Unterrichtsmaterial zum Kreislauf der Gesteine

Unterrichtsmaterial zum
Kreislauf der Gesteine
Inhalt (je 4x)
Granit
Granat-Glimmerschiefer
Tonschiefer
Sand (im Gläschen)
Ton (im Gläschen)
© Arbeitsgruppe Lehrmaterial der DMG Kommission für Schule und Hochschule
1 Impressum
Deutsche Mineralogische Gesellschaft
Kommission für Schule und Hochschule
Arbeitsgruppe Lehrmaterial
Email: [email protected]
Dr. Magdalena Banaszak, Technische Universität Berlin, Fachgebiet Mineralogie
PD Dr. Lutz Hecht, Museum für Naturkunde, Berlin
Dr. Peter Schmid-Beurmann, Universität Münster, Institut für Mineralogie
Dr. Burkhard Schmidt, Georg-August Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum
Prof. Dr. Roland Stalder, Universität Innsbruck, Institut für Mineralogie und Petrographie
Danksagung
Das Projekt wurde durch die Alexander Tutsek-Stiftung finanziell gefördert und hatte die
Unterstützung der Einrichtungen der Arbeitsgruppenmitglieder
2 Kreislauf der Gesteine
Das Material der festen Erde ist Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die sich über geologische Zeiträume laufend ändern. Umwelteinflüsse an der Erdoberfläche
sowie Kräfte aus dem Inneren der Erde sorgen so für eine stetige Umgestaltung des Materials. Da dieser Prozess der Umgestaltung nie zu Ende ist und stets von
Neuem beginnt, spricht man vom Kreislauf der Gesteine (Abb. unten links). Generell ist die gesamte Landoberfläche den Prozessen der chemischen und
mechanischen Verwitterung (1) und der daraus resultierenden Abtragung durch Wasser, Eis und Wind ausgesetzt. Topographische Erhebungen und Gebiete mit
feuchtem Klima und/oder starkem Temperaturwechsel sind davon jedoch in besonderem Maße betroffen. Während mechanische Verwitterung eine reine
Zerkleinerung bedeutet, werden bei der chemischen Verwitterung einige Minerale zersetzt und neue gebildet. Das abgetragene Material wird in topographische
Senken transportiert, wo es zur Sedimentation bzw. Ablagerung (2) kommt. Bei Überlagerung mit weiterem Material, kommt es zu einer Verfestigung (3), der
Diagenese (=„Gesteinswerdung“). Bei fortschreitender Überlagerung mit weiterem Material bzw. durch gebirgsbildende Prozesse im Rahmen der Plattentektonik
(Abb. unten rechts) steigen Druck und Temperatur derart an, dass sich andere Mineralvergesellschaftungen bilden, die unter den neuen Gegebenheiten stabil sind.
Diese Umwandlung unter Beibehaltung des festen Zustandes wird Gesteins-Metamorphose (4) genannt, typische Gesteine sind Glimmerschiefer und Gneise. Bei
genügend hohen Temperaturen kann es auch zu Teilaufschmelzung (5) im Gestein kommen (ein Teil des Gesteins bleibt dabei jedoch fest). Die geschmolzenen
Partien haben eine geringere Dichte als die Umgebung und können sich im teilgeschmolzenen Gestein bewegen und zu größeren Körpern sammeln.
Lehm (Sand+Ton)
1
2
3
Granit
2
1
2
1
4
5
Tonschiefer
4
Glimmerschiefer
Kreislauf der Gesteine für toniges Ausgangsmaterial.
Die Zahlen beziehen sich auf die im rechten Blockbild
angegebenen Prozesse. Je nach Entwicklung der
Umgebung muss der Kreislauf nicht vollständig
durchlaufen werden (z.B. 1-2-3-1-2-3 oder 4-5-4-5)
Beim Aufstieg in geringere Tiefen
und damit verbundenen niedrigeren
Temperaturen kommt es dann
allmählich zur Erstarrung (Kristallisation). Weitere Hebungsprozesse
über große Zeitskalen (Mio. Jahre)
sorgen für eine erneute Heraushebung
-- der Kreislauf kann von Neuem
beginnen.
In den verschiedenen Stadien im
Kreislauf der Gesteine ist das
Material neben typischen Mineralbildungen
(s.
auch
Info-Blatt
„Gestein-Mineral-Kristall“) auch an
der geometrischen Anordnung seiner
Minerale erkennbar. So ordnen sich
bei der Ablagerung blättrige Minerale
parallel zur Erdoberfläche (Beispiel:
Tonschiefer), bei der Metamorphose
entsprechend der gerichteten Druckverhältnisse (Beispiel: Glimmerschiefer). Aus Schmelzen entsteht oft
ein richtungsloses Gefüge (Beispiel:
Granit).
1
2
3
4
5
Schematischer Querschnitt
durch die Erdkruste mit wichtigen
Stationen im Kreislauf der Gesteine
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
Hebung / Verwitterung / Abtragung
Transport / Ablagerung
Verfestigung
Umwandlung (Metamorphose)
Teilaufschmelzung / Kristallisation
Arbeitsblatt: Kreislauf der Gesteine
Aufgabe 1: Unten siehst Du einen schematischen Querschnitt durch die
Erdkruste mit den wichtigsten Stationen im Kreislauf der
Gesteine.
a) Trage in die Abbildung die Nummern der jeweiligen
Vorgänge ein (s. Liste unter dem Blockbild).
b) Welche physikalischen und chemischen Faktoren spielen bei
den einzelnen Stationen eine Rolle?
c) Beim Tauchen in Wasser erhöht sich der Druck alle 10 Meter
um ein bar (105 Pa). Welchen Druck erfährt ein Gestein, dass in
30 km Tiefe „abtaucht“ ? (Die Dichte von Gestein liegt bei
ungefähr 3 g/cm3)
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
Hebung / Verwitterung / Abtragung
Transport / Ablagerung
Verfestigung
Umwandlung (Metamorphose)
Teilaufschmelzung / Kristallisation
Aufgabe 2: Unten siehst Du eine schematische Darstellung vom Kreislauf
der Gesteine.
a) Beschrifte die inneren Pfeile.
b) Trage in die elliptischen Felder den Namen eines typischen
Gesteins bzw. Materials ein.
Aufgabe 3: Suche aus dem Koffer die entsprechenden Stücke.
a) Welche Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Korngröße
fallen Dir auf?
b) Gebe ein paar Tropfen Wasser jedes der Gesteine. Was
beobachtest Du und wie ist die Beobachtung zu interpretieren?
Aufgabe 4: Welche Gegenstände aus dem täglichen Leben kennst Du, die
mindestens teilweise aus geschmolzenen mineralischen
Rohstoffen bestehen? Suche entsprechende Stücke aus dem
Koffer.