiS 5/57 Jg. 2008 ]
Die Basiskonzepte werden in allen Einheiten mit unterschiedlichen Gewichtungen anvisiert.
Kurzvorstellung der im Projekt NaWi-5/6 entstehenden Kontexte
Zurzeit entstehen im Projekt Nawi-5/6 acht unterschiedliche Unterrichtseinheiten. Die
Kontexte sind durch den Bezug auf die Basiskonzepte miteinander vernetzt. Jeder Kontext
fokussiert unabhängig vom Thema beispielhaft einen besonderen Schwerpunkt: z.B.
Binnendifferenzierung, Orientierung an Schülerfragen oder Beispiel für einen
fächerverbindenden Unterricht.
„Luft und Fliegen“ Wer baut das beste Fluggerät? Ausgehend von
einem Wettbewerb sollen Schüler animiert werden sich mit diesem
Kontext zu beschäftigen. „Warum fliegen Vögel? Wie fliegt ein
Flugzeug? Können wir einen Heißluftballon bauen?“ Zu diesen und
weiteren Schülerfragen werden handlungsorientierte Aufgabenstellungen und Versuche aus der Lebenswelt der Schüler angeboten.
„Leben“ „Wie schnell wachsen Menschen?“ „Wie kann man sich
bewegen?“ „Warum muss man eigentlich atmen?“ Warum sind
Lebewesen reizbar?“ „Warum müssen wir alt werden und sterben?“
„Gibt es Leben im Weltall?“ – An diesen und weiteren Schülerfragen
orientiert sich die Unterrichtseinheit „Leben“. Neben Fachinhalten und
naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen werden im Zusammenhang mit
Schülerfragen wie z.B. „Warum leben wir?“ und „Was passiert nach
dem Tod?“ auch die Grenzen der Naturwissenschaften aufgezeigt.
Der Kontext „Überleben in der Kälte“ verbindet Fragen aus der
Physik und der Biologie. Ausgehend von Schülerfragen werden
Themen der Wärmelehre und die Anpassung von Mensch und Tier
an verschiedene Lebensräume erarbeitet. Die Unterrichtseinheit
erfüllt beispielhaft die Forderung nach Differenzierungsmöglichkeiten.
„Wie werde ich richtig fit?“ Diese Frage stellt sich die fiktive
Schülerin Hanne in der gleichnamigen Unterrichtseinheit. Die
Lernenden begleiten Hanne während des gesamten Kontextes und
erfahren begleitet von Experimenten die Themen Fitness, Kraft
und Ernährung.
Der in diesem Heft präsentierte Kontext „Sand und Steine“
illustriert beispielhaft die Entwicklung von Unterricht aus
Schülerfragen heraus. Schüler werden angeregt, Sand und Steine
und ihre natürlichen Fundorte zu beobachten und viele Fragen zu
stellen. Mit Methoden wie z.B. Modellversuchen und
Hypothesenbildung lernen sie, wie Gesteinsmaterial sich laufend
verändert und dass dabei, so langsam dies auch geschieht,
naturwissenschaftliche Basiskonzepte wirksam sind.
Sie erhalten Beispielmaterialien und weitere Informationen zum Projekt auf der Website
www.nawi5-6.de.
Überblick
Begegnungsphase
Strandausflug mit Aufgaben am Strand und Gesteinsmaterial sammeln. Wenn das nicht
möglich ist: Stationsarbeit im Klassenraum
Planungsphase
Sammeln und Sichten von Schülerfragen aus der Begegnungsphase, Erstellen von Leitfragen
für die Erarbeitungsphase
Erarbeitungsphase
Ausgehend von der immer wieder auftauchenden Frage „Wie heißen die Steine?“ werden die
Steine vom Strand anhand objektiver Merkmale klassifiziert. Die weiteren Schülerfragen
lassen sich in vier Leitfragen einteilen:
Wie heißen die
Steine?
Welche
Gesteinssorten gibt
es?
Wie kann man sie
unterscheiden?
Können Steine sich
verändern?
Wie entstehen kleine
oder große Steine
und Sand?
Verändern sich die
Steine?
Können runde Steine
wieder eckig
werden?
Wie sind die Steine
entstanden?
Warum gibt es so
viele verschiedene
Steinsorten?
Wie entstehen die
Formen, Farben,
Oberflächen, Muster
auf den Steinen?
Warum glitzern
manche Steine?
Woher kommen die
Steine?
Wie sind die Steine
zu uns gekommen?
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
In der Vernetzungs- und Vertiefungsphase wird das erworbene Wissen aus der
Erarbeitungsphase mit weiteren Eigenschaften von Sand und Steinen wie Dichte und
Magnetismus vernetzt und vertieft.
Begegnungsphase
Die Begegnungsphase soll den Schülerinnen und Schülern eine authentische und vielfältige
Begegnung mit dem Kontext ermöglichen. Mit der folgenden Stationsarbeit soll der neue
Lerngegenstand so präsentiert werden, dass sich durch erste Erfahrungen der Schüler mit
dem neuen Kontext möglichst viele Fragen ergeben. Diese sollen im Unterricht aufgegriffen
und zu Forschungsfragen weiterentwickelt werden und geben der Einheit ihre Struktur.
Dem Kontext „Sand und Steine“ begegnen die Schüler am besten zuerst während eines
Ausflugs an einen nahe gelegenen Ostseestrand, an dem es viele Steine gibt - und Sand
sowieso. Am Strand können sie Steine und Sand so entdecken, wie sie bei uns natürlich
vorkommen. Zur Begegnung mit Sand gehört weiterhin, dass sie ihn nach dem Sammeln mit
Vergrößerung betrachten. Ist ein Strandausflug zu aufwändig oder nicht möglich, so kann
eine Begegnung auch in der Schule stattfinden.
Beim Beobachten und Fragen in der Begegnungsphase lernen die Schüler gleichzeitig
naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden kennen, die sie im Lauf der Einheit immer wieder
anwenden werden:
 genau mit den Sinnen beobachten (hier vor allem: Sehen und Fühlen);
 genau beschreiben;
 unterscheiden, ob eine Aussage eine Beobachtung oder eine Schlussfolgerung / Erklärung
ist;
 Objekte naturwissenschaftlich zeichnen, mit Maßstab und Beschriftung
(Anspruch differenziert nach Schülervoraussetzungen).
Die hier vorgestellte Begegnungsphase wurde an verschiedenen Schulen in fünf sechsten
Klassen als Stationsbetrieb erprobt und in vier fünften Klassen und zwei sechsten Klassen am
Strand. Die Vielfalt der resultierenden Kinderfragen war überwältigend. Dennoch ließen sich
über alle Gruppen hinweg besonders häufig gestellte Fragen herausfiltern:
 Wie heißen die Steine?
 Warum haben die Steine so verschiedene Formen, Oberflächen, Farben, Muster?
 Wie entstehen die Formen, Farben, ...?
 Wie entstehen die Löcher in manchen Steinen?
 Warum glitzern manche Steine? / Vergleiche zu Glas, Kristallen allgemein, Diamant
 Wieso gibt es so viele verschiedene Steinsorten?
 Wie entstehen kleine/große Steine/Sand?
 Woher kommen die Steine?
 Werden sich Steine verändern (vergammeln, kaputt gehen,...)?
 Wie entstehen Fossilien? Wie kommen die Fossilien in die Steine?
Einigen dieser häufig gestellten Fragen geht die vorliegende Unterrichtseinheit nach. Auf die
Behandlung von Fossilien wurde aus Zeitgründen verzichtet.
Die Stationen sollen Anregungen geben, wie die Lernenden dem Lerngegenstand Steine
begegnen können.
Begegnungsphase
Stationen:
Für den Strandbesuch oder den Besuch einer Kiesgrube und für eine Begegnungsphase im
Klassenraum werden sechs Stationen zur Verfügung gestellt:
 Station 1 – Steine raten
 Station 2 – Steine sortieren
 Station 3 – Was kannst du entdecken?
 Station 4 – Welcher Stein bin ich?
 Station 5 – groß und klein
 Station 6 (Klassenraum) – Vulkane- Geburtsort für Steine?
 Station 6 (Strand) – Steilküste
 am Strand optional (keine Station): Klassifizierung der Strandsteine
Für die Versuche werden benötigt:
 Mehrere Exemplare der acht oder neun verschiedenen Gesteinsarten von der
Bestimmungshilfe
 Feiner Sand
 Feiner Kies
 Mittelfeiner Kies
 Grober Kies
 Etwa faustgroße, verwitterte Steine, die später leicht zerschlagen werden können und
mgl. ähnlichfarbigen Sand zum Vergleichen
 Evtl. magnetischer (schwarzer) Sand (siehe Lehrerhinweise V2)
Das Sammeln dieser Sand- und Gesteinsproben kann gemeinsam beim Strandbesuch
geschehen.
I. Durchführung der Begegnungsphase am Strand
Organisatorisches:
Die Reihenfolge der Stationen ist (fast) unerheblich, nur muss Station 4 vor 5 bearbeitet
werden. Für die Stationen 1 und 2 können dieselben Steine verwendet werden.
Die Stationen sollten in Partnerarbeit durchlaufen werden. In einigen Stationen ist eine
Kooperation mit anderen Gruppen notwendig.
Jedes Kind bekiommt eine ausreichend große Anzahl an „Fragesteinen“ (Kärtchen) zum
Notieren der auftretenden Fragen zu den Stationen.
Ausstattung und Sicherheits-Vorkehrungen
Wie üblich bei Freiland-Ausflügen (Erste-Hilfe-Päckchen usw.), insbesondere:
feste Halb- oder Sportschuhe, Kleidung entsprechend der Jahreszeit (Achtung: Kälte durch
Wind und Reflektion des meist kalten Ostseewassers), Sonnenschutz, Handtücher zum
Draufsetzen und evtl. Füße abtrocknen, Essen und Trinken.
Betreuungsverhältnis
Mindestens 2-3 Begleitpersonen je Klasse sind von Vorteil.
Kriterien für einen geeigneten Ausflugsort
 genügend Steine in Handstückgröße (zum Sammeln);
 ausreichend breiter Strand, so dass sich die Gruppe gut bewegen kann;
 von Vorteil: Steilküste, aus der Steine herausgucken.
Begegnungsphase
Material für jede Gruppe
 Lupe
 Stationsbeschreibungen
 Steine-Kärtchen für auftretende Fragen
 Klemmbrett mit Gummiband zum Fixieren der Arbeitsblätter (Wind)
 Bleistift (Bleistift schreibt auch auf nassem Papier), Anspitzer
 Maßband oder Lineal
 Gefrierbeutel 3l und 6l zum Sammeln von Sand- und Steinproben
 Wasserfester Stift zum Beschriften der Probenbeutel oder mit Bleistift beschriftete Zettel
mit in den Beutel legen
 Rucksack oder feste (Stoff-) Beutel für den Abtransport der Proben
Wenn man schon am Strand Steine bestimmen möchte (nicht Bestandteil der
Stationsarbeit, aber sinnvoll, um genügend Steine für die Weiterarbeit zu sammeln zu
können):
 Laminierte Bestimmungshilfen
 Zitronensaft-Konzentrat zur Identifikation von Kalkstein
Begegnungsphase
Strand-Station 1: Steine raten
Diese Aufgabe eignet sich besonders in jüngeren Klassen. Falls abzusehen ist, dass die
Schüler sich langweilen werden, gleich weiter zu Aufgabe 2.
In Kleingruppen zu je 2-4 Schülern arbeiten.
1. Schüler über den Strand laufen lassen mit der Aufforderung:
„Sucht euch einen bestimmten Lieblingsstein aus für die nächste Aufgabe. Wählt einen
Stein in Handstückgröße = einen Stein, der gut in einer Hand liegt (Größe etwa Hühnerei
bis Orange).“
2. In der Kleingruppe einander die Lieblingssteine zeigen. Dann sich gegenseitig hinter
dem Rücken mehrere Steine hintereinander anreichen und fühlen lassen, welcher davon
der Lieblingsstein ist.
3. Kinder notieren Fragen auf den Steine-Kärtchen.
Strand-Station 2: Steine sortieren
1. Kinder untersuchen die Steine aus Station 1 genauer. Beim Beschreiben der Steine gehen
sie vor allem auf Merkmale ein wie
 Form,
 Farbe / Farbverteilung („Muster“),
 Reflexion / Lichteffekt („Glitzern“),
 Oberflächenstruktur / Kanten / Ecken („Anfühlen“)
 Größe,
 Gewicht;
2. Die Kinder sortieren ihre Steine nach den Eigenschaften und halten ihre Ergebnisse auf
dem Notizzettel fest.
3. Kinder notieren Fragen auf den Steine-Kärtchen.
Begegnungsphase
Strand-Station 3: Was kannst du entdecken?
Haben am Strand die Steine und der Sand etwas miteinander zu tun, und wenn ja, was?
Hierüber bestehen bei Kindern durchaus Unklarheiten. Manche Kinder reagieren erstaunt,
wenn sie am Spülsaum zwischen den Steinen den Sand betrachten. „Da sind ja kleine
Steinchen drin!“ rufen sie und fragen dann z.B. „Wie kommen die Steinchen in den Sand?“
und „Wie groß können Steine werden?“
Hieraus wird die Fehlvorstellung deutlich, dass aus kleinen Sand- und Kieskörnchen immer
größere Steine wüchsen. Vielleicht übertragen die Kinder diese Vorstellung einfach aus der
Biologie auf die Steine.
Im Laufe der Einheit lernen die Kinder das Prinzip der Verwitterung kennen – ein treffendes
Beispiel für die Basiskonzepte. „Auf der Welt geht nichts verloren“ (aus Steinen ist Sand
geworden), „Dinge wirken aufeinander ein“ (Steine – Sand – Wasser) und „Nur mit Energie
können wir etwas tun“ (Wind – Wellenbewegung – Sonne). In der Erarbeitungsphase
modellieren die Kinder Verwitterung selbst, indem sie z.B. Steine in Sand umwandeln (E4)
und Steine abschleifen (E6).
Um die wichtige Frage aufzuwerfen, warum es große und kleine Steine gibt, sollen die Kinder
außer den Steinen unbedingt auch den Sand ansehen. Im Gegensatz zum homogenen
Quarzsand deutscher Nordseeküsten ist an den steinigen Ostseestränden der Sand äußerst
vielfältig, sowohl in der
Kornzusammensetzung als auch in der
Partikelgröße. Dies liegt daran, dass
viele Steine durch Aneinanderschlagen
im Bereich der Wellen, durch
Temperaturschwankungen / Frost und
chemischer Zersetzung an Ort und
Stelle zu Kies und Sand verwittern.
Manche grobkörnigen Steine wie
Granite und Gneise sind so stark
angewittert, dass Kinder sie sogar mit
der Hand zerbröseln können.
Mit der Lupe sollen Sand- oder feine Kieskörner dann genauer betrachtet werden.
Die Beobachtungen sollen ausgetauscht werden und neue Fragen aufwerfen.
Wichtigste Beobachtung für alle Fragen rund um die Größe von Steinen:
Zwischen Steinen und Sand gibt es „kleine Steine“ in allen Zwischengrößen.
In verschiedenen Bereichen des Strands liegt verschiedenes Lockermaterial
(vereinfacht: Sand). Definition:
Sand < 2 mm < Kies < 6 cm < Geröll/Steine
Begegnungsphase
a) Hier liegt grobes Material mit heterogener Kornverteilung: Sand vermischt mit Kies
bis hin zu Steinen; Schalen und Schalentiere. Hierzu im Bereich des Spülsaums eine
Handvoll Lockermaterial aufheben und ansehen. Sollte die Zeit knapp werden,
dennoch darauf achten, dass alle Schüler dieses Vorkommen bemerkt haben. Eine
Probe im Gefrierbeutel mitnehmen, mit Beschreibung des Fundorts versehen.
b) Mitten auf dem Sandsteifen: „Normaler Sand“, homogene Korngröße, überwiegend
grau-gelb (Quarzsand), aber auch viele Körner anderer Farbe, kleine Schalenteile von
Organismen (Sprudeln mit Zitronensaftkonzentrat). Auch hiervon eine Probe
mitnehmen und beschriften.
c) Direkt am Fuß der Steilküste: Feines Material unmittelbar aus der Steilküste: ein
Gemisch aus Ton (klebrig wenn feucht), Kalk (reagiert mit Säure) und Sand (spürbar
zwischen den Fingern). Fachausdruck: Geschiebemergel Auf Geschiebemergel wird in
der Erarbeitungs- und Vertiefungsphase nicht näher eingegangen.
In höher gelegenen, flachen Strandbereichen oder am Fuß von Mauern findet man teilweise
Sand homogener Korngröße mit schwarz-violettem Farbeindruck. Dieser sieht oft aus wie
„Ölschlieren“. Hier liegt ein hoher Anteil von Schwermineralen wie Magnetit (schwarz) oder
Granat (rosa durchscheinend). Dieser Sand wird für V2 und V3 benötigt. Dazu muss eine
Probe eingesammelt, beschriftet und in der Schule gut getrocknet werden.
Sandproben sammeln:
Jede Kleingruppe nimmt eine Probe von einer anderen Sorte von Sand.
Material: Klemmbrett mit Bleistift und Probenzettel, 2 Gefrierbeutel je Probe.
 Probenzettel ausfüllen.
 Sand in einen Gefrierbeutel füllen und zuknoten.
 Probenzettel falten (nach außen, so dass Namen sichtbar sind) und mit dem Sand-Beutel in
den zweiten Beutel legen, zweiten Beutel zuknoten.
Beim Auspacken in der Schule:
Beutel mit übrigem Lockermaterial öffnen und Material bis zur nächsten Schulstunde gut
trocknen lassen, hierzu evtl. auf Zeitungspapier ausbreiten.
Begegnungsphase
Strand-Station 4: Ein großer Stein am Strand
1. Einen großen Stein beschreiben und zeichnen
Jede(r) sucht sich einen Stein aus, zeichnet, misst und beschreibt ihn so genau wie
möglich auf dem Arbeitsblatt:
Kopfzeile mit allgemeinen Angaben
(Fantasie-)Name für den Stein, eigener Name, Fundort, Datum.
Zeichnung
 Besonderheiten hervorheben, die den Stein gegenüber den anderen Steinen
auszeichnen.
 Es können Ansichten von mehreren Seiten gezeichnet werden.
 Ausschnitt-Vergrößerungen sind möglich, um Details hervorzuheben.
 Angaben zu Farben an die Bleistiftzeichnung schreiben, wo es sinnvoll ist.
 Stein messen: Wie groß ist die Ansicht wirklich, die ich verkleinert oder vergrößert
gezeichnet habe? Maßstab neben die Bilder zeichnen mit cm-Angabe, wie sie am Stein
gemessen wurde.
Beschreibung
Stein beobachten (sehen und fühlen) wie bei der Lieblingsstein-Übung, Beobachtungen
notieren.
Gruppen, die fertig sind, tauschen ihre Beschreibungen mit denen einer anderen Gruppe
aus. Ist der Stein so gut beschrieben, dass ihn eine andere Gruppe anhand der
Beschreibung findet?
2. Fragen notieren
Strand-Station 5: groß und klein
Zu dem großen Stein aus Station 4 sollen mehrere passende kleine Steine gefunden werden.
Hier sollen die Schüler Merkmale erkennen und beschreiben, evtl. wundern sich einige,
warum es den Stein in klein und groß gibt. Fragen notieren.
Solange die Kinder die Klassifizierung der Strandsteine noch nicht kennen, werden die Steine,
die sie aussuchen, einigermaßen ähnlich aussehen, aber nicht unbedingt zur gleichen Sorte
gehören.
Strand-Station 6: Steilküste
Hier sollen die Kinder eine Skizze der Umgebung erstellen und einzeichnen, wo überall
Steine liegen. Steine befinden sich in der Steilküste, auf dem Sandstreifen und auch unter der
Meeresoberfläche. Fragen notieren.
Inzwischen müsste unter den Schülern die Frage aufgekommen sein: „Wie kommen die Steine
an den Strand?“ Um diese Frage im Laufe der Einheit beantworten zu können, müssen die
Schüler von der Küste einige wichtige Beobachtungen mitnehmen, auf die sie später aufbauen
können. Dazu gehören vor allem die 3 folgenden:
Begegnungsphase
1. Die Küste wird auf natürliche Weise laufend zerstört.
Die Steilküste hinter dem Strand besteht nicht aus Fels, sondern aus mineralischem
Lockermaterial (Sand, Ton und Kalk). Dieses wird ständig vom Regen erodiert – zu
erkennen an kleinen Bachläufen, Hangrutschungen, herabgestürzten Bäumen. Menschen
leiten Regenwasser in künstliche Rinnen und schützen die Küste mit Wällen, Netzen,
Beton vor Meereswellen. Die Ostseeküste weicht jedes Jahr durchschnittlich 60-80 cm
zurück.
Begegnungsphase
2. Aus dem Kliff der Steilküste schauen Steine heraus, wie sie auch am Strand
herumliegen!
Dies ist die wichtigste Beobachtung für die Frage der Herkunft der Steine – wenn irgend
möglich, sollten alle dies zumindest an einer Stelle gesehen haben. Fotos helfen bei der
Erinnerung später im Klassenraum.
„Wie kommen die Steine an den Strand?“ Zuletzt kamen sie aus der Steilküste heraus. Das
feine Material um sie herum ist weggewaschen worden, daraufhin sind die Steine auf den
Strand gefallen oder gerutscht. Alle Strandsteine waren einmal in feines Küstenmaterial
eingebettet, auch diejenigen, die unter der Meeresoberfläche liegen. Das bedeutet, dass die
Kliffkante einmal weit draußen vor der heutigen Küstenlinie gelegen hat (Einzelheiten,
Karten und Bilder: siehe Schmidtke, 2004). Zeitraum der Küstenerosion: einige tausend
Jahre.
Wie kamen die Steine in das Kliff hinein? Die Kliffkante ist nur ein Ausschnitt in die
hunderte Kilometer ausgedehnte Lockergesteinsmasse (Moränen, Geschiebe), welche die
Gletscher der letzten Eiszeit in Nord- und Mitteleuropa hinterlassen haben (Einzelheiten,
Karten und Bilder siehe Schmidtke, 2004). Zeitraum der letzten Eiszeit: einige
zehntausend Jahre.
3. Die Steine sind insgesamt zu groß für weiten Transport durch Wasser. Es sind zu
viele und sie liegen zu ungeordnet, um von Menschen abgelegt worden zu sein.
Aufmerksamkeit der Schüler auf die größten Steine lenken, sie überlegen und erkennen
lassen: Diese Steine sind wahrhaftig zu groß und schwer, als dass sie von Meereswellen
hätten angeschwemmt werden können - grundsätzlich sinken Steine schließlich in Wasser.
Und so wie viele dieser Steine herumliegen (abgesehen von Molen und Strandwällen), sind
sie sicher nicht von Menschen abgelegt worden.
Begegnungsphase im Klassenraum
Organisatorisches:
 Alle Stationen sollten jeweils mindestens doppelt aufgebaut werden.
 Die Reihenfolge der Stationen ist unerheblich (am Strand muss Station 4 vor 5 bearbeitet
werden). Station 1 sollte vor 2 bearbeitet werden.
 Die Stationen sollten in Partnerarbeit durchlaufen werden.
An jeder Station liegt eine ausreichend große Anzahl an „Fragesteinen“ (Kärtchen) zum
Notieren der auftretenden Fragen zu den Stationen bereit.
Material
 verschiedene Steine vom Strand, möglichst unterschiedlich
(für drei Stationen – je 6 – 8 Stück)
 kleine Steine, Kies , Sand
 Lupen
 Pinzetten, um Sandkörner zu picken, besser: feine Haarpinsel mit angefeuchteter Spitze
 Stationskarten laminiert
 Info-Bogen
 Stein-Kärtchen für Fragen
 PC für Film Vulkanausbruch
Die Stationsbeschreibungen der Stationen 1-3 sind identisch mit denen am Strand.
Station 4: Welcher Stein bin ich?
Auf dem Tisch liegen ein paar (5-8) ähnlich aussehende Steine (z.B. lauter weiße oder rote
Steine, Feuersteine…). Je ähnlicher sich die Steine sind, desto anspruchsvoller ist diese
Aufgabe. Jedes Kind wählt sich einen aus, den es so genau beschreibt, dass der Partner diesen
Stein herausfindet.
Station 5: groß und klein
Für diese Station werden Pappteller, Lupen und Pinzetten oder angefeuchtete feine Haarpinsel
benötigt. Die Kinder sollen gleichfarbige Steine, Kies und Sand zusammenlegen und darüber
sprechen. Auftretende Fragen werden notiert.
Station 6: Vulkane – Geburtsort für Steine?
Auf dem Computerbildschirm wird ein Link zu einem Video mit einem Vulkanausbruch
gelegt. Einen geeigneten Vulkanausbruch findet man beispielsweise bei Youtube mit den
Suchbegriffen „Volcano Lava“: oder „Eyjafjallajökull“. Auftretende Fragen werden notiert.
Neugier- und Planungsphase
Fragen gemeinsam sichten und ordnen
Direkt an die Begegnung schließt sich die Neugier- und Planungsphase an. Gemeinsam
werden die Fragen nun gesichtet, geordnet und ausgewählt. Dazu gibt es verschiedene
Möglichkeiten:
A) Wenn nur wenige Fragen gestellt wurden: Die Fragen werden an der Tafel
gemeinsam gesichtet und nach Unterthemen geordnet (Cluster, Mindmap).
Gemeinsam wird über die Bearbeitungsreihenfolge entschieden.
B) Alle Fragen werden für alle sichtbar ausgestellt. Die Kinder entscheiden, welche
Fragen ihnen am wichtigsten sind und welche sie unbedingt in der Unterrichtseinheit
klären möchten. Dazu erhält jedes Kind eine Anzahl von Klebepunkten, die es an
seine Favoriten vergeben kann. Die Fragen, die am häufigsten ausgewählt wurden,
bilden die Grundlage für den weiteren Verlauf der Einheit.
C) Jedes Kind sucht sich einen Partner und stellt diesem seine eigenen Fragen vor.
Gemeinsam müssen die beiden sich nun auf die drei wichtigsten Fragen einigen.
Jedes Paar sucht sich nun ein weiteres Paar, stellt die drei Fragen vor und zu viert
muss sich die Gruppe auf die drei wichtigsten Fragen einigen. Schließlich stellt die
Gruppe der Klasse ihre Favoriten vor. Je nach Klassenstärke und Doppelungen
bleiben so meist zwischen 6 und 10 Fragen übrig.
D) Für geübte Klassen: In kleinen Teams von 2 – 3 Kindern wird jeweils eine Frage
arbeitsteilig bearbeitet und sowohl der Erkenntnisprozess als auch das Ergebnis der
Klasse präsentiert.
Mit den Möglichkeiten C und D werden besonders die Kompetenzbereiche Kommunikation
(kommunizieren und argumentieren, dokumentieren und präsentieren) und Bewertung
(erkennen und analysieren, Perspektivenwechsel) angesprochen und sollten daher bei der
Planung des Unterrichts den Möglichkeiten A und B vorgezogen werden.
In jedem Fall sollte die Lehrkraft die wichtigsten Fragestellungen im Auge behalten und
eventuell selbst ergänzen, wenn bestimmte Bereiche von den Kindern nicht angesprochen
wurden. Nach unseren Erfahrungen kommt das allerdings eher selten vor.
Die zur Bearbeitung ausgewählten Fragen können auf einem großen Plakatbogen als
Steinhaufen visualisiert werden. Jede geklärte Fragestellung wird vom Haufen entfernt.
Vielleicht wird auf einem zweiten Plakat ein Turm, eine Mauer oder Ähnliches aus den
Steinen der beantworteten Fragen errichtet.
Neugier- und Planungsphase
Von Schülerfragen zu Leitfragen für den Unterricht
Die vorgehend beschriebene Begegnungsphase wurde in fünf sechsten Klassen im
Klassenraum erprobt und in vier fünften Klassen und zwei sechsten Klassen am Strand. Die
Vielfalt der Schülerfragen war überwältigend. Dennoch ließen sich über alle Gruppen
hinweg besonders häufig gestellte Fragen herausfiltern:
 Wie heißen die Steine?
 Warum haben die Steine so verschiedene Formen, Oberflächen, Farben, Muster?
 Wie entstehen die Formen, Oberflächen, Farben, Muster?
 Wie entstehen die Löcher in manchen Steinen?
 Warum glitzern manche Steine? Vergleiche zu Glas, Kristallen allgemein, Diamant.
 Wieso gibt es so viele verschiedene Steinsorten?
 Wie entstehen kleine und große Steine? Wie entsteht Sand?
 Woher kommen die Steine?
 Werden sich Steine verändern, vergammeln, kaputt gehen?
Wie kommen die Tiere (Fossilien) in die Steine?
Neugier- und Planungsphase
Einige dieser häufig gestellten Fragen sollen in der Planungsphase aufgegriffen und zu
Forschungsfragen weiterentwickelt werden. Die Forschungsfragen, zusammengefasst in
übergeordneten Leitfragen, geben der weiter folgenden Einheit ihre Struktur. Auf die
Behandlung von Steinen mit Löchern und von Fossilien wurde aus Zeitgründen verzichtet.
Ordnet man die auftretenden Schülerfragen nach Schwerpunkten, so finden sich in allen
Klassen, in denen die Begegnungsphase durchgeführt wurde, vier zentrale Themen wieder.
1. Gesteinsbezeichnungen
Schülerfragen:
Wie heißen die Steine?
Was sind das für Steine?
Was für Steine gibt es?
2. Veränderung und Erhaltung
Schülerfragen:
Können Steine sich verändern?
Wieso sind mache Steine klein und manche groß?
Wie alt sind die ältesten Steine?
Warum sind da Ritzen /Risse drin?
Wie wachsen Steine?
3. Entstehung und Aussehen
Schülerfragen:
Wie sind die Steine entstanden?
Wie entstehen die Formen, Farben, Oberflächen und Muster
auf den Steinen?
Warum gibt es so viele verschiedene Gesteinssorten?
Warum sind manche Steine so schwer?
Warum glitzern manche Steine?
Was ist das Schwarze im Sand?
4. Herkunft der Steine
Schülerfragen:
Woher kommen die Steine?
Werden aus Schlamm Steine?
Werden aus kleinen Steinen immer größere Steine?
Sind die Steine als Kometen auf die Erde gefallen?
Zum erste Thema – Gesteinsbezeichnungen – werden die Schüler unabhängig von den
anderen Fragen einige Gesteinsnamen kennen lernen, nach denen sie einen Großteil der
Steine werden klassifizieren können.
Die anderen drei Themen werden unter je einer Leitfrage (oben fett gedruckt)
zusammengefasst.
Thema „Veränderung und Erhaltung“
 1. Leitfrage: Können Steine sich verändern?
Thema „Entstehung und Aussehen“
 2. Leitfrage: Wie sind die Steine entstanden?
Thema „Herkunft der Steine“
 3. Leitfrage: Woher kommen die Steine?
Diese drei Leitfragen bildeten den Schwerpunkt bei der Entwicklung des
Unterrichtsmaterials für die Erarbeitungsphase.
Erarbeitungsphase
Wie heißen die Steine?
E1 Wie heißen die Steine?
Zu dieser Unterrichtsstunde gehören Schülerbogen, Merkmalkarten, Präsentationsbogen,
Übersicht über die 7 Gesteinsarten, Fotos und Namen der Gesteinsarten.
Der Schülerbogen muss nicht unbedingt ausgegeben werden. Die Stunde kann auch
mündlich angeleitet werden, wobei der Schülerbogen als Orientierung für die
Unterrichtsphasen dient.
Die Merkmalkarten müssen siebenfach farbig ausgedruckt werden, damit jede Gruppe einen
Satz Karten erhält. Die Karte rau sollte mit einem Stück Schleifpapier beklebt werden, die
Karte glatt mit einer sehr glatten Folie. Sinnvollerweise werden die Karten laminiert, damit
sie wiederverwendbar sind (natürlich nicht über das Schleifpapier und die glatte Folie).
Jede Gruppe erhält einen Präsentationsbogen. Er soll den Steckbrief vorstrukturieren. Er wird
auf DIN A3 vergrößert, damit er bei der Präsentation für alle lesbar ist. Leistungsstarke
Kinder können ein Plakat auch frei gestalten.
Die Übersicht über die 7 Gesteinsarten kann im Raum ausgehängt werden. Dort können die
Kinder nachschauen, wenn sie unsicher sind.
1. Schritt:
Die am Strand gesammelten Steine werden von den Kindern in die vorbereiteten Körbe
abgelegt. An jedem Korb hängt ein Foto mit Namen der Gesteinssorte. Am besten
arbeiten die Kinder zu zweit, damit sie sich über ihre Entscheidung austauschen müssen.
2. Schritt:
Die Zuordnungen der Kinder werden gemeinsam überprüft.
3. Schritt
Die sieben Gesteinskörbe werden an sieben Gruppen ausgegeben. Jede Gruppe erstellt
einen Steckbrief.
4. Schritt
Die Gruppen stellen ihre Gesteinsart vor.
Fachlicher Hintergrund:
Die meisten Steine der Ostseestrände lassen sich den sieben hier genannten Gruppen
zuordnen. Zwei weitere Untergruppen sind auf der folgenden Seite erläutert. Alle Steine
lassen sich noch spezifischer nach Untergruppen und Herkunftsorten zuordnen.
Zusatzaufgabe
Suche dir einen Porphyr oder Granit heraus. Versuche mit Hilfe der Internetseite
www.strandsteine.de die Herkunft des Steins zu bestimmen.
Können Steine sich verändern?
E2 Wie entsteht Sand?
Es ist im Interesse der Sicherheit sinnvoll, einen
Geologenhammer zu benutzen (vgl. Abb. rechts).
Seine Legierung ist für das Zerschlagen von
Steinen ausgelegt. Normale Hämmer können
splittern oder zerbrechen und Verletzungen
verursachen. Als Alternative bietet sich der
Erwerb eines Maurerhammers „Rheinische Form“
an (vgl. Abb. unten).
Man sollte möglichst grobkörnige verwitterte Steine wie Gneis
oder Granit verwenden. Sie sind leichter zu zerschlagen als
feinkörnige wie Basalt oder Porphyr. Auf keinen Fall
Feuersteine zerschlagen! Sie zersplittern unkontrolliert und
gefährlich!
Von dem Stein muss vorher ein Stück abgeschlagen und für
Versuch E03a aufbewahrt werden. Die Plastikwanne muss
stabil und groß genug sein. Die Seitenränder der Wanne kann man auch erhöhen, indem man
Tücher unter die Gehwegplatte klemmt und die anderen Gruppenmitglieder sie als
Seitenwände an drei Seiten aufspannen. Als Tücher eignen sich zerschnittene Bettlaken,
Geschirrtücher o.Ä.. Der Stoff sollte möglichst glatt sein, damit möglichst wenig Steinsplitter
darin hängen bleiben. Als Auffangwanne eignen sich auch große Aufbewahrungskisten aus
Stoff, die man mit Folie auslegt (siehe Foto). Man kann sie z.B. in einem bekannten
schwedischen Möbelhaus erwerben.
Sicherheitsanweisungen:
Jeder muss eine Schutzbrille tragen. Die Person mit dem Hammer bekommt
Arbeitshandschuhe. Alle Kinder müssen aufpassen, dass sie nicht in die Nähe Hammers
geraten und ihr Gesicht vor Steinsplittern schützen, also ihren Kopf wegdrehen.
Mögliche Schülerantworten: Unser Stein wiegt x g. Die Steinsplitter wiegen zusammen y g.
Der Unterschied beträgt z g.
Der Masseunterschied ist sehr gering. Er entsteht, weil wir nicht alle Splitter auffegen und mit
wiegen konnten.
Fachlicher Hintergrund:
Sand ist ein Verwitterungsprodukt von Steinen. In der Natur geht nichts verloren, die
Gesteine unterliegen einem Kreislauf. Sie entstehen z.B. durch Vulkanismus (E02) aus
flüssigem Gestein. Das Gestein ist Wind und Wetter ausgesetzt und verwittert (s.u.). Es
zerfällt zu immer kleineren Gesteinsteilchen, bis man z.B. nur noch Sand oder feinen Ton
übrig hat. Aus Sand kann durch Druck und Hitze neues Gestein entstehen (Sandstein), aus
Ton Tonstein.
In der Literatur über Geo-Fehlkonzepte ist die Verwechselung von Verwitterung und Erosion
immer wieder ein Thema. Zwischen Verwitterung und Erosion gibt es einen wichtigen
Unterschied:
Können Steine sich verändern?
Verwitterung bedeutet die Zersetzung von Gestein durch Umwelteinflüsse - physikalisch,
chemisch, biologisch - an Ort und Stelle.
Erosion ist der Abtransport von Gesteinsmaterial von seinem Ursprungsort. Das Material
kann verwittert sein (Boden oder Sand wird weggespült oder weggeblasen) oder unverwittert
(Felsen werden von Wasser ausgehöhlt oder von Eis abgerieben - man spricht von "glazialer
Erosion").
Können Steine sich verändern?
E3a+b Was ist Sand
Es gibt zwei Schülerbögen.
a.) Basisbogen: Vergleich Gesteinssplitter mit Ausgangsgestein
b.) weiterführender Bogen: Vergleich natürlicher Sand – Gesteinssplitter
Der verwendete Sand sollte farblich den Gesteinssplittern aus E02 (Wie entsteht Sand)
möglichst ähnlich sein, damit die Kinder ihre Beobachtung nicht in erster Linie auf
Farbunterschiede konzentrieren.
Fachlicher Hintergrund:
Sandkörner sind Verwitterungsprodukte von Steinen. Dies legt den Gedanken nahe, dass
irgendwann alle Steine zu Sand verwittert sein werden und nur noch Sand übrig ist.
Dem ist nicht so, da auch aus dem Sand neue Steine entstehen.
Wenn Sand sich am Meeresgrund absetzt, sich viele andere Sandschichten darüber ablagern
und er tief unter die Erdoberfläche versenkt wird, entsteht unter hoher Temperatur und
hohem Druck Sandstein, siehe E06 (Wie entstehen die „Streifen“ im Sandstein?).
Mögliche Schülerantworten:
a. Es tauchen in beiden Proben die gleichen Farben und Kristallformen auf. Im
zerschlagenen Gestein sind die Kristalle evtl. kleiner.
b. Hier sind Farben und Formen unterschiedlich, weil die Proben aus unterschiedlichem
Material sind. Außerdem sind die natürlichen Sandkörner runder. Sie wurden durch
Reibung an anderen Steinen, Sand und Wasser rund geschliffen.
Die beiden Zeichnungen sollten diesen Unterschied hervorheben.
Zusatzaufgaben:
1. Quietschender Sand und singende Dünen – nur Quatsch oder gibt es das wirklich?
2. Warum kann man mit Sand die Zeit messen, mit Wasser allerdings nicht?
Antworten:
1. Unter bestimmten Bedingungen kann Sand quietschen. Er muss z.B. kalkfrei und reich an
Silikaten (z.B. Feldspäte, Glimmer, Tonminerale, Granat, Olivin oder Pyroxene) sein und
die Korngröße muss zwischen 150-500 Mikrometern groß sein. Außerdem muss er
besonders geschichtet sein, aus glatten, runden Sandkörnern bestehen und einen
bestimmten Wassergehalt aufweisen. Dann kann durch Druck und Reibung auf die
Sandkörner ein quietschendes Geräusch erzeugt werden. In Australien wurde ein ganzer
Strand danach benannt: Squeaky Beach. Eine Geräuschprobe gibt es unter
http://de.wikipedia.org/wiki/Sand.
In fast allen Trockenwüsten (z.B. Arabische Wüste, Gobi, Namib, Sahara) oder großen
Dünenlandschaften kann man dem Phänomen des Singenden Sandes begegnen. Durch
das Abrutschen von Sand an den Dünen entstehen laute, tiefe Brummgeräusche, die bis
zu 15 min anhalten können und weit hörbar sind (10 km und mehr).
Können Steine sich verändern?
2. Sand verhält sich teilweise wie eine Flüssigkeit und teilweise wie ein Feststoff. Sand
rieselt immer gleichmäßig durch eine Öffnung in der Sanduhr, egal wie hoch die
Sandsäule darüber ist. Das liegt daran, dass die Sandkörner sich gegenseitig anziehen
und eine lose Verbindung eingehen. Sie bilden eine Art bogenförmige Sandbrücken, die
dafür sorgen, dass die Rieselgeschwindigkeit gleich bleibt. Bei Wasser oder anderen
Flüssigkeiten nimmt mit der Füllhöhe der Druck auf die Öffnung zu, d.h. die
Fließgeschwindigkeit nimmt mit dem Sinken der Flüssigkeitssäule ab. Somit läuft Wasser
nicht gleichmäßig ab.
Können Steine sich verändern?
E4 Wie entstehen glatte Steine
Glatte und raue Steine (keine Feuersteine nehmen, deren glatte Flächen entstehen nicht durch
Abschleifen) zum Fühlen und Vergleichen bereitstellen.
Zum Schleifen müssen weiche Gesteinsarten ausgewählt werden, damit der Schleifvorgang
nicht zu mühsam wird. Es eignen sich z.B.: Speckstein (Talk, Härte 1), Fluorit (Flussspat,
Härte 4), Kalkstein (Härte 3), Gips (Härte 2) oder Marmor (Härte 3-4). Diese Mineralien
bekommt man im Mineralienhandel.
Die Kinder müssen darauf hingewiesen werden, dass diese Prozesse in der Natur sehr
langsam ablaufen und mehrere tausend Jahre benötigen, je nachdem wie hart der geschliffene
Stein ist und welchen Prozessen er ausgesetzt war.
Fachlicher Hintergrund:
In der Natur findet man in Flüssen und am Strand besonders viele glatte Steine. Sie wurden
durch Transport rundgerollt und durch das Anstoßen an andere Steine oder Sand geschliffen.
Das geschieht meist im Wasser, aber auch durch Sand und Wind können Steine regelrecht
gesandstrahlt werden (sog. Windkanter entstehen auf diese Art und Weise).
Es dauert jedoch viele Jahre, bis so eine Stein glatt geschliffen ist. Je nach Härte des Gesteins
kann es auch hunderte bis tausende Jahre dauern. Auch die glatten Steine werden weiter klein
geschliffen, bis sie selbst zu feinstem Sand werden.
1820 untersuchte der Österreicher Mineraloge Friedrich Mohs Mineralien auf ihre Ritzhärte
und stellte die nach ihm benannte Härteskala von Mineralien zusammen. Sie enthält zehn
Minerale mit den Härtegraden 1 bis 10, von denen jedes Mineral das vorherige ritzt. Die
Härteschritte zwischen den Abstufungen sind jedoch nicht linear. Sie finden diese Skala in
den Bestimmungshilfen unter „Eigenschaften ausgewählter Mineralien“.
Mögliche Schülerantworten:
Die Oberfläche ist eben und glatt geworden und glänzt. Das Wasser ist milchig-trübe, das
Abgeschliffene setzt sich teilweise am Boden nieder. Vorher war der Stein matt. Mit der
Lupe sieht man viele kleine Hügel. An der geschliffenen Stelle sind keine Hügel mehr zu
sehen, nur winzig kleine Löcher.
Sand und andere Steine übernehmen in der Natur die Funktion vom Schleifpapier.
Die Energie kommt von Strömungsbewegungen im Wasser, verursacht durch Gefälle,
Gezeiten oder Wellen sowie vom Wind.
Zusatzaufgaben:
1. Erkundige dich, wie die schönen glänzenden Handschmeichler (sogenannte
Trommelsteine) entstehen, die man in einigen Läden und auf Weihnachtsmärkten kaufen
kann.
2. Was sind Windkanter?
Lösungen:
1. Die Steine werden mit Schleifmittel mehrere Tage in einer Trommeldose gedreht, bis sie
glattgeschliffen sind. Dabei wird nach mehreren Tagen das Schleifmittel erneuert und
gegen ein feineres Schleifmittel ausgetauscht.
2. Windkanter sind Steine, die durch Wind und Sand in einer vegetationsarmen Gegend,
z.B. in einer Wüste, an der Luv-Seite abgeschliffen werden und dadurch ausgeprägte
Kanten bekommen.
Können Steine sich verändern?
E5 Wie gehen Steine kaputt?
Für eine Frostsprengung im Gefrierfach, bei der die Flasche richtig zerplatzt, ist eine große
Glasflasche mit einem Volumen von 0,7 l oder 1 l mit Schraubverschluss (z.B. Wein- oder
Wasserflasche) notwendig.
Fachlicher Hintergrund:
Wasser ist die einzige chemische Verbindung auf der Erde, die in allen drei
Aggregatzuständen (fest – flüssig – gasförmig) in der Natur vorkommt.
Sie ist auch die wichtigste Verbindung, denn: ohne Wasser - kein Leben.
Dem Wasser verdanken wir unsere Temperatureinteilung nach Grad Celsius. Der
Wissenschaftler Anders Celsius hat den Gefrierpunkt 0°C genannt, der Siedepunkt 100°C.
Das Wassermolekül ist dipolar aufgebaut, d.h. es gibt starke zwischenmolekulare
Anziehungskräfte, die für ungewöhnliche Eigenschaften des Wassers sorgen.
So hat Wasser eine starke Oberflächenspannung. Dadurch hat Wasser einen für seine
Molekülgröße relativ hohen Siedepunkt. Es hat die größte Verdampfungsenthalpie aller
chemischen Stoffe.
Auch bewirkt die Dipolarität, dass Wasser seine größte Dichte bei etwa 4°C hat (Anomalie
des Wassers).
Beim Gefrieren sinkt seine Dichte schlagartig. Die Molekülstruktur ändert sich beim
Erstarren so, dass die Dichte um etwa 9% abnimmt. Das führt dazu, dass Eis auf Gewässern
schwimmt und das Leben im Wasser im Winter nicht erfriert.
Bei der Molekülumordnung beim Erstarren wird so viel Energie freigesetzt, dass
Glasflaschen, Steine und sogar ganze Straßenzüge durch die Sprengkraft des Eises zerstört
werden können.
Mögliche Schülerantworten:
Beobachtung zu der Flasche: Die Flasche ist zerbrochen.
Beobachtung zu den Steinen: Wir können einige Körner vom Stein leicht abbrechen.
Erklärung: Beim Gefrieren dehnt sich Wasser aus. Dabei entwickelt es solche Sprengkraft,
dass sogar Stücke von Steinen abplatzen können.
Zum Schluss die Leitfrage „Können Steine sich verändern“ wieder aufgreifen und im
Unterrichtsgespräch reflektieren.
Zusatzaufgabe
1. Sieh dir das Video „Kann Wasser Felsen sprengen“ an.
Beschreibe, wie Wasser Glas, Stein und sogar Eisen zersprengen kann.
Das Video „Kann Wasser Felsen sprengen“ steht unter www.nawi5-6.de zum Download bereit.
Können Steine sich verändern?
E6 Können runde Steine eckig werden?(Lösungsbogen)
Sieh dir die Fotoreihe an und beschreibe, was dort zu sehen ist. Wie werden runde Steine
wieder eckig? Die Wörter aus der Wörterkiste helfen dir.
Wasser
dringt in kleine Ritzen
Wenn z.B. nachts die
ein.
Temperatur
unter den Gefrierpunkt
sinkt
Wasser
. Dabei dehnt
aus. Die
zu
Risse
Dieser Vorgang
lange
Eis
werden
es sich
größer
wiederholt
, bis der Stein
Die neuen Bruchkanten sind
sich so
auseinanderfällt
scharfkantig
Auf diese Weise können
runde
wieder
werden.
eckig
, gefriert das
Steine
Wörterkiste:
Eis, Risse, Ritzen, Temperatur, Wasser, Wasser,
eckig, größer, lange, runde, scharfkantig
auseinanderfällt, dehnt, sinkt, wiederholt
Wie sind die Steine entstanden?
E7 Wie entstehen die Streifen im Sandstein?
Verschieden farbigen Sand bekommt man, indem man Sand von verschiedenen Stränden
sammelt oder Dekosand oder Vogelsand besorgt.
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Der verschiedenfarbige Sand legt sich so in Schichten ab, wie er eingefüllt wurde. Es sind
klare Trennlinien zu erkennen.
Erklärung: So entstehen die „Streifen“ im Sandstein:
Die Sandschichten vermischen sich nicht mehr, sobald sie auf dem Boden liegen und von der
Wasserströmung nicht mehr bewegt werden. So bleiben diese Schichtungen auch noch zu
erkennen, wenn aus den losen Sandkörnern unter Druck und hoher Temperatur Sandstein
entsteht.
Es ist wichtig, dass die Schüler erkennen: Die Streifen an der Oberfläche sind in Wirklichkeit
Schichten, die sich durch den ganzen Stein durchziehen. Die Schülerfrage bezieht sich aber
auf die an der Oberfläche sichtbaren Streifen.
Fachlicher Hintergrund:
Sandstein entsteht meist auf dem Meeresgrund, wo sich mit der Zeit verwitterte Steine in
Form von Sandkörnern sowie nicht verwitterten Überresten von Lebewesen ablagern. So
entstehen in Jahrtausenden bis Jahrmillionen diverse Schichtungen.
Diese Ablagerungen sind aber noch kein Sandstein. Dieser entsteht nicht direkt am
Meeresgrund, sondern es müssen noch sehr viele Sandschichten darüber gelagert werden.
Nur bei hohem Druck und den dadurch entstehenden hohen Temperaturen kann eine
Sedimentverfestigung (Diagenese) stattfinden, bei der aus losen Sandkörnern ein fester
Sandstein entsteht. So wird der Gesteinskreislauf wieder geschlossen: Steine verwittern zu
Sand, der Sand sedimentiert und wird nach Diagenese wieder zu Stein.
Zusatzaufgabe:
Ist Buntsandstein ein besonders bunter Stein?
Antwort:
Gesteine können viele Farben haben. So kann auch der Sand, der aus diesen Gesteinen
durch Verwitterung entsteht, verschiedene Farben haben. Buntsandstein ist nicht unbedingt
besonders bunt, ihn gibt es jedoch in vielen Farben. Er besteht überwiegend aus Sandstein
und tritt meist in mehrere hundert Meter dicken Gesteinseinheiten auf.
Aus Buntsandstein besteht zum Beispiel die Insel Helgoland.
Wie sind die Steine entstanden?
E8 Wie sind die Steine Basalt, Porphyr und Granit entstanden? (Lösungsbogen)
1.
2.
3.
4.
Sieh dir die Powerpoint-Präsentation an. Frage nach, was du nicht verstehst.
Schneide aus dem Ausschneidebogen die drei Steine aus und klebe sie zu den passenden Gesteinsnamen.
Schneide die Bilder mit den Schnittdarstellungen der Erdschichten aus und klebe sie in die passenden Felder.
Beschreibe, was auf den Bildern passiert. Die Wörter unten helfen dir dabei.
Wenn ein Vulkan ausbricht, spuckt er
Lava aus. An der Luft kühlt sie
schnell ab. Es bilden sich nur winzig
kleine Kristalle, ein Basalt entsteht.
Basalt
Das Magma im Vulkan kühlt sich
langsam ab. Erste große Kristalle
wachsen. Jetzt bricht der Vulkan aus,
die noch flüssige Lava erstarrt
schnell. Ein Porphyr entsteht.
Porphyr
Tief unter der Erdoberfläche kühlt
eine Magmakammer langsam ab.
Große Kristalle wachsen dicht an
dicht. Ein Granit entsteht.
Granit
Wörterkiste: die Asche, der Basalt, die Erosion, die Eruption, das Gas, der Granit, der Kristall, die Kristalle, die Lava, die
Lavabomben, das Magma, die Magma-kammer, der Porphyr, der Vulkanausbruch,
abkühlen, abtragen, ausbrechen, ausspucken, erstarren, kristallisieren (Kristalle bilden), verwittern
Achtung:
Im Anhang finden Sie einen Ausdruck der PowerPoint-Präsentation und des Redetextes. Die
Präsentation selbst finden Sie unter www.nawi5-6.de.
Wie sind die Steine entstanden?
E11a+b Wieso gibt es kleine und große Kristalle.
a) Schnelle Kristallisation durch Verdampfen einer gesättigten Natriumchlorid-Lösung
über einer Kerze im Vergleich mit langsamer Kristallisation durch Verdunsten.
b) Schnelle Kristallisation durch Abkühlen einer warmgesättigten Kaliumnitrat-Lösung
im Wasserbad im Vergleich mit langsamer Kristallisation durch Verdunsten.
zu a) Natriumchloridkristalle
zu b) Kaliumnitratkristalle
Mögliche Schülerantworten:
Allgenmeine Antwort:
Verdampfen geht schnell. Es bilden sich viele Kristallkeime, jeder der vielen Kristalle hat
wenig Platz. Die Kristalle haben wenig Zeit zum Wachsen und bleiben klein.
Verdunsten geht langsam. Es bilden sich wenige Kristallkeime. Die wenigen Kristalle haben
viel Platz und viel Zeit zum Wachsen und werden groß.
Zu den beiden Salzen:
a) Beim Verdampfen des Wassers hatte das Kochsalz keine Zeit, zu schönen Kristallen
zu wachsen. Außerdem war durch die große Hitze die Lösung so stark in Bewegung,
dass ein schönes Kristallwachstum unmöglich war. So konnte sich nur eine weiße
Kochsalzmasse bilden.
Beim langsamen Kristallwachstum durch Verdunsten bildeten sich Kristallquader, die
teilweise in der Mitte ein Kreuz haben.
b) Durch das Abkühlen der warmgesättigten Lösung konnten sich nur ganz dünne,
nadelförmige Kristalle bilden, die auf den Boden des Reagenzglases sanken. Dort
klumpten sie sich zu einer weißen trüben Masse zusammen.
Beim langsamen Kristallwachstum bildeten sich Kristallsäulen, deren Spitzen schräg
nach oben ragten.
Wie sind die Steine entstanden?
Denkt weiter: So entstehen unterschiedlich große Kristalle im Stein - denkt an die Beispiele
Granit und Basalt aus der Powerpoint-Präsentation.
Antwort:
Versuch 1 (Verdunsten) ist vergleichbar mit der Situation in einer Magmakammer, in der
Granit entsteht. Langsame Kristallisation --> wenige große Kristalle .
Versuch 2 (Verdampfen) ist vergleichbar mit der Situation bei einem Vulkanausbruch, bei
dem Basalt entsteht. Schnelle Kristallisation --> viele kleine Kristalle.
ACHTUNG, die Parallele besteht in der Zeit, die in beiden Fällen zur Verfügung steht, nicht
in der Temperaturentwicklung.
Fachlicher Hintergrund:
Schöne große Kristalle entstehen durch langsames und stetiges Wachstum, wenn genügend
Platz vorhanden ist und andere Kristalle nicht deren Wachstum stören. Daher können in
Hohlräumen von Steinen schöne Drusen entstehen.
Läuft die Kristallbildung zu rasch ab, so vereinigen sich die ursprünglichen kleinen Kristalle
zu einem sogenannten Kristallaggregat, einer festen Masse kleinster Kristalle.
Zum Schluss die Leitfrage „Wie sind die Steine entstanden“ wieder aufgreifen und im
Unterrichtsgespräch reflektieren.
Zusatzaufgabe:
Woher kommt das Kreuz auf dem Natriumchlorid-Kristall? (In der Natur vorkommendes
Natriumchlorid findet man im Steinsalz)
Antwort:
(Stein-) Salz nimmt eine kubische Kristallform an, genauer gesagt nimmt es die Form eines
Tetrakishexaeders an. Diese Kristallform sieht aus wie ein Würfel, der auf jedem seiner
sechs Flächen eine flache Pyramide hat. Schaut man von oben auf diese Pyramide, sieht sie
wie ein Kreuz aus.
Bei unseren Salzkristallen, die durch Verdunstung auf der Fensterbank entstehen, bilden sich
die Kreuze durch langsame Kristallisation an der Grenzfläche zwischen
Flüssigkeitsoberfläche und Kristalloberfläche. Dabei entsteht auf dem Salzkristall ein
stufenförmiger Trichter, der von oben wie ein Kreuz auf dem Kristall aussieht. Die Pyramide
ist bei unseren Kristallen quasi negativ, sie ragt nach unten in den Kristall hinein.
Wie kommen die Steine an den Strand?
E12a-c Wie sind die Steine zu uns gekommen?
Mit der Beantwortung dieser Schülerfrage soll die Erkenntnismethode „Hypothesen bilden“
eigeführt werden. Dabei sollen Argumente für und gegen die Hypothese gefunden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist recherchieren notwendig (z.B. im Internet) oder die
Befragung eines Experten.
Mögliche Schülerantworten:
Die Steine sind durch
 Wellen, Flut, Sturmflut, Tsunami,
 Wind, Sturm, Hurrikan,
 Transport durch Menschen,
 Eis, Gletscher,
 Kometenflug oder
 Vulkane aus anderene Gebieten, die die Steine besonders weit schleuderten
nach Schleswig-Holstein gekommen
Fachlicher Hintergrund:
In Schleswig-Holstein gibt es keine Felsformationen, dafür aber eine gigantische
Gesteinsvielfalt. Wie kommen die Steine zu uns an den Strand?
Die Steine, die an der Ostseeküste und in weiteren Teilen Norddeutschlands zu finden sind,
wurden durch die Gletscher der letzten Eiszeiten aus Skandinavien zu uns gebracht.
Entstehung der Ostsee
Während der letzten 2 Millionen Jahre, des so genannten Quartär-Zeitalters, hat es einen
regelmäßigen Wechsel von Warm- und Kaltzeiten gegeben. Für die Entstehung der Ostsee
und Schleswig-Holsteins sind jedoch nur die letzten zwei interessant:
die Saalekaltzeit (vor 200 000 bis 125 000 Jahren) und
die Weichselkaltzeit (vor 80 000 bis 15 000 Jahren).
Am Höhepunkt der „letzten Eiszeit“ (der Weichselkaltzeit) vor etwa 20 000 Jahren war das
Gebiet der heutigen Ostsee vollständig von einem Eispanzer bedeckt. Die Eisschichten waren
zum Teil 3 000 m und dicker. Das Gewicht des Eises, dass etwa dem Gewicht von 3 000
Autos auf 1 m2 Fläche entspricht, übte einen so starken Druck auf den Untergrund aus, dass
Teile Skandinaviens mitsamt der darunter liegenden Erdkruste vorübergehend einige hundert
Meter in den Erdmanteleingepresst wurden. Durch Druck und Bewegung wurden ganze
Hänge und Felsen glattpoliert, Gesteinsbrocken unterschiedlichster Größe losgerissen und
mit dem Eis mittransportiert. Die Eisdicke nahm Richtung Süden ab. Über SchleswigHolstein war die Eisfläche „nur“ noch 300 bis 500 m hoch.
Am Ende dieser Eiszeit begann durch Klimaerwärmung dieser Eispanzer langsam zu
schmelzen. Vor etwa 12 000 Jahren bildete sich deshalb im heutigen Ostseebecken ein
riesiger Schmelzwassersee, der Baltische Eisstausee. Das Eis schmolz weiter, so dass der
Baltische Eisstausee vor etwa 10 300 Jahren schließlich überlief. Riesige Wassermengen
liefen durch das heutige Mittelschweden ab in das heutige Skagerrak. Nachdem der
Süßwasserstrom zum Erliegen gekommen war, konnte auch Salzwasser aus dem Skagerrak
durch den mittelschwedischen Kanal einfließen und es bildete sich vor etwa 10 000 Jahren
das Yoldia-Meer, benannt nach einer damals dort lebenden Brackwassermuschel.
Wie kommen die Steine an den Strand?
Das Eis schmolz weiter, auf dem Land (heute Mittelschweden) lastete nicht mehr ein so
großes Gewicht und das Land hob sich wieder an. Vor 9 500 Jahren schloss sich dadurch der
mittelschwedische Kanal. Die Verbindung zum Skagerrak, also zur freien See, wurde
unterbrochen und es entstand der Ancylus-See, der zeitweise größer war als die heutige
Ostsee. Da weltweit der Meeresspiegel anstieg, drang in den Ancylus-See vor etwa 8 000
Jahren Salzwasser von Süden ein. Es bildeten sich drei Zuflüsse: der Öresund, der große Belt
und der kleine Belt. Es entstand die Ostsee mit ihrem Brackwasser.
Die Entstehung Schleswig-Holsteins
Die Gletscher bewegten sich mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 30 cm pro Tag. Die
größte Gletscherausdehnung fand während der Saalekaltzeit statt. Die letzte Kaltzeit, die
Weichselkaltzeit, hat das östliche Schleswig-Holstein nicht überschritten. Die Jungmoränen
bilden heute das östliche Hügelland, die Mecklenburger Seenplatte und reichen südlich bis
über Berlin hinaus und östlich bis weit nach Polen hinein. Westlich davon findet man in
Schleswig-Holstein nur Altmoränenlandschaften (Hohe Geest) sowie die durch
Ablagerungen aus wiederholten Überschwemmungen entstandenen Marschlandschaften.
Durch die letzten Eis- oder Kaltzeiten entstanden in Skandinavien die Fjelle (Gebirge mit
besonderer Form oder Hochflächen), Fjorde (durch Gletscher entstandene, weit ins Land
reichende Meeresbuchten) und Schären (aus einer Eiszeit entstandene Inseln). Sie vermitteln
nur einen kleinen Eindruck davon, welche gigantischen Gesteinsmengen durch die Eiszeit
südwärts transportiert wurden und die Entstehung von weiten Teilen der heutigen
Küstenländer wie z.B. Dänemark, Schleswig-Holstein und weiteren Teilen Norddeutschlands
ermöglichten.
Aus Skandinavien wurde eine gewaltige Gesteinsvielfalt als sogenanntes Geschiebe u.a. nach
Schleswig-Holstein gebracht wie diverse Granite, Gneise, Diabase, Sandsteine, Schiefer,
Basalte, Porphyre, Kalke sowie Fossilien in verschiedenen Größen, von mehreren Tonnen
schweren Findlingen bis hin zu feinstem Ton.
Die noch heute sichtbaren hügeligen Landschaften (Endmoränen) bestehen aus diesen
verschiedenen Gesteinen, die das Eis aus vielen Gebieten Skandinaviens bis nach
Norddeutschland transportiert hat. Beim Abschmelzen der Eismassen blieb ein Großteil des
Gesteinsmaterials übrig und bildete Hügel. Eine solche Endmoränenlandschaft ist z.B. die
holsteinische Schweiz, die zwischen Lübeck und Kiel liegt.
Beim Schmelzen der Gletscher am Ende der Eiszeit sind kleinere Gesteinsbrocken mit dem
Schmelzwasser vor die Gletscherzungen gespült worden und bildeten die Sandergebiete.
Sander ist ein anderer Begriff für Schotterflächen. In dem vorgestellten Versuch wird die
Entstehung sogenannter Sanderkegel modellhaft nachgestellt.
Die dargestellte Karte zeigt die Oberflächenformen Norddeutschlands, die durch die letzten
Eiszeiten entstanden sind. Die Endmoränen sind in der Karte mit roten Bögen dargestellt.
Davor sind rote Punkte gezeichnet, die Sanderkegel darstellen.
Der nachfolgend beschriebene Versuch zeigt den Prozess modellhaft. In den realen
Prozessen während der Eiszeiten wurden metergroße, tonnenschwere Steine von riesigen
Eismassen transportiert.
Wie kommen die Steine an den Strand?
Diese Karte zeigt die jeweils
maximalen Gletschervorstöße der letzten drei
Eiszeiten im norddeutschen
Tiefland. Bis zu diesen Linien
sind die Steine aus
Skandinavien transportiert
worden.
Die gelbe bzw. blaue Linie
markiert die sogenannte
Feuersteinlinie. Südlich dieser
maximalen Gletschervorstöße
findet man keine Feuersteine
sowie keine Findlinge aus
Skandinavien mehr.
rote Linie: Eisrandlage der Weichselkaltzeit
gelbe Linie: Eisrandlage der Saalekaltzeit
blaue Linie: Eisrandlage der Elsterkaltzeit (aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Feuersteinlinie)
Da von der Elsterkaltzeit keine Endmoränen mehr erhalten sind, konnte anhand der
Feuersteinlinie der maximale Gletschervorstoß dieser Kaltzeit ermittelt werden.
Wie kommen die Steine an den Strand?
Was kann schief gehen?
Wichtig für das Gelingen des Experimentes ist, dass man ein Tablett mit erhöhtem Rand
wählt. Das abgeschmolzene Wasser verlässt sonst die „Landschaft“. Weiterhin steht und fällt
der Versuch mit der Erhöhung des Tablettes auf der rechten Seite, diese sollte nicht mehr als
3 cm betragen. Ist sie zu hoch, läuft das Wasser zu schnell ab und die Landschaft sieht nicht
besonders nach Eiszeitlandschaft aus.
Hier sind die einzelnen Schritte des Versuchs dokumentiert:
Die Hand und die Eiswürfel stellen den Gletscher mit seiner Masse dar.
So könnte das Ergebnis aussehen:
Wie kommen die Steine an den Strand?
Mögliche Schülerreaktionen:
Die größeren Steine und auch etwas Sand sind schon weiter nach (links) unten gewandert.
Alles ist noch vom Eis bedeckt.
Das Schmelzwasser nimmt den Sand und die kleineren Steine ein Stückchen mit. Es
transportiert sie deutlich weiter (nach links).
Je kleiner die Gesteinsteilchen sind, desto weiter werden sie transportiert. Je größer die Steine
sind, desto näher sind sie am Ausgangspunkt zu finden.
Nur Eis ist so kräftig, die schweren Steine in aus vielen Orten Skandinaviens aufzulesen und
über eine so große Strecke zu uns nach Norddeutschland zu transportieren.
Das Gletschereis der letzten Eiszeiten hat große und kleine Gesteinsbrocken aus Skandinavien
zu uns nach Norddeutschland gebracht. Als sich das Klima erwärmt hat, ist das Eis
geschmolzen. Das Schmelzwasser hat kleine Steine und Sand weitergespült. So entstanden
die Sanderhügel vor den Endmoränen.
Literatur:
Schmidtke, Kurt-Dietmar: Die Entstehung Schleswig-Holsteins. Wachholtz Verlag
Neumünster, 4. Auflage 2004 (ISBN 3-529-05316-3 Dieses Buch beschreibt anschaulich und
mit viel Bildmaterial, wie Schleswig-Holsteins Naturlandschaften durch die Eiszeiten
entstanden sind. Für den Schleswig-Holsteiner mit einigen „Aha-Erlebnissen“ verbunden.
Zusatzaufgabe (Lösungen kursiv gedruckt)
Erkläre die Begriffe Endmoräne und Sander.
Endmoränen sind Hügel aus abgelagertem Geröll. Sie bestehen aus dem Gesteinsmaterial,
das die Gletscher in der Eiszeit vor sich her geschoben haben.
Sander sind Schotterflächen, die durch Ausschwemmung von Gesteinsmaterial durch
Schmelzwasser aus den Gletschern entstanden sind.
Wie kommen die Steine an den Strand?
E13a+b Wie können Gletscher die Steine aus dem Felsen lösen?
Fachlicher Hintergrund:
Grundvoraussetzung für die Frostsprengung sind Feuchtigkeit und Temperaturen, die um den
Gefrierpunkt schwanken.
Wenn Wasser in kleine Gesteinsritzen eindringt und gefriert, dehnt es sich um ca. 9% aus.
Wenn das Eis keine Ausweichmöglichkeit hat, drückt es die Ritzen weiter auseinander. Die
Ritzen werden größer, nach dem Tauen kann mehr Feuchtigkeit eindringen. Gefriert diese
erneut, dehnt sich das Wasser aus und erweitert die Ritzen noch ein Stück. Der Wechsel von
Tauen, Eindringen weiterer Feuchtigkeit und Gefrieren mit der Ausdehnung des Eises
zermürbt das Felsgefüge mit der Zeit, bis Teile herausbrechen.
Ein Steinschlag im Gebirge findet daher meist am Morgen statt, wenn das Eis in den
Gesteinsritzen auftaut.
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Zu der Flasche: Die Flasche ist zersprungen. Das Eis hat ein deutlich größeres Volumen als
das eingefüllte Wasser.
Zu den Steinen: An einigen Ecken lassen sich kleine Stückchen abbrechen. Sehr stark
verwitterte Steine zerbrechen in mehrere Einzelstückchen.
Erklärung:
So bekommen die Gletscher die Steine aus den Felsen:
(Tau-)Wasser dringt in Ritzen ein und gefriert bei Temperaturen unter 0°C. Das entstandene
Eis benötigt mehr Platz als das Wasser, die Ritzen werden gedehnt. Dabei können Teile vom
Felsen abplatzen.
Zusatzaufgabe:
Betrachte die
Temperaturkurve
auf der rechten
Seite.
Warum ist dieser
Temperaturverlauf
für die
Frostsprengung
ideal?
Antwort:
Der stetige Wechsel zwischen Frost und Tauwetter beschleunigt die Zerstörung des Steines,
da durch die Ausdehnung des Eises vorhandene Risse in den Steinen vergrößert werden.
Durch nachfolgendes Tauwetter kann weitere Feuchtigkeit (Wasser) nachlaufen. Diese dehnt
sich in der Nacht wieder aus, die Risse werden größer. Dieses Wechselspiel findet so lange
statt, bis sich die losen Gesteinsteile komplett vom Muttergestein gelöst haben.
Wie kommen die Steine an den Strand?
E14 Wie können Gletscher die Steine transportieren?
Fachlicher Hintergrund:
Gletscher nehmen loses Gestein mit, indem es an das Gletschereis von unten festfriert, oder
sie schieben es als Geröll vor sich her.
Tagsüber oder im Sommer gelangt Schmelzwasser in die Tiefe unter die Gletscher. Durch
Frostsprengung wird Lockergestein herausgelöst. Es friert an dem Gletscher fest. Innerhalb
des Gletschers bewegen sich die Eismassen unterschiedlich schnell. Dadurch findet eine
Durchmischung der Eismassen innerhalb des Gletschers statt. Das Gesteinsmaterial wird so
durch das Gletschereis hindurch transportiert. Die Durchmischungsgeschwindigkeit ist
allerdings äußerst gering. Auf die Gletscheroberfläche kann durch Steinlawinen weiteres
Gesteinsmaterial fallen.
Der Gletscher bewegt sich zusammen mit den Steinen (meist) bergab.
1.
2.
3.
4.
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Sand und Steine sind mit den Eiswürfeln zu einer Einheit zusammengefroren.
Erklärung:
Schmelzwasser fließt nach unten und gefriert wieder am Gletscherboden. Dabei werden lose
Steine und Sand, die sich unter dem Gletscher befinden, am Gletscher festgefroren und mit
dem Gletscher mittransportiert.
Zum Schluss die Leitfrage „Wie kommen die Steine an den Strand“ wieder aufgreifen
und im Unterrichtsgespräch reflektieren.
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
V1 Was hast du gelernt?
V2 Denk weiter!
Dieser Versuch dient der Wiederholung und Festigung des erworbenen Wissens aus Versuch
E04 (Erhaltung der Masse beim Wiegen des Steins vor und nach dem Zerschlagen).
Er dient als Vorbereitung zu Versuch V01b.
Das kann schief gehen:
Die Dichte von Stein und Sand ist zu unterschiedlich oder der Stein liegt zu locker im Glas.
Dadurch weicht die Menge des benötigten Sandes stark vom geschätzten Volumen des Steins
ab.
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Ich benötige etwa so viel Sand wie das Volumen des Steins.
V2 Denk weiter!
Viele Kinder vermuten, dass man ähnlich viel Wasser wie Sand benötigt, um die Masse des
Steins zu erreichen.
Das kann schief gehen:
Quarzsand hat eine Dichte von 2,7. Es wird in etwa das zweieinhalbfache Volumen Wasser
benötigt, um den Stein aufzuwiegen. Wenn der Stein zu groß ist, passt diese Menge Wasser
nicht in das Becherglas.
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Ich benötige viel mehr Wasser als das Volumen des Steins.
Ergebnis:
Ich benötige eine viel größere Menge Wasser als Sand, um den Stein aufzuwiegen, weil
Wasser und Sand eine unterschiedliche Dichte haben. Sand hat eine deutlich größere Dichte
als Wasser. Ebenso wie Steine sinken Sandkörner in Wasser. Alles, was in Wasser sinkt, hat
eine höhere Dichte als Wasser, alles, was schwimmt, hat eine geringere Dichte als Wasser.
Daher benötigt man eine viel größere Menge Wasser, um die Masse des Steins zu erreichen.
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
V3 Magnetischer Sand
V4 Warum ist der Schwarze Sand nicht gleichmäßig über den Strand verteilt?
Magnetithaltigen Strandsand kann man dort finden, wo magnetithaltiges Gestein verwittert
ist. Am Strand findet man ihn am Spülsaum, am Rand kleiner Einbuchtungen oder an
Buhnen. Man erkennt ihn an seiner dunklen Färbung, die wie Ölspuren aussehen.
Magnetithaltigen Sand gibt es überall an der Ostseeküste in Schleswig-Holstein und
Mecklenburg-Vorpommern, wo reichlich Eiszeitsteine an den Küsten liegen, z.B. am Strand
von Bülk vor dem Kieler Klärwerk (Eckernförder Bucht) und wenn man von dort die
Steilküste an der Eckernförder Bucht entlang geht.
Um den Magnetit mit einem Magneten heraustrennen zu können, muss der Sand ganz
trocken sein. Dabei sollte ein Blatt Papier zwischen Sand und Magneten gehalten werden,
damit die magnetischen Minerale leicht vom Magneten gelöst werden können. Für das
Heraustrennen von Magnetit reicht ein normaler Pinnwandmagnet, die schwach
ferromagnetischen Minerale bekommt man nur mit einem starken Magneten (z.B. NeodymMagnet) heraus.
Vergleicht man die Dichte nicht mit einer Balkenwaage, sondern vergleicht man die Massen
durch Gewichtsbestimmung, ist es wichtig, dass die Magnetitkörner und der Quarzsand
gleiche Korngröße haben und das Volumen exakt gleich ist. Der Dichteunterschied ist so
groß, dass beim Vergleich mit der Balkenwaage kleine Ungenauigkeiten nichts ausmachen.
Fachlicher Hintergrund:
Magnetit, Fe3O4 (Magneteisenstein, Magneteisen, Eisenoxiduloxid, Eisen(II,III)-oxid) ist
graubraun bis schwarz und hat eine Dichte von 5,2 g/cm3.
Dagegen hat der Hauptbestandteil des Ostseestrandsandes, der Quarz, eine Dichte von nur
2,65 g/cm3. In diesem Versuch soll dieser Dichteunterschied herausgearbeitet werden.
Magnetit ist das am stärksten ferromagnetische Mineral. Es lässt sich leicht mit einem
normalen Magneten abtrennen.
Neben Magnetit gibt es noch weitere Minerale, die vom Magneten mehr oder weniger stark
angezogen werden. Dazu gehören z.B.
Almandin (Granat), meist rot-violett, selten rotbraun bis schwarz, Dichte 4 bis 4,3 g/cm3
Augit, meist grün, braun oder schwarz, selten farblos, Dichte 3,2 bis 3,6 g/cm3
Weitere schwarz, braun oder graue ferromagnetische Erzminerale:
Chromit (Chromeisenerz), Dichte 4,5 bis 4,8 g/cm3
Hausmannit (Scharfmanganerz, Schwarzbraunstein), Dichte 4,7 bis 4,8 g/cm3
Ilmenit (Titaneisenerz), Dichte 4,5 bis 5 g/cm3
Kassiterit (Zinnstein), Dichte 6,3 bis 7,2 g/cm3
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
Das kann schief gehen:
Es gibt auch Schwerminerale, die nicht ferromagnetisch sind. Diese können mit einem
Magneten nicht herausgetrennt werden. Falls zu viele dieser Minerale in dem
Schwermineralsand enthalten sein sollten, als Vergleich „normalen“ Strandsand nehmen,
damit der Dichteunterschied deutlich wird.
Mögliche Schülerantworten:
Beobachtung 1: Der Magnet zieht viele dunkle Sandkörner mit. Sie bilden kleine Türmchen
oder Haufen.
Beobachtung 2: Die Masse des magnetischen Sands ist größer als die normalen Sands.
Die Dichte ist die „Schwere“ des Materials bezogen auf das gleiche Volumen
Erklärung:
Bei gleicher Füllmenge ist die Masse des magnetischen Sands größer als die normalen Sands,
weil magnetischer Sand eine größere „Schwere“ hat als normaler Sand. Man sagt,
magnetischer Sand hat eine größere Dichte als Quarzsand.
Für Kinder ist es schwierig, die Dichte zu begreifen, da sie sich aus zwei Parametern
zusammensetzt, der Masse und dem Volumen.
Um den Begriff der Dichte besser verstehen zu können, kann man die Kinder z.B. fragen,
welche Masse größer ist, die von 1 kg Eisen oder 1 kg Styropor. Betrachtet man diese beiden
Klötze, so fällt auf, dass sie sich im Volumen stark unterscheiden. Nimmt man einen Eisenund Styroporklotz gleicher Größe, so erkennt man sofort beim Hochnehmen, dass der
Eisenklotz viel schwerer ist. Er hat eine deutlich größere Dichte als Styropor. Die Dichte ρ
(Rho) ist der Quotient aus Masse m und Volumen V ( ρ = m/V)
Magnetit
Quarzsand
Man kann die „Schwere“ oder
Dichte eines Materials mit Schalen
gleicher Größe, die je nach Dichte
mit unterschiedlich vielen Plättchen
gefüllt sind, anschaulich machen.
Für Magnetit und Quarzsand könnte
dies wie in der Abbildung links
aussehen:
Magnetit hat eine etwa doppelt so
große Dichte wie reiner Quarzsand.
Das bedeutet: Doppelte Masse bei
gleicher Füllhöhe oder gleiche
Masse bei halber Füllhöhe.
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
Das kann schief gehen:
Da auch die anderen ferromagnetischen Minerale eine deutlich höhere Dichte als Quarz
(dem Hauptbestandteil von Ostseestrandsand) haben, ist es sinnvoll, alle magnetischen
Minerale aus dem Strandsand zu entfernen. Dazu ist ein starker Magnet erforderlich. Durch
wiederholtes Drüberfahren mit dem Magneten werden immer mehr magnetische
Mineralbestandteile vom restlichen Sand getrennt. Am Schluss sollte nur noch dünnes
Transparentpapier zwischen Magneten und Sand gehalten werden, um auch die nur schwach
magnetischen Minerale zu entfernen. Man erkennt ein erfolgreiches Entfernen der
magnetischen Schwermineralsandkörner an einer deutlichen Aufhellung des Strandsandes.
Andere, nicht ferromagnetische Schwerminerale sind auch oft farbig, sie lassen sich jedoch
nicht mit einem Magneten heraustrennen.
Beim Vergleich von Magnetit und den anderen magnetischen Schwermineralen im
Strandsand ist die Dichte von Magnetit größer, der Dichteunterschied von Magnetit und
Quarzsand ist allerdings deutlich höher.
Dichtevergleich Magnetit und
Quarzsand
Der Ausschlag der Balkenwaage ist
eindeutig. Die Masse von Magnetit (linke
Waagschale) ist deutlich höher als die
Masse der gleichen Menge Quarzsandes
(rechte Waagschale). Auf dem Bild ist die
Balkenwaage am Anschlag.
Es reichen kleine Mengen an Magnetit
(Reagenzglas ca. 1 Finger breit).
Eine einfache Balkenwaage kann man sich
mit einem Kleiderbügel, an den zwei
„Waagschalen“ drangehängt werden,
leicht selber bauen.
Das Austarieren der Waagschalen mit den
Glasgefäßen kann mit Büroklammern,
Papierkügelchen o.ä. geschehen.
Zusatzaufgabe:
Wo findet man magnetischen Sand?
Antwort:
Magnetithaltigen Strandsand kann man dort finden, wo magnetithaltiges Gestein wie Granit,
Gneis, Basalt oder Gabbro verwittert ist. Am Strand findet man ihn am Spülsaum, am Rand
kleiner Einbuchtungen oder an Buhnen.
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
V5 Warum ist der schwarze Sand nicht gleichmäßig über den Strand verteilt?
Fachlicher Hintergrund
Am Strand sind manchmal am Spülsaum oder am Rand von Einbuchtungen schwarze
Schlieren zu sehen.
Sie sehen wie Ölschlieren aus, bestehen aber bei genauerem Hinsehen aus kleinen dunklen
Sandkörnern. Diese Sandkörner bestehen aus so genannten Schwermineralen wie Magnetit
(schwarz, Dichte 5,2 g/cm3) oder Granat (rot-violett, Dichte ca. 4 g/cm3). Der „normale“
Quarzsand hat hingegen eine Dichte von nur 2,65 g/cm3. Wenn die Wellen an den Strand
spülen, bringen sie besonders bei stürmischem Wetter viele Sandkörner an den Strand. Je
höher deren Dichte ist, desto weniger weit werden sie von dem zurücklaufenden Wasser
wieder ins Meer transportiert. Sie lagern sich oben am Spülsaum ab oder am Rand kleiner
Einbuchtungen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit reduziert ist.
In unserer Wasserschale lagern sich die schweren, überwiegend dunklen Sandkörner durch
den Dichteunterschied zu den leichten, überwiegend helleren Sandkörnern am Rand der
Schale ab. Das gleiche Prinzip wird beim Goldwaschen verwendet. Die schwereren
Goldkörnchen lagern sich am Rand der Waschschale ab
Erwartete Schülerantworten:
Beobachtung:
Die dunklen Sandkörner setzen sich am Boden der
Schale ab. Beim vorsichtigen Schwenken mit
Wasser bleiben sie am oberen Rand der Schale
liegen.
Ergebnis:
Die dunklen Sandkörner haben eine größere Dichte
oder „Schwere“ als normaler Quarzsand. Die Kraft
des bewegten Wassers (Bewegungsenergie) reicht
nicht aus, die schwereren Sandkörner weiter
mitzuspülen. Sie setzten am oberen Rand ab,
während die helleren Sandkörner weiter zurück
nach unten transportiert werden.
Vernetzungs- und Vertiefungsphase
Zusatzaufgaben:
1. Sieh dir eins der beiden Videos „Goldwaschen im Rhein“ an. Erkläre, wie das Gold
gefunden werden kann.
2. Wo im Fluss kann man das Gold finden?
Antworten:
1. Der Flusssand wird so lange mit Wasser gespült, bis der – mit etwas Glück – goldhaltige
Teil übrig ist. Da Gold eine deutlich höhere Dichte als Sand hat, bleiben die
Goldklümpchen als Letztes zurück.
2. Gold findet man eher im Sand zwischen den größeren Steinen als im feinen Kies. Auch
findet man Gold an Stellen, wo die Strömungsgeschwindigkeit verringert ist.
Unter www.nawi5-6.de finden sich 2 Videos zum Thema „Goldwaschen“.
Anhang
Zusatzbögen
Kopiervorlagen
Präsentation und Redetext
Literaturhinweise
Wie sind die Steine entstanden?
Name:
Datum:
E9a(2) Was glitzert in den Steinen – Kristalle aus der Schmelze
Beim Betrachten der Steine mit der Lupe konntet ihr feststellen, dass in einigen Steinen
glitzernde Flächen enthalten sind. Diese Glitzerflächen sind die Seitenflächen von Kristallen.
Wie entsteht so ein Kristall?
Vermutung:
Geräte
2 Bechergläser (250 ml)
Erlenmeyerkolben (250 ml)
Kristallisierschale
Pinzette
Spatel
Material
dünner Faden
Holzstäbchen
Filterpapier
Trichter
Wasserfester Filzstift
Chemikalien
dem. Wasser
Kaliumtartrat
(Seignettesalz)
Durchführung:
1. Stellt die Impfkristalle her
a. Löst in einem Becherglas 70 g Kaliumnatriumtartrat in 100 ml demineralisiertem
Wasser. Filtriert die Lösung.
b. Gebt die Hälfte der Lösung in eine Kristallisierschale. Lasst die Lösung in der
Kristallisierschale einige Tage ruhig und kühl stehen, damit sich am Boden
Kristalle bilden können. Bewahrt den Rest der Lösung verschlossen auf.
2. Wachstum des Kristalls
c. Hängt den schönsten Kristall als Impfkristall an einen Faden.
d. Befestigt den Faden mit dem Impfkristall an ein Holzstäbchen und hängt den
Impfkristall ein paar Tage in den Rest der Lösung.
e. Markiert den Füllstand der Lösung mit einem wasserfesten Filzstift.
f. Lasst die Lösung einige Tage ruhig und kühl stehen.
Beobachtung: Zeichne den Kristall.
Erklärung:
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen
der Bildung von Kristallen aus einer Lösung
(wie hier im Versuch) und aus einer Schmelze
(wie bei den Steinen)?
Wie sind die Steine entstanden?
Name:
Datum:
E9a(3) Was glitzert in den Steinen – Kristalle aus der Schmelze
Beim Betrachten der Steine mit der Lupe konntet ihr feststellen, dass in einigen Steinen
glitzernde Flächen enthalten sind. Diese Glitzerflächen sind die Seitenflächen von Kristallen.
Wie entsteht so ein Kristall?
Vermutung:
Geräte
2 Bechergläser (250 ml)
Erlenmeyerkolben (250 ml)
Kristallisierschale
Pinzette
Spatel
Material
dünner Faden
Holzstäbchen
Filterpapier
Trichter
wasserfester Filzstift
Chemikalien
dem. Wasser
Kaliumhexcyanoferrat-III
(rotes Blutlaugensalz)
Durchführung:
3. Stellt die Impfkristalle her
a. Löst in einem Becherglas 40 g rotes Blutlaugensalz in 100 ml demineralisiertem
Wasser. Filtriert die Lösung.
b. Gebt die Hälfte der Lösung in eine Kristallisierschale. Lasst die Lösung in der
Kristallisierschale einige Tage ruhig und kühl stehen, damit sich am Boden
Kristalle bilden können. Bewahrt den Rest der Lösung verschlossen auf.
4. Wachstum des Kristalls
c. Hängt den schönsten Kristall als Impfkristall an einen Faden.
d. Befestigt den Faden mit dem Impfkristall an ein Holzstäbchen und hängt den
Impfkristall ein paar Tage in den Rest der Lösung.
e. Markiert den Füllstand der Lösung mit einem wasserfesten Filzstift.
f. Lasst die Lösung einige Tage ruhig und kühl stehen.
Beobachtung: Zeichne den Kristall.
Erklärung:
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen
der Bildung von Kristallen aus einer Lösung
(wie hier im Versuch) und aus einer Schmelze
(wie bei den Steinen)?
Wie sind die Steine entstanden?
Name:
Datum:
E9b(2) Was glitzert in den Steinen – Kristalle aus der Lösung
Beim Betrachten der Steine mit der Lupe konntet ihr feststellen, dass in einigen Steinen
glitzernde Flächen enthalten sind. Diese Glitzerflächen sind die Seitenflächen von Kristallen.
Wie entsteht so ein Kristall?
Vermutung:
Geräte
2 Bechergläser (250
ml), Erlenmeyerkolben (250 ml),
Kristallisierschale,
Pinzette, Spatel
Material
dünner Faden
Holzstäbchen
Filterpapier
Trichter
wasserfester Filzstift
Chemikalien
dem. Wasser,
Kupfer(II)-sulfatpentahydrat
Sicherheit / Entsorgung
Durchführung:
5. Stellt die Impfkristalle her
a. Löst in einem Becherglas ca. 40 g blaues Kupfersulfat in 100 ml
demineralisiertem Wasser. Filtriert die Lösung.
b. Gebt die Hälfte der Lösung in eine Kristallisierschale. Lasst die Lösung in der
Kristallisierschale einige Tage ruhig und kühl stehen, damit sich am Boden
Kristalle bilden können. Bewahrt den Rest der Lösung verschlossen auf.
6. Wachstum des Kristalls
c. Hängt den schönsten Kristall als Impfkristall an einen Faden.
d. Befestigt den Faden mit dem Impfkristall an ein Holzstäbchen und hängt den
Impfkristall für ein paar Tage in den Rest der Lösung.
e. Markiert den Füllstand der Lösung mit einem wasserfesten Filzstift.
f. Lasst die Lösung einige Tage ruhig und kühl stehen.
Beobachtung: Zeichne den Kristall.
Erklärung:
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen
der Bildung von Kristallen aus einer Lösung (wie
hier im Versuch) und aus einer Schmelze (wie bei
den Steinen)?
Wie sind die Steine entstanden?
E10a(2) Kristallformen aus Papier: Würfel
Bei eurer Kristallzucht sind verschieden geformte
Kristalle gewachsen, die idealerweise so aussehen
können, wie der Salzkristall oder der Pyritwürfel auf den
Fotos. Mit diesem Bogen kannst du diese Kristallform
aus Papier nachbauen:
Der Papierkörper ist ein Modell für einen Kristall in der Form eines Würfels. In der Natur gibt
es nur sehr selten Kristalle, die so ideal gebildet sind, da Verunreinigungen,
Temperaturschwankungen und andere Störungen das Kristallwachstum beeinflussen.
1. Schneide das Netz sauber
aus.
2. Knicke alle Linien. Tipp:
Verwende zum Knicken
ein Lineal.
3. Bestreiche die
Klebelaschen mit wenig
Flüssigkleber.
4. Klebe den Würfel
sorgfältig zusammen.
Wie sind die Steine entstanden?
E10a(3) Kristallformen aus Papier: Würfel
Bei eurer Kristallzucht sind verschieden geformte Kristalle
gewachsen, die idealer Weise so aussehen können, wie der
Salzkristall oder der Pyritwürfel auf den Fotos. Mit diesem
Bogen kannst du diese Kristallform aus Papier nachbauen:
Der Papierkörper ist ein Modell für einen Kristall in der Form eines Würfels. In der Natur gibt es
nur sehr selten Kristalle, die so ideal gebildet sind, da Verunreinigungen,
Temperaturschwankungen und andere Störungen das Kristallwachstum beeinflussen
1. Schneide die Streifen
sorgfältig aus.
2. Knicke alle gestrichelten
Linien. Tipp: Verwende zum
Knicken ein Lineal.
3. Lege die Streifen wie in der
Vorlage übereinander und
flechte den Würfel.
4. Die letzten Flächenenden
steckst du unter die
entsprechende Würfelseite.
Du brauchst nicht zu kleben.
Wie sind die Steine entstanden?
E10a(4) Kristallformen aus Papier: Würfel
Bei eurer Kristallzucht sind verschieden geformte
Kristalle gewachsen, die idealerweise so aussehen
können, wie der Salzkristall oder der Pyritwürfel auf den
Fotos. Mit diesem Bogen kannst du diese Kristallform
aus Papier nachbauen:
Der Papierkörper ist ein Modell für einen Kristall in der Form eines Würfels. In der Natur gibt
es nur sehr selten Kristalle, die so ideal gebildet sind, da Verunreinigungen,
Temperaturschwankungen und andere Störungen das Kristallwachstum beeinflussen.
5. Schneide die Streifen
sorgfältig aus. Wenn du
kein farbiges Papier
bekommen hast, färbe die
Streifen ein.
6. Knicke alle gestrichelten
Linien. Tipp: Verwende
zum Knicken ein Lineal.
7. Lege die Streifen wie in
der Vorlage übereinander.
8. Fixiere die Streifen in der
Mitte mit Malerkrepp
oder Klebe Zettel, damit
sie nicht verrutschen.
9. Flechte den Würfel.
10. Die letzten Flächenenden
steckst du unter die
entsprechende
Würfelseite.
Du brauchst nicht zu kleben.
Wie sind die Steine entstanden?
E10b(2) Kristallformen aus Papier: Oktaeder
Bei eurer Kristallzucht sind verschieden geformte Kristalle
gewachsen, die idealerweise so aussehen können, wie der
Alaunkristall oder der Fluoritoktaeder auf den Fotos.
Mit diesem Bogen kannst du diese Kristallform aus Papier
nachbauen. Der Papierkörper ist ein Modell für einen Kristall in der Form eines Oktaeders. In
der Natur gibt es nur sehr selten Kristalle, die so ideal gebildet sind, da Verunreinigungen,
Temperaturschwankungen und andere Störungen das Kristallwachstum beeinflussen.
Schneide den Bogen sorgfältig aus.
1. Knicke alle Linien.
Tipp: Verwende zum Knicken ein Lineal.
2. Verwende zum Kleben einen Flüssigkleber.
3. Streiche nur wenig Kleber auf die Laschen.
Wie sind die Steine entstanden?
E10b(3) Kristallformen aus Papier: Oktaeder
Bei eurer Kristallzucht sind verschieden geformte Kristalle
gewachsen, die idealerweise so aussehen können, wie der
Alaunkristall oder der Fluoritoktaeder auf den Fotos.
Mit diesem Bogen kannst du diese Kristallform aus Papier
nachbauen. Der Papierkörper ist ein Modell für einen Kristall in der Form eines Oktaeders. In
der Natur gibt es nur sehr selten Kristalle, die so ideal gebildet sind, da Verunreinigungen,
Temperaturschwankungen und andere Störungen das Kristallwachstum beeinflussen.
1. Schneide die beiden
Streifen entlang der
durchgezogenen Linien
sorgfältig aus. Falls du kein
farbiges Papier hast, färbe
die beiden Streifen
unterschiedlich.
2. Knicke alle gestrichelten
Linien. Tipp: Verwende
zum Knicken ein Lineal.
3. Lege die beiden Streifen so
übereinander, wie es die
Vorlage vorgibt. Schiebe
das Dreieck mit dem o über
das mit dem u.
4. Flechte den Oktaeder, bis
die Streifen weggeflochten
sind. Die letzten Enden
steckst du in die
entsprechenden Flächen
hinein. Du brauchst nicht zu
kleben.
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Kopiervorlagen
Kopiervorlagen
Redetext zur Präsentation
In der Powerpoint-Präsentation wird die Entstehung von Vulkangestein auf 12 Folien an drei
Gesteinen beispielhaft nachgestellt.
Hier sind die Folien der anspruchsvolleren Powerpoint-Präsentation mit fünf
Gesteinsbeispielen mit Notizen dargestellt:
1
Hier wird euch schrittweise erklärt, wie
magmatisches Gestein entsteht. Magma ist der
Name für die Gesteinsschmelze, also flüssiges
Gestein, die tief im Erdinnern vorhanden ist.
Ihr werdet jetzt die Entstehung dieser fünf
Gesteinsarten kennen lernen: Basalt, Porphyr
und Diabas sowie Granit und Gabbro.
Wir beginnen mit den drei Gesteinsarten, die
durch Vulkanausbrüche entstehen, dem Basalt
sowie dem Porphyr und dem Diabas.
2
Hier seht ihr den Vulkan Krakatau bei einer
Eruption (Vulkanausbruch). Er befindet sich in
Indonesien, das liegt in Südostasien.
Dieser Vulkanausbruch beginnt mit dem
Aufsteigen von Asche und vulkanischen Gasen.
Durch den Druck beginnt die Vulkanoberfläche
zu beben. Die Aschewolke kann mehrere
Kilometer in die Höhe steigen.
3
Bei einer Eruption kann auch flüssiges Gestein
aus dem Vulkankrater herausgeschleudert
werden. Die kleinen glühenden Punkte sind
solche flüssigen Steine, man nennt sie
Lavabomben.
Redetext zur Präsentation
4
Später wird so viel flüssiges Gestein aus dem
Vulkankrater herausgestoßen, dass es als Lava
den Vulkankegel herunter fließt. Je heißer die
Lava ist, desto heller leuchtet sie.
Wie aus Lava Steine entstehen können, werden
uns jetzt ansehen. Dazu schauen wir in das
Innere des Vulkans.
5
Hier sieht man, wie ein Vulkan von innen
aufgebaut ist.
Als erstes wollen wir die Begriffe klären:
Tief unter dem Vulkan, in 1 bis 5 km Tiefe,
befindet sich eine heiße, flüssige
Gesteinsschmelze, das Magma. Es befindet sich
in der sogenannten Magmakammer. Nebst
Magma sind dort auch Gase enthalten, die viel
Druck erzeugen können. Wenn der Druck groß
genug ist, bricht der Vulkan aus. Aus der
Öffnung des Vulkans, dem Vulkankrater,
werden die Gase, Asche und Lavabomben heraus-geschleudert. Sobald das Magma aus
dem Vulkan austritt, heißt die flüssige Gesteinsschmelze nicht mehr Magma, sondern Lava.
Sie fließt größtenteils den Vulkankegel, so nennt man den Vulkanberg aus abgekühlten
Lavaschichten, herunter.
6
Jetzt werdet ihr sehen, wie aus einer flüssigen
Gesteinsschmelze ein fester Stein werden kann.
Tief unten in der Magmakammer sind noch
keine festen Steine vorhanden.
Wenn der Vulkan ausbricht, dann bahnt sich das
Magma schnell seinen Weg an die
Erdoberfläche. Die flüssige Gesteinsschmelze
nennt man jetzt Lava. Sie fließt größtenteils den
Vulkankegel herunter.
Dort kühlt sie schnell ab. Es bleibt keine
Zeit, große Kristalle, so nennt man die glitzernden Körner in den Steinen, zu bilden. Man
sagt, die Lava kristallisiert schnell aus. Deshalb entstehen nur klitzekleine Kristalle, die man
mit bloßem Auge nicht erkennen kann. Jetzt haben wir feste Lava. Diese entstehenden
Erstarrungsgesteine nennt man Vulkangesteine oder Vulkanite, in diesem Fall ist es Basalt.
Er ist meist dunkelgrau und kann durch Gaseinschlüsse Löcher enthalten. Bei jedem
Vulkanausbruch wird eine weitere Lavaschicht auf den Vulkankegel ergossen und er wächst
weiter in die Höhe.
Redetext zur Präsentation
7
Es gibt auch den Fall, dass ein Vulkan längere
Zeit nicht ausbricht. In dieser Zeit kühlt das
Magma im Erdinneren langsam ab. In der Tiefe
bilden sich bereits wenige, aber große Kristalle,
die in der Gesteinsschmelze schwimmen.
Magma, das unter Druck steht, dringt seitlich in
das angrenzende Gestein ein und bildet dort so
genannte Lavagänge. Auch darin wachsen
Kristalle.
8
Kommt es dann zu einem schnellen Aufstieg des
Magmas mit einem Vulkanausbruch, schießt
Lava, die große Kristalle enthält, aus dem
Vulkankrater und fließt den Vulkankegel
hinunter. Dann kühlt die verbleibende noch
flüssige Lava sehr rasch ab und kristallisiert.
Dabei können keine mit bloßem Auge
sichtbaren, sondern nur mikroskopisch kleine
Kristalle entstehen. Je schneller die Schmelze
abkühlt, desto feinkörniger wird die
Grundmasse, die man Matrix nennt. Die
großen, gut sichtbaren Kristalle werden als Einsprenglinge bezeichnet.
Wir haben jetzt feste Lava mit einzelnen großen Kristallen.
Es gibt Gesteine mit dunkler Matrix, in der weiße, meist stängelige Kristalle verstreut sind.
Bis auf diese weißen Kristalle sehen sie aus wie Basalt, ihr Name ist Diabas. Beide sind aus
chemisch gleich zusammengesetzter Lava entstanden, nur auf andere Weise.
Es gibt auch Gesteine mit meist rötlicher Matrix, die verschieden farbige, häufig rundliche
Kristalle enthält. Solche Steine nennt man Porphyr. Sie unterscheiden sich in der
chemischen Zusammensetzung von Basalt und Diabas.
9
Es gibt noch eine dritte Entstehungsmöglichkeit
für magmatisches Gestein. Kühlt das Magma tief
im Erdinneren ab, haben die Mineralien viel Zeit
zum Wachsen und es entstehen Kristalle, die
auch ohne Lupe gut zu erkennen sind. Aus dem
Magma entsteht ein festes Gestein mit großen
Kristallen. Diese Erstarrungsgesteine nennt man
Tiefengesteine (Plutonite). Der bekannteste
Vertreter ist der Granit, er ist das Tiefengestein
des Porphyrs. Auch zu Basalt oder Diabas gibt es
ein Tiefengestein, den Gabbro. Er entsteht
allerdings nicht aus porphyrbildendem Magma, sondern aus basaltbildendem Magma meist
tief unter dem Meeresgrund. Diese Kristallisationen finden in mehreren Kilometern Tiefe
statt. Wie kommt es, dass wir diese Steine an der Erdoberfläche finden können?
Redetext zur Präsentation
10
Durch Verwitterung, Erosion und Hebung
werden in Gebirgen die oberen
Gesteinsschichten Stück für Stück abgetragen.
Alle Gesteine verwittern, selbst noch so stabile
Felswände, es ist nur eine Frage der Zeit.
Ähnlich einem Eisberg wird die MasseAbtragung im Gebirge ständig durch Hebung
des gesamten Erdkrustenbereichs ausgeglichen.
So werden tief liegende Gesteinseinheiten immer
näher an die Oberfläche gebracht. Nach vielen
Jahrtausenden
bis Jahrmillionen ist in der Tiefe erstarrtes Gestein wie Granit schließlich freigelegt und nun
selbst der Verwitterung ausgesetzt.
Granit besteht vereinfacht aus drei Mineralen. Der Feldspat ist oft rötlich oder weiß, der
Quarz grau-glasig und der Glimmer dunkelbraun oder weiß-silbrig. („Feldspat, Quarz und
Glimmer, die drei vergisst man nimmer.“) Die drei Minerale verwittern unterschiedlich
schnell: zuerst Glimmer, als nächstes Feldspat. Dadurch verliert der Granit seinen
Zusammenhalt und zerfällt zu Sand. Glimmer und Feldspat werden in Ton umgewandelt,
einen wesentlichen Bestandteil von Böden. Quarz ist am stabilsten, deshalb sind Sandkörner
meistens Quarzkörner.
11
Hier ist noch einmal eine Zusammenfassung der
Entstehung magmatischen Gesteins anhand der
drei hier vorgestellten Beispielen:
1. Bei einem Vulkanausbruch entsteht aus Lava
z.B. ein graues bis schwarzes Gestein ohne
sichtbare Kristalle, der Basalt.
2. Bei einem Vulkanausbruch entsteht aus
Lava, die bereits Kristalle enthält, z.B. ein
rötliches Gestein mit großen Kristallen, der
Porphyr.
3. Tief im Erdinnern können durch sehr
langsames Abkühlen große Kristalle wachsen. So entsteht z.B. der Granit. Das in der Tiefe
entstandene Gestein braucht viele Jahrtausende bis Jahrmillionen, bis es durch Verwitterung,
Erosion und Hebung an die Erdoberfläche gelangt.
Literaturhinweise
Bücher:
Farndon, Jon: Spannendes Wissen über die Erde. Kaleidoskop Buch im Christian Verlag
München, 1999 (ISBN 3-88472-403-7)
Dieses Buch aus der Reihe „Experimentieren Und Kapieren“ ist für Kinder
geschrieben und enthält viele Versuche mit Haushaltsmitteln zum Nachmachen.
Leider ist dieses Buch vergriffen, es ist aber in vielen öffentlichen Büchereien
vorhanden (gibt es auch zu anderen naturwissenschaftlichen Themen).
Grotzinger, John; Jordan, Thomas H.; Press, Frank; Siever, Raymond: Press/Siever
Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, 5. Auflage 2008 (ISBN
978-3-8274-1812-8)
oder als Taschenbuchausgabe:
Press, Frank / Siever, Raymond: Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag
Heidelberg, Berlin, Oxford 1995 (ISBN 3-86025-390-5)
Zwei gut verständlich geschriebene Lehrbücher „Einführung in die Geologie“.
Rudolph, Frank: Strandsteine. Sammeln und Bestimmen von Steinen an der Ostseeküste.
Wachholtz Verlag Neumünster, 2005 (ISBN 3-529-05409-7)
Rudolph, Frank: Noch mehr Strandsteine. Sammeln und Bestimmen von Steinen an der
Nord- und Ostseeküste und im Binnenland. Wachholtz Verlag Neumünster, 2008 (ISBN 9783-529-05421-1)
Reichlich Bilder von Steinen mit gesteinskundlichen Hintergrundinformationen und
Bestimmungshinweisen.
Rudolph, Frank: Strandsteine für Kids. Wachholtz Verlag Neumünster, 2009 (ISBN 3-52905414-3)
Ein kindgerechtes und anschauliches Bestimmungsbuch für Kinder mit
ansprechenden Illustrationen.
Schmidtke, Kurt-Dietmar: Die Entstehung Schleswig-Holsteins. Wachholtz Verlag
Neumünster, 4. Auflage 2004 (ISBN 3-529-05316-3)
Dieses Buch beschreibt anschaulich und mit viel Bildmaterial, wie SchleswigHolsteins Naturlandschaften durch die Eiszeiten entstanden sind. Für den SchleswigHolsteiner mit einigen „Aha-Erlebnissen“ verbunden.
Sebastian, Ulrich: Gesteinskunde. Ein Leitfaden für Einsteiger und Anwender. Spektrum
Akademischer Verlag Heidelberg 2009 (ISBN 978-3-8274-2024-4)
Ein kompaktes, reich illustriertes Fachbuch für Einsteiger. Enthält viele Fachbegriffe,
aber die Texte sind leicht verständlich. Geeignet für einen Überblick über die
Entstehung und Klassifizierung von Gesteinen und Lockersediment.
Smed, Per; Ehlers, Jürgen: Steine aus dem Norden. Geschiebe als Zeugen der Eiszeit in
Norddeutschland. Bornträger Verlag Stuttgart, 2. Auflage 2002 (ISBN 3-443-01046-6)
Als Bestimmungsbuch ist es sehr speziell, eignet sich aber zum Nachlesen über die
eiszeitlichen Prozesse und die Herkunftsgebiete der Steine.
Literaturhinweise
Zeitschriftenartikel:
Naturwissenschaft im Unterricht Chemie. Kreislauf der Gesteine. Heft 86, März 2005, 16.
Jg., Friedrich-Verlag (Gibt einen leicht verständlichen Überblick über den Kreislauf der
Gesteine, stellt den Bezug zu den Basiskonzepten her und enthält noch weitere
Versuchsanregungen, von denen viele aber erst in höheren Klassenstufen eingesetzt werden
sollten.
Internetseiten:
siehe Linkliste unter www.nawi5-6.de