Arbeitsmappe: Erdbeben
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Arbeitsmappe zur Ausstellung focusTerra Erdwissenschaftliches Forschungs- und Informationszentrum der ETH Zürich Erdbeben in der Schweiz Pascal Christen und Jens Kuster, PHZ Luzern Ziel Die Arbeitsmappe wurden als Begleitung für einen Besuch des erdwissenschaftlichen Forschungs- und Informationszentrums focusTerra an der ETH Zürich erstellt (www.focusterra.ethz.ch). Zielgruppe sind Schülerinnnen und Schüler der Sekundarstufe I. Publikationsrechte Diese Arbeit entstand im Rahmen der Masterarbeit von Pascal Christen und Jens Kuster an der Pädagogischen Hochschule Zentralschweiz, Luzern. Betreut wurde die Arbeit von Dr. Marianne Landtwing Blaser. Alle Rechte zur Weiterveröffentlichung dieser Arbeit in einer geographischen, geographiedidaktischen oder didaktischen Publikation liegen bei den oben genannten Personen. Verbreitung Eine gekürzte Version diese Arbeitsmappe (ohne Sachanalyse) kann heruntergeladen werden unter www.focusterra.ethz.ch. Die erweiterte Version mit der Sachanalyse zum Thema ist verfügbar unter http://focusterra.jimdo.com oder kann bei Pascal Christen, Jens Kuster oder Marianne Landtwing angefordert werden. Autoren Pascal Christen Jens Kuster [email protected] [email protected] Betreuung Dr. Marianne Landtwing Blaser Dozentin PHZ Luzern [email protected] Dr. Veronika Klemm ETH Zürich Dank Wir danken Dr. Marianne Landtwing Blaser und Dr. Veronika Klemm für die tatkräftige Unterstützung bei der Entstehung dieser Arbeitsmappe! Inhaltsverzeichnis: 1. Sachanalyse: Erdbeben in der Schweiz ................................................................. 4 1.1 Einführung:........................................................................................................ 4 1.2 Definitionen und Kernfragen: ............................................................................ 4 1.3 Glossar: Erdbeben in der Schweiz .................................................................. 12 1.4 Literaturverzeichnis: ........................................................................................ 15 1.5 Abbildungsverzeichnis: ................................................................................... 15 3. Themenbezogene Hinweise zur Ausstellung ........................................................ 17 4. Hinweise zur Fachliteratur und zu den Lehrmitteln ............................................... 18 4.1 Fachliteratur: ................................................................................................... 18 4.2 Lehrmittel und didaktische Unterlagen: ........................................................... 18 5. Diverse didaktische und organisatorische Hinweise ............................................. 20 5.1 Lehrpläne (Stand 2009): ................................................................................. 20 5.2 Adressaten: ..................................................................................................... 20 5.3 Fachliche Vorkenntnisse: ................................................................................ 21 5.4 Lernziele: ........................................................................................................ 21 5.5 Zeitaufwand: ................................................................................................... 21 6 Schülerdossier ....................................................................................................... 22 6.1 Einführung:...................................................................................................... 22 6.2 Aufgaben und Fragen: .................................................................................... 22 7. Lösungen .............................................................................................................. 31 8. Nachbereitungs- und Vertiefungsmaterial............................................................. 34 8.1 Weblinks: ........................................................................................................ 34 8.2 Filme: .............................................................................................................. 34 8.3 Unterrichtsideen: ............................................................................................. 34 9. Evaluation ............................................................................................................. 34 Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 3/34 1. Sachanalyse: Erdbeben in der Schweiz 1.1 Einführung: Über Jahrzehnte bauen sich in der Lithosphäre, welche die Erdkruste und den obersten Teil des Erdmantels umfasst, Spannungen auf, welche dann durch Erdbeben wieder abgebaut werden. Eine Massenverschiebung von Gestein wird durch ein Erdbeben ausgelöst. Zwei Gesteinspakete bewegen sich ruckartig an einer Bruchfläche aneinander vorbei. Es entstehen Schwingungen, die sich kugelförmig nach allen Richtungen ausbreiten. Dies sind die gefürchteten seismischen Wellen (Erdbebenwellen). Je nach dem wie stark das Erdbeben ist, ist die Länge des Bruches, der Verschiebungsbetrag und die Tiefe des Erdbebenherdes unterschiedlich. Bei einem schwachen Beben ist der Bruch im Erdinneren nur wenige Meter lang und die Gesteinsblöcke verschieben sich nur einige Millimetern. Der Bruch kann bei einem starken Beben aber auch Hunderte von Kilometer betragen, die Gesteinsblöcke können sich dabei bis zu 20 Metern verschieben (Wiemer, 2008). 1.2 Definitionen und Kernfragen: Was sind Erdbeben? Wie entsteht ein Erdbeben? Nach Press und Siever (2003) sind Erdbeben Erschütterungen bzw. Schwingungen des Untergrunds. Gesteinsformationen sind kontinuierlichen Deformationskräften ausgesetzt. Durch ein ruckartiges Verschieben bzw. Zerbrechen von Gesteinsblöcken im Untergrund entstehen Bodenschwingungen, welche als Wellen in alle Richtungen ausgesendet werden. Diese Verschiebungen kommen vorwiegend im Bereich der Erdkruste und des oberen Mantels vor. Erdbeben gehen immer von einem bestimmten Punkt im Erdinnern, dem Hypozentrum oder Erdbebenherd aus. Das Epizentrum ist jener Punkt auf der Erdoberfläche, welcher sich senkrecht über dem Hypozentrum befindet. Dort sind die Auswirkungen des Bebens am grössten. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 4/34 Abbildung 1: Grafische Darstellung des Epi- bzw. Hypozentrums (Hasler & Egli, 2004). Wo kommen Erdbeben vor und welche Arten von Erdbeben gibt es? Man unterscheidet tektonische Beben, vulkanische Beben (Aufsteigen von Magma im Vulkanschlot), Einsturzbeben (Einsturz von unterirdischen Hohlräumen wie Karsthöhlen oder Vulkanschlote) und Meteoriteneinschläge. Tektonische Beben machen dabei etwa 90% der Beben aus und entstehen wie folgt: Abbildung 2: Jens Kuster Pascal Christen Modell der Plattengrenzen (www.fsbio-hannover.de, 2008). PHZ Luzern 5/34 Kollision zweier Platten (destruktive Plattengrenzen, Subduktionszonen) Reibung zweier sich horizontal verschiebenden Platten (konservative Plattengrenzen, Transformstörungen) Erdbeben durch das „Zerreissen“ der Erdkruste zweier sich auseinander bewegenden Platten (konstruktive Plattengrenzen, mittelozeanischer Rücken) Abbildung 3: Weltweite Verteilung der Erdbeben für das Jahr 2003 (Hasler & Egli, 2004). Aufgrund der grossen Überzahl von tektonischen Beben, kommen Erdbeben vorwiegend an Plattengrenzen vor. Eine kleine Anzahl von Erdbeben tritt aber auch im Innern einer Platte auf. Unterschieden werden zudem Flachbeben, welche ihr Hypozentrum zwischen 0 und 100 Kilometer unter der Erdoberfläche haben und Tiefenbeben, welche Herdtiefen bis zu 300 Kilometer haben. Darunter ist das Gestein wärmer und kann sich bei erhöhtem Druck plastisch verformen. Es bricht also nicht mehr ruckartig (Hürlimann und Egli-Broz, 2005). Was sind Erdbebenwellen? Während des Erdbebens verschieben sich Gesteinsformationen. Vom Erdbebenherd breiten sich Bodenschwingungen aus, welche als Erdbebenwellen oder seismische Wellen bezeichnet werden. Die Wellen führen zu heftigen Erschütterungen. Man unterscheidet Raumwellen (P-Welle und S-Welle, bzw. Primär- und Sekundärwelle), Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 6/34 die sich durch den Erdkörper ausbreiten und Oberflächenwellen (Love-Welle und Rayleigh- Welle), die sich entlang der Erdoberfläche fortbewegen. Die P-Wellen breiten sich am schnellsten aus und können sich durch alle Zustandsformen der Materie ausbreiten. S-Wellen breiten sich nur in Festkörpern aus und pflanzen sich etwa halb so schnell fort. Oberflächenwellen sind langsamer als Raumwellen und benötigen zur Ausbreitung eine freie Oberfläche (Press und Siever, 2003). Abbildung 4: Verschiedene Erdbebenwellen(Hasler & Egli, 2004). Wie kann man Erdbebenwellen messen? Erschütterungen können mit einem Seismograf (Seismometer) aufgezeichnet werden. Es entsteht ein sogenanntes Seismogramm. Dieses Seismogramm ist eine grafische Darstellung einer Bodenbewegung. Dabei zeichnet ein, an einer Masse befestigter Schreibstift, auf einer Papierrolle die Erschütterungen auf. Jegliche Bewegungen der Erdkruste werden aufgezeichnet. Im Seismogramm erkennt man die Abfolge der aufeinander treffenden Wellen. Zuerst kommen die P-Wellen, danach die SWellen. Später treffen die Oberflächenwellen (Love- und Rayleigh-Wellen) ein. Die Aufzeichnungen werden meist durch Ruhephasen unterbrochen. Schliesslich kann man auf dem Seismogramm den Zeitpunkt des Beginns des Bebens und dessen Dauer bestimmen, den Zeitpunkt des Eintreffens der einzelnen Wellenarten und deren Zeitdifferenz wie auch die Amplitude, den grössten Ausschlag (Hürlimann und Egli-Broz, 2005). Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 7/34 Abbildung 5: Funktionsweise von Seismografen, wobei links die Horizontalbewegung und rechts die Vertikalbewegung dargestellt wird (Hasler & Egli, 2004). Abbildung 6: Typische Aufzeichnung in einem Seismogramm (Hasler & Egli, 2004). Wie stark können Erdbeben sein und welchen Schaden richten sie an? Die Distanz des Epizentrums kann durch die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen der P- und S- Wellen an einem bestimmten Ort berechnet werden. Zusätzlich kann man mit Hilfe eines Seismogramms auch die Stärke des Bebens (Magnitude) feststellen. Die Magnitude ist ein objektives Mass für die am Erdbebenherd freigesetzte Energie. Diese wird durch die Richterskala angegeben. Die Richterskala besitzt dabei eine logarithmische Einteilung, das heisst jede Erhöhung um eine Einheit entspricht einer Verzehnfachung der Bodenbewegung. Ein Erdbeben wird für einen Menschen ab einer Magnitude von ca. 3 fühlbar. In einem dicht besiedelten Gebiet kommt es bei einer Magnitude von 5 zu Schäden. Bei einer Magnitude von 6 sind die Schäden meist erheblich, eine Magnitude von 7 führt meist zu einer Katastrophe. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 8/34 Abbildung 7: EMS-Skala (Hasler & Egli, 2004). Eine weitere Skala, welche die Stärke (Intensität) eines Erdbebens durch Schadensbeobachtung klassifiziert, ist die EMS Skala (Europäische Makroseismische Skala, früher MSK-Skala oder Mercalli-Skala genannt). Sie unterscheidet 12 Stufen (I-XII), wobei die Intensität von der Tiefe des Bebens, der Magnitude im Epizentrum, von der Entfernung zum Epizentrum, vom lokalen Untergrund und von der Bausubstanz abhängt. Intensität I auf der EMS-Skala ergeben unmerklich Schäden. Das Beben wird nur auf dem Seismograf registriert. Intensität XII ist eine grosse Katastrophe. Erdbeben haben grosse direkte Auswirkung auf die Umwelt. Einsturz von Bauwerken, Bergstürze, Erdrutsche, Lawinen und Tsunamis können ausgelöst werden. Aber auch indirekte Folgen des Erdbebens (Feuerbrünste, zerstörte Infrastruktur, zerstörte Verkehrsnetze sowie Wasser-, Strom- und Gasleitungen, Todesfälle, Obdachlosig- Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 9/34 keit, Hungersnöte, Seuchen etc.) fordern unter der Bevölkerung grosse Opfer (Hürlimann und Egli-Broz, 2005). Gibt es Erdbeben in der Schweiz? In der Schweiz bebt es pro Jahr ca. 500 Mal. Doch nur 10 bis 15 Beben kann man spüren. Diese Beben entstehen zum Beispiel, wenn sich die adriatische Platte gegen die Europäische Platte bewegt. Diese Bewegung ist aber mit 1 mm pro Jahr vergleichsweise klein, so dass es selten starke Erdbeben gibt. Das letzte mittelstarke Beben ereignete sich 1946 in Sierre (VS). Erdbebengebiete der Schweiz sind vor allem im Raum Basel (Rheintalgraben) und im Wallis (apulischer Sporn) zu finden (Wiemer, 2008). Abbildung 8: Erdbebengefährdung in der Schweiz (www.earthquake.ethz.ch, 2008). Wie gross ist die Erdbebenwahrscheinlichkeit in der Schweiz? In der Schweiz existiert eine Erdbebengefahrenkarte, welche die Stärke der Erdbebenerschütterung die im Mittel über 475 Jahren zu erwarten ist, aufzeigt. Neben dem Wallis und dem Raum Basel sind auch das Bündnerland und Regionen am Alpennordrand gefährdet. Es gibt aber keine Regionen ohne Gefährdung in der Schweiz! Die Gefährdung durch Erdbeben ist aber in der Schweiz im Vergleich mit anderen Ländern klein. In Kalifornien und der Türkei werden an den Plattenrändern in grossen Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 10/34 Grabenbrüchen Bewegungen von bis zu 5 cm pro Jahr gemessen. Somit ist das Risiko eines Erdbebens erheblich grösser. Zudem ist auch noch zu beachten, dass die Gefahr einer Katastrophe in einer Stadt wie San Francisco durch die Millionen von Einwohnern, welche in kleinem Raum zusammenleben, einiges grösser ist, als in einem siedlungsarmen Raum (Wiemer, 2008). Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 11/34 1.3 Glossar: Erdbeben in der Schweiz Begrifflichkeiten: Erklärungen: Amplitude Grösster Ausschlag einer Schwingung oder eines Pendels. Arten von Erdbeben Unterschieden werden tektonische Beben, vulkanische Beben (Aufsteigen von Magma im Vulkanschlot), Einsturzbeben (Einsturz von unterirdischen Hohlräumen wie Karsthöhlen oder Vulkanschlote) und Meteoriteneinschläge. Tektonische Beben machen etwa 90% aller Beben aus. Astenosphäre EMS- Skala Europäische Makroseismische Skala, Nachfolger der MSK- und Mercalli-Skala. Erdbeben Erschütterungen bzw. Schwingungen des Untergrunds. Gesteinsformationen sind kontinuierlichen Deformationskräften ausgesetzt. Durch ein ruckartiges Verschieben bzw. Zerbrechen von Gesteinsblöcken im Untergrund entstehen Bodenschwingungen, welche sich vom Erdbebenherd aus als Wellen in alle Richtungen ausdehnen. Erdkruste Die Erdkruste ist die äussere, feste Schicht der Erde. Unter ihr liegen der feste bis zäh-plastische Erdmantel. Man unterscheidet zwei Typen von Krustenmaterial: • Die ozeanische Erdkruste entsteht an konstruktiven Plattengrenzen am Meeresgrund, wo aus dem Erdmantel basisches Magma austritt und Mittelozeanische Rücken (MOR) bil- Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 12/34 • det. Sie besteht hauptsächlich aus dem Basalt-ähnlichen Gabbro und hat eine Dicke von fünf bis sieben Kilometer. Die kontinentale Erdkruste besteht hauptsächlich aus Granit und Gneis. Sie hat eine Dicke von 30 bis 60 km Erdmantel Als Erdmantel wird die mächtigste, mittlere Schale im inneren Aufbau der Erde bezeichnet. Sie liegt direkt unter der Erdkruste und grenzt nach unten an den Erdkern. Der oberste Teil des Erdmantels, bis in etwa 100 km Tiefe, ist fest und wird auch Mantellithosphäre genannt. Darunter lässt sich der Aggregatzustand des Erdmantelmaterials am besten als zähplastisch oder viskos beschreiben. Epizentrum Ort auf der Erdoberfläche, welcher senkrecht über dem Erdbebenherd (Hypozentrum) liegt. Hypozentrum Erdbebenherd. Lithosphäre Feste, äussere Erdschale bestehend aus der Erdkruste und dem obersten Teil des oberen Mantels. Die Erde besteht aus sieben grossen und zahlreichen kleineren Lithosphärenplatten (tektonischen Platten). Love- und Rayleigh- Welle Oberflächenwellen. Erdbebenwellen, die sich nur entlang der Erdoberfläche fortpflanzen. Magnitude Mass für die bei einem Erdbeben freigesetzte Energie. Wird z.B. durch die Richterskala angegeben. Mittelozeanischer Rücken Auch MOR genannt. Divergente Plattengrenze, d.h. die Platten bewegen sich voneinander weg. Da im Zwischenraum Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 13/34 durch aufsteigendes Magma neue ozeanische Kruste gebildet wird, bezeichnet man diese Plattengrenze auch als konstruktiv. An dieser Stelle besteht die Lithosphäre nur aus der ozeanischen Kruste und hat keinen Mantelanteil. Plattengrenzen Generell unterscheidet man drei verschiedene Plattengrenzen, die alle mit Erdbeben verbunden sind • destruktive Plattengrenzen (Kollision zweier Platten, die sich aufeinander zu bewegen. Dies führt zu Subduktionszonen) • konservative Plattengrenzen, (Reibung zweier sich horizontal verschiebenden Platten. Dies führt zu Transformstörungen) • konstruktive Plattengrenzen (Dehnung und Auseinanderreissen zweier sich auseinander bewegenden Platten. Dies führt zur Bildung von Mittelozeanischen Rücken (ozeanische Lithosphäre) bzw. von Riftzonen und Grabenbrüchen (kontinentale Lithosphäre)). P-S-Wellen Raumwellen. Erdbebenwellen, die sich durch den Erdkörper fortpflanzen. Primär-Sekundärwellen (P-S- Wellen). Richterskala Skala, welche die freigesetzte Energie eines Erdbebens klassifiziert. Seismograf oder Seismometer Erschütterungsempfindliches Gerät, welches die durch ein Erdbeben ausgelösten Schwingungen grafisch aufzeichnet. Seismogramm Grafische Darstellung der durch ein Erdbeben ausgelösten Schwingungen. Subduktionszonen Jens Kuster Pascal Christen Konvergente Plattengrenze, d.h. die Li- PHZ Luzern 14/34 thosphärenplatten bewegen sich aufeinander zu. Da Plattenmaterial vernichtet wird, bezeichnet man diese Plattengrenze auch als destruktiv. Tektonische Platten siehe Lithosphäre Transformstörung / Blattverschiebung Plattengrenze, an der sich zwei Lithosphärenplatten horizontal aneinander vorbei bewegen. Dabei wird weder neue Kruste gebildet noch Lithosphäre zerstört. 1.4 Literaturverzeichnis: Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. Bern: Hep-Verlag. Hürlimann, R. & Egli-Broz, H. (2005). Geologie. Zürich: Compendio Bildungsmedien AG. Press, F. & Siever, R. (2003). Allgemeine Geologie. Einführung in das System Erde. Heidelberg: Akademischer Verlag. Wiemer (2008). Modultexte der Ausstellung: Erdbeben und Erdbebengefährdung in der Schweiz. Zürich: focusterra. 1.5 Abbildungsverzeichnis: Abb.1: Grafische Darstellung des Epi- bzw. Hypozentrums. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.151. Abb.2: Modell der Plattengrenzen. http://www.fsbio-hannover.de/oftheweek/234/Plattengrenzen.png (besucht am 22.09.2008) Abb.3: Weltweite Verteilung der Erdbeben für das Jahr 2003. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.152. Abb.4: Verschiedene Erdbebenwellen. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.153. Abb.5: Funktionsweise von Seismografen. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 15/34 Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.154. Abb.6: Typische Aufzeichnung in einem Seismogramm. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.154. Abb.7: Ems-Skala. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. S.158. Abb.8: Erdbebengefährdung in der Schweiz. http://www.earthquake.ethz.ch/research/Swiss_Hazard/Maps_plots/Hazard_M aps (besucht am 22.09.2008) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 16/34 3. Themenbezogene Hinweise zur Ausstellung Im D-Geschoss der Ausstellung befinden sich zum Thema verschiedene Informationen und Exponate. Folgende Themen werden abgedeckt: D09 Erdströme (Erdmantel): Thementexte drei Mantelgesteine Projektion auf Hemisphäre (Halbkugel1) Monitor D10 Seismologie, Erdbeben: Thementexte Projektion auf Hemisphäre (Halbkugel 2) Monitorwand bestehend aus vier Monitoren (Echtzeit) Experiment „Jumping Point“ mit Seismograf Grossflächige Grafik D12 Plattentektonik, Gebirgsbildung: Thementexte Monitor Grossflächige Grafik mit Monitor Medienstation F11: Erdbeben Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 17/34 4. Hinweise zur Fachliteratur und zu den Lehrmitteln 4.1 Fachliteratur: Jäckli, H.(1989). Geologie von Zürich. Von der Entstehung der Landschaft bis zum Eingriff des Menschen. Zürich: Orell Füssli. Grotzinger J. et al. (2007). Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag Richter, D. (1992). Allgemeine Geologie. Berlin: de Gruyter. Richter, D. (1997). Geologie. Das Geographische Seminar. Braunschweig: Westermann Schulbuchverlag GmbH. Wiemer (2008). Modultexte der Ausstellung: Erdbeben und Erdbebengefährdung in der Schweiz. Zürich: focusTerra. 4.2 Lehrmittel und didaktische Unterlagen: Bachofner, D., Batzli, S., Hobi, P. & Rempfler, A. (2005). Das Geo Buch 1. Europa und die Welt. Zug: Klett und Balmer Verlag. Die Erde bebt und reisst. S.116. Auch in der Schweiz kann die Erde beben. S.118. Burri, K. (2002). Schweiz. Suisse Svizzera, Svizra. Zürich: Lehrmittelverlag des Kantons Zürich. Alpen, S. 7 ff. Hasler, M. & Egli, H. (2004). Geografie: Wissen und verstehen. Ein Handbuch für die Sekundarstufe 2. Bern: Hep-Verlag. Plattentektonik. S.134 ff. Erdbeben. S.151 ff. Hürlimann, R., Egli-Broz, H. (2005). Geologie. Zürich: Compendio Bildungsmedien AG. Entstehung, Aufbau und Dynamik des Erdkörpers. S.14 ff. Erdbeben. S.108 ff. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 18/34 Kugler, A. (2001). Die Erde unser Lebensraum. Zürich: Lehrmittelverlag des Kantons Zürich. Plattentektonik, S. 197 ff. Schmid, R. et al. (2006). Basismodul Geografie. Zürich: Lehrmittelverlag des Kantons Zürich. Naturkräfte, S. 23 ff. Schmidt, H. (2003). So erkläre ich Geografie. Modelle und Versuche einfach anschaulich. Mühlheim an der Ruhr: Verlag an der Ruhr. Vorgänge in der Erde. S.94 ff. Wagener, D. (2007). Lernzirkel Unruhige Erde. Zug: Klett-Perthes. Stationen zu Erdbeben, Plattentektonik, Vulkane Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 19/34 5. Diverse didaktische und organisatorische Hinweise 5.1 Lehrpläne (Stand 2009): Fachberatungsgruppe Geografie der Bildungsregion Zentralschweiz. (2004).Lehrplan Geografie. Für das 7. – 9- Schuljahr. Luzern: Selbstverlag. Die Ursachen von Erdbeben und Vulkanismus erklären und ihre Auswirkung für Mensch und Landschaft beurteilen (Grobziel 1a, Wahlprogramm). Begriffe: Erdbebengebiete, Epizentrum, Richterskala, Seismograf. Bildungsrat Kanton Zürich. (2007). Lehrplan Mensch und Umwelt. Zürich: Selbstverlag. Naturerscheinungen in der unmittelbaren Erlebniswelt (S.53). Phänomene aus dem Alltag (S.53). Aktualitäten Naturereignisse (S.59). Naturkundliche Experimente und Untersuchungen planen und durchführen (S.85). Am Wohnort und auf Reisen die erlebbare Umgebung erkunden und sich orientieren (S.89). Informationsträger: Karten, Globus, Modelle, Grafische Darstellungen, Bilder, Filme, Texte, Erzählungen, Reiseberichte, Querschnitte, Fahrpläne, Reiseführer, Nachschlagewerke (S.89). Mit Hilfe verschiedenster Medien Informationen gewinnen, diese verstehen und sowohl untereinander als auch mit der selbsterlebten Wirklichkeit vergleichen (S.89). Natürliche landschaftliche Veränderungen. Veränderungen der Verhältnisse auf der Erde erkennen, verfolgen und untersuchen (S.91). Realien Sekundarstufe 1: Ergänzungen zum Lehrplan. (Claudio Zambotti, persönliche Mitteilung, 07.04.2008). Räume entstehen und vergehen: Endogene und exogene Kräfte verändern die Landschaft. 5.2 Adressaten: 7. – 9. Schuljahr. Je nach Verarbeitungstiefe variabel. Die Sterne kennzeichnen den jeweiligen Schwierigkeitsgrad der Aufgaben. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 20/34 5.3 Fachliche Vorkenntnisse: Die Schüler haben sich bereits mit dem Thema Erdbeben auseinander gesetzt und kennen die elementaren Begriffe der Geologie bzw. der Plattentektonik. Diese Themenmappe baut auf der Themenmappe „Plattentektonik & Alpenbildung“ auf. Es ist daher sinnvoll, zuerst diese Mappe zu bearbeiten. 5.4 Lernziele: Die Schüler kennen drei mögliche Ursachen eines Erdbebens. Zudem können die Schüler die Auswirkungen für Mensch und Landschaft anhand von Medien (Bilder, Filme) beurteilen. Die Schüler kennen die tektonischen Vorgänge an den drei verschiedenen Plattengrenzen der Erde und können diese mit eigenen Worten erklären. Die Schüler kennen die Erdbebengefährdung verschiedener Regionen der Schweiz und können konkrete Massnahmen zur Reduktion von Erdbebenschäden aufzählen. 5.5 Zeitaufwand: Je nach Grösse der Klasse macht es Sinn, die Schüler in zwei oder drei Gruppen zu unterteilen. Bei zwei Gruppen bearbeitet die eine Gruppe die Fragen der Arbeitsmappe, die andere Gruppe kann selbstständig die Ausstellung anschauen. Bei drei Gruppen arbeiten zwei Gruppen an zwei verschiedenen Arbeitsmappen, eine Gruppe schaut selbstständig die Ausstellung an. Anschliessend wird gewechselt. Pro Arbeitsmappe rechnet man mit 45 Minuten Zeitaufwand. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 21/34 6 Schülerdossier 6.1 Einführung: In der Lithosphäre, die die Erdkruste und einen Teil des oberen Erdmantels umfasst, bauen sich durch die Verschiebung der Kontinente gegeneinander über die Zeit Spannungen auf. Wenn diese Spannungen gross genug werden, können sie durch plötzliche Verschiebung von Gesteinsblöcken gegeneinander abgebaut werden, wodurch ein Erdbeben entsteht. Bei der Bewegung der Gesteinsblöcke entlang der Bruchfläche werden Druckwellen ausgelöst, die sich gleichförmig in alle Richtungen ausbreiten. Dies sind die sogenannten seismischen Wellen (Erdbebenwellen). Die Länge der Bruchfläche und der Betrag der Verschiebung bestimmen die Stärke des Erdbebens. Ein schwaches Beben hat eine Bruchfläche von nur wenigen Metern, und die Gesteinsblöcke verschieben sich nur um Millimeter. Der Bruch kann bei einem starken Beben aber auch Hunderte von Kilometern betragen, die Gesteinsblöcke können sich dabei um mehrere 10er Meter verschieben. 6.2 Aufgaben und Fragen: 1. Vorkommen von Erdbeben Ziel: Du kennst verschiedene Gebiete der Erde, in denen Erdbeben vorkommen. Ausstellungsmaterial: Thementext „Gebirge, Vulkane, Erdbeben“. Puzzle „Jigsaw“, Omniglobe. Grosser Infoscreen mit den vier Bildschirmen. Du kennst den Aufbau der Erde und die Theorie zur Plattentektonik. Nun geht es darum, die Gebiete, in denen Erdbeben vorkommen, kennen zu lernen. Beachte dazu auch den Omniglobe und den grossen Screen mit den vier Bildschirmen! a) Gehe zum Omniglobe und starte das Programm Erdbeben. Erdbeben kann es überall auf der Erde geben. In welchen Gebieten der Erde entstehen Erdbeben mehrheitlich? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 22/34 b) Beachte nun das Puzzle „Jigsaw“ unterhalb des Querschnittes der Erde. Auf dem Puzzle sind die verschiedenen Erdplatten sichtbar. Auf welcher tektonischen Platte befinden wir uns? ___________________________________________________________________ c) Nenne die neun grössten tektonischen Platten der Erde, welche auf dem Puzzle zu finden sind. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Beachte auch den grossen Infoscreen mit den vier Bildschirmen. Dort kannst du die verschiedenen tektonischen Platten gut erkennen und auch die Erdbeben der letzten Jahrzehnte beobachten! 2. Entstehung von Erdbeben Ziel: Du kannst die Entstehung von Erdbeben erklären. Du kannst die Begriffe „ Raumwellen, Hypozentrum, Seismograf“ erklären. Ausstellungsmaterial: Thementext „Erdbeben“. Projektion „Wellenausbreitung“. a) Wie können Erdbeben entstehen? Schreibe in eigenen Worten eine kurze Zusammenfassung. Verwende folgende Begriffe: Lithosphäre, Spannung, Gesteinblöcke, Erdbebenwellen, Plattengrenzen. Der Text „Erdbeben“ kann dir helfen! ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 23/34 b) Schaue dir nun die Projektion der Wellenausbreitung gut an. Es zeigt den Querschnitt der Erde und die Wellenbewegung. Wo befindet sich das Hypozentrum? ___________________________________________________________________ c) Wie breiten sich die Raumwellen aus? ___________________________________________________________________ d) Was passiert, wenn die Raumwellen an eine Grenzschicht (Erdmantel/Erdkern) treffen? ___________________________________________________________________ e) Wie lange dauert es, bis die Raumwellen auf den äusseren Kern treffen? ___________________________________________________________________ f) Wie lang dauert es, bis die Raumwellen die ganze Erde durchlaufen haben? ___________________________________________________________________ g) Skizziere nun den Querschnitt der Erde und zeichne die Wellenbewegung auf. Trage auch die nachfolgenden Begriffe richtig im Querschnitt ein: Erdkern, Erdbebenherd (Hypozentrum) und Raumwellen. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 24/34 Merke: Während des Erdbebens verschieben sich Gesteinsblöcke gegeneinander. Im Erdinneren breiten sich Schwingungen aus, welche als Erdbebenwellen bezeichnet werden. Die Wellen führen zu heftigen Erschütterungen. Man unterscheidet Raumwellen (P-Welle und S-Welle, bzw. Primär- und Sekundärwelle), die sich durch den Erdkörper ausbreiten und Oberflächenwellen (Love-Welle und Rayleigh- Welle), die sich entlang der Erdoberfläche fortbewegen. Die P-Wellen breiten sich am schnellsten aus und können sich durch alle Gesteinsschichten ausbreiten. S-Wellen breiten sich nur in festen Gesteinen aus und bewegen sich etwa halb so schnell fort. h) Im Text zur Wellenausbreitung wird von Raumwellen gesprochen, welche an der Erdoberfläche vom Seismografen (oder Seismometer) registriert werden. Was ist ein Seismografr? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ i) Beachte nun das Gerät in der Ausstellung und die untenstehende Grafik. Erkennst du Parallelen zwischen der Grafik und dem Gerät? Notiere sie hier. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Funktionsweise eines Seismografen (links Horizontalbewegung, rechts Vertikalbewegung) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 25/34 3. Erdbeben in der Schweiz Ziel: Du weisst, dass es in der Schweiz auch Erdbeben geben kann, und in welchen Regionen der Schweiz die Erdbebengefährdung am höchsten ist. Ausstellungsmaterial: Thementext „Erdbebengefährdung in der Schweiz“. Thementext „Seismische Gefährdungskarte“. Infoscreen mit den Inhalten „Wie bedrohlich sind Erdbeben in der Schweiz?“ und „Ist mein Haus eigentlich gegen Erdbeben versichert?“. In der Geschichte der Schweiz hat es auch schon grosse Erdbeben gegeben. In der heutigen Zeit besteht immer noch eine Erdbebengefährdung. Nun sollst du erfahren, wie man mit diese Gefährdung umgehen kann. a) In der Schweiz gibt es auch eine Erdbebengefährdung. In welchen Gebieten der Schweiz ist die Gefahr eines Erdbebens am höchsten? ___________________________________________________________________ b) Es gibt keine Region in der Schweiz, welche nicht erdbebengefährdet ist. Welche vorbeugenden Massnahmen können den Schaden eines Bebens verringern? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) Gehe nun zum Infoscreen „Erdbeben“ und schaue dir die Infos über die Erdbebengefährdung in der Schweiz (Film 1)) und über die Gebäudeversicherung bei Erdbeben (Film 2) an. Wie bedrohlich sind Erdbeben in der Schweiz? Kreuze die richtigen Antworten an und beantworte die Fragen zum Film 1. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 26/34 1. Wo entstehen nach einem Erdbe- Auf dem Land In der Stadt 2. Ist die Schweiz erdbebengefährdet? Ja Nein 3. Wo ist das Erdbebenrisiko in Euro- Im ben eher die grösseren Schäden? pa generell höher? 4. Ist der Boden bzw. der Untergrund Norden von Im Süden von Eu- Europa ropa Ja Nein bei der Berechnung des Erdbebenrisikos wichtig? 5. Welche Häuser sind bei einem Erdbeben eher weniger verletzbar? 6. Welche Region der Schweiz hat Häuser aus Häuser bestehend Stahlbeton aus Mauerwerk Zürich Wallis das grössere Erdbebenrisiko? Zur Aufgabe 6. Wieso ist das Erdbebenrisko in dieser Region grösser? Erkläre! d) Überlege dir nun eine Antwort zum Film 2 und versuche diese deinem Partner mündlich zu erklären. Ist mein Haus eigentlich gegen Erdbeben versichert? Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 27/34 e) Du hast nun die Filme gesehen. Welche Schäden können durch Erdbeben entstehen? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4. Schäden von Erdbeben Ziel: Du kannst die Auswirkungen und Schäden eines Erbebens nennen und weisst, was Wissenschaftler in der heutigen Zeit tun, um Erdbeben vorauszusagen. Ausstellungsmaterial: Infoscreen „Ist mein Haus eigentlich gegen Erdbeben versichert?“. Thementext „Die Erdbebengefährdung in der Schweiz“. Erdbeben können riesige Schäden verursachen. Nun sollst du herausfinden, welche Folgen ein Erdbeben haben kann. a) Die Schäden eines Erdbebens werden in primäre (direkte Auswirkungen) und sekundäre (indirekte Auswirkungen) Schäden kategorisiert. Überlege dir nun, welche direkten bzw. indirekten Auswirkungen ein Erdbeben haben kann? Fülle die Tabelle aus. Direkte Auswirkungen Indirekte Auswirkungen Rissbildungen an der Oberfläche Bruch von Gas- und Stromleitungen Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 28/34 b) In der heutigen Zeit können Wissenschaftler den genauen Zeitpunkt eines Erdbebens immer noch nicht voraussagen. Was können Wissenschaftler in der Schweiz tun, um aber wenigstens mögliche Schäden bei zukünftigen Beben besser vorauszusagen? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 5. Stärke von Erdbeben Ziel: Du kannst die Aufzeichnungen eines Seismografens aufzeichnen und weißt, was diese Kurve zu bedeuten hat. Ausstellungsmaterial: Experiment „Jumping Point“. Seismografen messen die Stärke eines Erdbebens und zeichnen diese auf. Wenn also ein starkes Erdbeben stattfindet, dann zeichnet der Seismograf eine grosse Kurve auf. Bei diesem Experiment kannst du nun selbst ein Erdbeben auslösen. a) Gehe nun zum Experiment „Jumping point“ und springe hoch. Zeichne die Darstellung mit dem Ausschlag der Kurve auf dem Diagramm auf. (Achsenbeschriftung nicht vergessen) Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 29/34 b) Was zeigt dir nun der Ausschlag der Kurve auf und von was hängt die Grösse des Ausschlages ab? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Wichtig: Die Stärke eines Erdbebens an der Erdoberfläche ist abhängig von der Tiefe des Erdbebenherdes und von der freigesetzten Energie! Es gibt zwei verschiedene Skalen, welche zum einen die Stärke in Form von freigesetzter Energie (Magnitudenskala, z.B. Richterskala) und zum anderen bzgl. Schadenswirkung (Intensitätsskala, z.B. EMS-Skala) beschreiben. c) Gehe nun zum grossen Screen mit den vier Bildschirmen und nimm dir ein wenig Zeit, um die aktuellen Infos zu Erdbeben zu studieren. Schreibe dir zwei Merkpunkte auf. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ d) Hat es in den letzten 12 Stunden ein Erdbeben gegeben, das in Zürich registriert wurde? Beachte die Infos rechts unten (ZHR.HHZ). ___________________________________________________________________ Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 30/34 7. Lösungen Nr.1 a) Erdbeben entstehen mehrheitlich in der Nähe der Plattengrenzen. Dort wo Platten auseinander driften, miteinander kollidieren oder sich aneinander vorbeibewegen. b) Eurasische Platte c) Eurasische Platte, Nordamerikanische Platte, Pazifische Platte, Nazca Platte, Südamerikanische Platte, Antarktische Platte, Afrikanische Platte, Indo- Australische Platte, Philippinische Platte. Nr.2 a) Erdbeben entstehen in der obersten Schicht der Erde. In der spröden Lithosphäre bauen sich über die Zeit Spannungen auf, die durch Erdbeben spontan wieder abgebaut werden. Während des Erdbebens bewegen sich zwei Gesteinsblöcke ruckartig entlang einer Bruchfläche aneinander vorbei. Diese Verschiebungen finden in der Regel an Plattengrenzen statt. b) Das Hypozentrum ist der Erdbebenherd und befindet sich im Inneren der Erde. Die Tiefe des Hypozentrums kann unterschiedlich sein. c) Raumwellen breiten sich kugelförmig aus. d) Sie werden reflektiert und abgelenkt. e) ca.6 min. f) ca. 18 min. g) Individuelle Lösungen der Schüler. Wichtig: Der Erdkern muss in der Mitte, das Hypozentrum im Inneren der Erde sein. Die Raumwellen breiten sich kugelförmig (gleichförmig in alle Richtungen) aus. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 31/34 h) Ein Seismometer (Seismograf) ist ein erschütterungsempfindliches Gerät, welches die Erschütterungen eines Erdbebens bzw. die durch das Erdbeben ausgelösten Schwingungen grafisch aufzeichnet. i) Individuelle Lösungen der Schüler sind möglich. Nr.3 a) Die höchste Erbebengefährdung besteht im Wallis. b) Präventive Massnahmen wie erdbebensichere Bauten und entsprechende Raumplanung können die Folgen eines Bebens verringern. c) 1. Wo entstehen nach einem Erdebeben eher die grösseren Schäden? Auf dem Land In der Stadt 2. Ist die Schweiz auch erdbebengefährdet? Ja Nein 3. Wo ist das Erdbebenrisiko in Europa generell höher? Im Norden Europa 4. Ist der Boden bzw. der Untergrund bei der Berechnung des Erdbebenrisikos wichtig? Ja 5. Welche Häuser sind bei einem Erdbeben eher weniger verletzbar? Häuser Stahlbeton 6. Welche Region der Schweiz hat das grössere Erdbebenrisiko? Zürich von Im Süden von Europa Nein aus Häuser aus Mauerwerk Wallis Zur Frage 6. Wieso ist das Erdbebenrisko in dieser Region grösser? Erkläre. Das Erdbebenisiko beschreibt, wie wahrscheinlich es ist, dass während eines Bebens ein bestimmter Schaden eintritt. Obwohl die Wahrscheinlichkeit eine Bebens in der Region Zürich kleiner ist als im Wallis, so gibt es doch mehr Menschen, Häuser und andere materiellle Werte in Zürich, die durch eine Beben Schaden nehmen könnten. d) Ist mein Haus eigentlich gegen Erdbeben versichert? Es ist zurzeit keine schweizweite Versicherung vorhanden. Je nach Kanton gibt es verschiedene Lösungen. Zum einen haben Gebäudeversicherungen Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 32/34 e) Nr.4 a) einen Pool mit Geld für Sachbeschädigungen, zum andern bieten verschiedene Versicherungen individuelle Lösungen an. Es ist aber eine flächendeckende, schweizweite Versicherung geplant. Verschiedene Antworten der Schüler sind denkbar. Mögliche Antworten könnten sein: Grosse Sachschäden an Gebäuden und Natur, Risse in Böden, viele Verletzte, Obdachlosigkeit, Hungersnot, Pest… Verschiedene Antworten der Schüler sind denkbar. Mögliche Antworten könnten sein: Direkte Auswirkungen Indirekte Auswirkungen Rissbildungen an der Oberfläche Bruch von Gas und Strom Leitungen, Feuerbrunst Bewegung der Erde Erdrutsche, Untergrund verflüssigt sich (Liquefaktion) Zerstörung der Infrastruktur und der Na- Hungersnöte, Krankheiten tur b) Nr.5 a) Das Studium von historischen Schadensbeben in der Schweiz erlaubt es Wissenschaftlern, mögliche Schäden bei zukünftigen Beben besser vorauszusagen. individuelle Lösungen der Schüler b) Die Amplitude (der grösste Ausschlag) zeigt die Stärke des Erdbebens. Also je stärker man auf den Boden tritt, desto stärker ist die Erschütterung und somit auch das Erdbeben. c) individuelle Lösungen der Schüler d) Auf der Darstellung sieht man die Erschütterungen der letzten 12 Stunden in Zürich. Ein möglicherweise aufgezeichnetes Beben ist allerdings höchstwahrscheinlich nicht ein in Zürich aufgetretenes Beben, sondern eines an einem anderen Ort. Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 33/34 8. Nachbereitungs- und Vertiefungsmaterial Um im Unterricht die Inhalte noch zu vertiefen und weiterzuführen, sind hier noch Ideen mit Links und Filmtipps aufgeführt. 8.1 Weblinks: http://www.educ.ethz.ch/lehrpersonen/geographie/unterrichtsmaterialien_geo http://www.allgemeinbildung.ch http://www.webgeo.de 8.2 Filme: Die Erde. Erklärs mir mal. 2002. 51min. ISBN: 3-936736-05 P.M. Die Wissensedition. Meilensteine der Geowissenschaften. 2008. 40 min. ISBN: B-00-0S1KR8-6 8.3 Unterrichtsideen: Tsunamis: Was ist das und wie entstehen diese? Konkretes Beispiel des Seebebens im Indischen Ozean vom 26. Dezember 2004 thematisieren. Erdbebenfallbeispiel Kobe (Japan) vom 17.Januar 1995 thematisieren. Weitere Naturkatastrophen thematisieren. Vulkanismus. 9. Evaluation Für die Evaluation der Ausstellung, der Arbeitsmappen und des Lerneffektes kann ein Feedbackbogen online ausgefüllt werden. www.christen.jimdo.com - Feedback Vielen Dank für die Rückmeldung! Jens Kuster Pascal Christen PHZ Luzern 34/34
