Arbeitsblatt: Vulkanismus und Plattentektonik

1 Vulkanismus und Plattentektonik 1.1 Der Vulkan bricht aus Was war nur mit dem Kompass geschehen? Ruckweise sprang die Nadel von einem Pol zum anderen und durchlief das ganze Ziffernblatt. Ich sah mich um und sah noch andere Anzeichen für das, was ich befürchtete. Onkel, es wird ein Erdbeben geben., rief ich. Der Professor sah mich an. Ich bin ganz sicher, Onkel. Erkennst du denn die Symptome nicht? Wieder ruhte der Blick des Professors auf mir dann. Dann antwortete er: Nein, Axel. Kein Erdbeben. Das hier ist ein Vulkanausbruch. Wir sind im Krater eines tätigen Vulkanes. Etwas Besseres konnte uns gar nicht passieren. Ich war wie vor den Kopf geschlagen. Wie waren wir in den Ausbruch geraten? Konnten wir überleben, mit Asche und Schlacke in die Luft hinausgeschleudert zu werden? War das wirklich unsere einzige Chance je wieder an die Oberfläche zu gelangen? Ich starrte meinen Onkel an, der kühl abwartend unsere Chancen abschätze. Wir stiegen immer weiter. Die Nacht verging. Ich glaubte, ersticken zu müssen. Unter dem Floss war siedendes Wasser und darunter Lava. Wie sollten wir überleben? Welcher Vulkan würde uns an die Oberfläche werfen? Der Sneffels konnte es nicht sein. Der war erloschen. Wir befanden uns mit grosser Sicherheit irgendwo in der nördlichen Region. Als der Kompass noch funktionierte, hatte er stetig nach Norden gezeigt. Waren wieder unter Island? Das Tempo beschleunigte sich gegen Morgen. Es wurde immer heisser, was auf den vulkanischen Einfluss zurückzuführen war. Wir sahen Schwefelflammen, die um unser Floss züngelten. Mit erschrecken stellte ich fest, dass kein Wasser mehr da war. Wir trieben auf der Lavamasse der Krateröffnung entgegen. Gegen acht Uhr morgens hörte die Aufwärtsbewegung plötzlich auf. Unser Floss rührte sich nicht mehr. Mein Onkel redete beruhigend auf mich ein, sprach von einer Pause, die vor einem Ausbruch typisch sei. Ich hatte grosse Sorge, dass der Ausbruch nicht weitergehen könne, aber wie mein Onkel es vorhergesagt hatte, begann der Aufstieg wieder ebenso plötzlich, wie er zum Erliegen gekommen war. Es geschah noch einige Male, dass der Aufstieg ins Stocken geriet und plötzlich wieder einsetzte. Je länger ich darüber nachdachte, desto klarer wurde mir, dass wir uns nicht im Hauptschacht des Vulkans befanden, sondern in einem Nebengang und daher immer wieder ein Rückschlag zu spüren war. Ich habe keinen genauen Erinnerungen an das, was in diesen Stunden geschah. Ich erinnere mich an glühende Luft und das Gefühl zu ersticken. Ohne Hans wäre mein Schädel sicher mehr als einmal an der Felswand zerschmettert worden. Ich hörte Detonationen und fühlte das Kreisen des Flosses. Asche regnete auf uns hernieder. Das Letzte an das ich mich erinnerte war Hans unbewegtes Gesicht. Aufgaben 1. Wo befinden sich Axel, Hans und der Onkel? Versuche das Bild zur Hilfe zu nehmen. (Zum Nachdenken) 2. Beschreibe in eigenen Worten (mindestens 5 Sätze) wie Axel den Vulkanausbruch erlebte. 3. Erstelle eine Skizze eines Vulkans mit Hilfe der fettmarkierten, unterstrichenen Wörter und beschrifte sie mit den Wörtern. 4. Denkst du, ist diese Geschichte wirklich passiert? Diskutiert in 2er Gruppen, notiert dazu wichtige Punkte und begründet eure Ideen. Jede Gruppe muss die eigene die Idee der Klasse vorstellen. 1.2 Vulkane der Welt Es gibt heute weltweit ca. 1500 aktive Vulkane (d. h. in den letzten 1000 Jahren ausgebrochene Vulkane) auf der Erdoberfläche, allerdings kennt man noch nicht die Anzahl der Vulkane in den Meeren, von denen es vermutlich einige mehr gibt. Aufgaben 5. Suche mithilfe des Atlas (oder dem Internet Abpsrache mit der Lehrperson wegen der Reservation der Laptops) die folgenden Vulkane und zeichne sie in der Weltkarte ein. 1 Aso (Japan), 2 Ätna (Italien), 3 Eyjafjallajökull (Island), 4 Kilauea (USA), 5 Kilimanjaro (Tansania), 6 Maua Loa (USA), 7 Vesuv (Italien) 6. Lies zu den Vulkanen ihre Beschreibungen und erstelle zu jedem Vulkan einen Steckbrief mit folgenden Informationen: Name, Bedeutung des Namens, Höhe, Vulkanart, Letzter Ausbruch, Ausbruch möglich?, Besonders (z.B. grösster Vulkan der Welt) 1.3 Aufbau der Vulkane 1.3.1 Der Schichtvulkan Die Schichtvulkane bestehen aus abwechselnden Schichten von Lava und vulkanischen Lockerprodukten. Typisch für Schichtvulkane ist dabei eine kegelförmige Gestalt. Sie entsteht dadurch, dass bei den einzelnen Ausbrüchen jeweils unterschiedliche Materialien ausgeworfen werden. Die Schichtvulkane besitzen einen zentralen Schlot, an dessen oberem Ende sich der Hauptkrater befindet. Überschreitet der Vulkankegel allerdings eine gewisse Höhe, kann das aufsteigende Material den Schlot nicht mehr bis zum Hauptkrater hochsteigen In solchen Fällen sucht sich das Magma dann seitlich einen anderen Weg, und es entstehen kleinere Nebenkrater und Spalten. Aufgaben 7. Beschrifte die Abbildung mit folgenden Begriffen korrekt: (1) Asche, (2) Ascheschichten und Lavaschichten, (3) Erdkruste, (4) Gas, Rauch und Staub, (5) Gesteinsbrocken, (6) Hauptkrater, (7) Lava, 8) Magmakamme, (9) Schlot, (10) Seitenkrater, (11) Seitenkrater 8. Notiere alle Schichtvulkane, die du kennen gelernt hast und neue mit Hilfe des Internets. (Laptop nach Absprache mit der Lehrperson) 9. Erkläre, wie es dazu kommt, dass sich bei einem Schichtvulkan Nebenkrater bilden. 1.3.2 Der Schildvulkan Schildvulkane bilden sich meist vom Tiefseeboden aus. Deshalb kommen sie auch vorwiegen in ozeanischen Gebieten vor. Nur wenige von ihnen wachsen – zum Beispiel auf Hawaii – über das Meeresspiegelniveau hinaus. Der Name Schildvulkan leitet sich dabei aus dem äusseren Erscheinungsbild ab. Schildvulkane sind nicht steil, sondern nur flach gewölbt. Auch dieser Vulkantyp besitzt einen zentralen Schlot. Die Lava ist jedoch im Unterschied zum Schichtvulkan mit ca. 1500C sehr heiss und damit sehr dünnflüssig. Dies führt dazu, dass es bei Schildvulkanen zu keinen explosiven Ausbrüchen kommt, sondern die Lava als Fördermaterial ausschliesslich fliessend austritt. Sie kann sich dann aufgrund ihrer dünnflüssigen Eigenschaft mit Geschwindigkeiten von bis zu 50 km/h zügig bewegen. Dadurch legt sie bis zum Abkühlen relativ grosse Entfernungen zurück – der Vulkan wächst also stark in die Breite. Aufgaben 10. Beschrifte die Abbildung mit folgenden Begriffen korrekt: (1) Erdkruste, (2) Hauptkrater, (3) Lavaschichten, (4) Magmakammer, (5) neue Lavaströme, (6) Seitenkrater 11. Notiere alle Schildvulkane, die du kennengelernt hast und neue mit Hilfe des Internets. 12. Notiere die Unterschiede von Schildvulkanen und Schichtvulkanen. 13. Erkläre, wie es dazu kommt, dass Schildvulkane so breit sind. 1.4 Entstehung von Vulkanen Damit man weiss, wie Vulkane entstehen, muss man erst einmal wissen, wie die Erde überhaupt aufgebaut ist. 1.4.1 Die Schalen der Erde Die Erde ist in ihrem inneren Aufbau mit einem Apfel vergleichbar, weil sie auch aus drei Teilen besteht: Die dünne Schale des Apfels entspricht der festen Erdkruste, das Fruchtfleisch dem Erdmantel, das Kerngehäuse dem Erdkern. Die Erdkruste unter den Ozeanen nennt man ozeanische Kruste. Sie ist mit einer Mächtigkeit von 5 bis 8km relativ dünn und besteht aus vulkanischem Gestein. Im Gegensatz dazu ist die kontinentale Kruste durchschnittlich 35km mächtig und aus Granit und ähnlichem Gestein aufgebaut. Zur festen Schale gehört auch ein oberster Teil des Erdmantels bis eine Tiefe von ca. 100km und besteht aus festem und brüchigem Gestein. Der übrige Erdmantel macht mit 2800km fast die Hälfte des Erdradius aus. Er enthält in den oberen 700km Magma, eine zähflüssige Gesteinsschmelze mit Temperaturen von 1000C. Die untere Mantelzone ist fest und besteht aus verschiedenen Elementen. In ihr steigt die Temperatur an und erreicht im Übergangsbereich zum Erdkern Werte um 2400C. Der Kern ist 3500km mächtig und besteht vor allem aus Nickel und Eisen. Er teilt sich auf in einen flüssigen äusseren und in einen festen inneren Teil. Die im Erdkern produzierte Wärme von 4000 bis 5000C wird in den oberen Mantelbereich geleitet. Dort bewirkt sie kreisförmige Bewegungen des Magmas, die man Konvektionsströme nennt. Wo Magma unmittelbar unter der Erdkruste entlangströmt, werden deren Platten mittransportiert. Ihre gerichtete Bewegung – auch Drift genannt – führt dazu, dass sich die Plattengrenzen ständig verändern. Aufgaben 14.Beschrifte die Abbildung mit den fettmarkierten Begriffen. 15.Ergänze die Tabelle mit Hilfe des Textes. (Nicht alle Kästchen müssen ausgefüllt werden.) Erdkrust Mächtigkeit (km) Ozeanische Kruste Kontinentale Kruste Erdmant el Oberer Mantel Unterer Mantel Äusserer Kern Erdkern Innerer Kern Konsisten Gesteinsart Temperatu 1.4.2 Plattentektonik Die starre Erdkruste, die mit dem festen Teil des oberen Erdmantels die Gesteinshülle bildet, ist keine feste Schale in einem Stück. Sie gliedert sich in sieben grosse und zahlreiche kleinere Platten. Jedoch decken sich die Plattengrenzen nicht mit den Umrissen der Kontinente. Auf einer Platte können also gleichzeitig Teile von Kontinenten und Ozeanen liegen. Die Gesteinshülle schwimmt auf dem darunterliegenden Magma. Da das Magma sehr heiss ist, kann sich das Material in der Tiefe erhitzen, dehnt sich aus und steigt auf. Oben kühlt sich das Material wieder ab und sinkt wieder in die Tiefe. Die Energiequelle dieser Bewegung ist die Wärme im Erdinneren. Durch die Bewegungen entstehen Risse in der Gesteinshülle. Sie spaltet sich in Platten auf und die Kontinente geraten in Bewegung. An den Plattengrenzen bilden sich Vulkane und es kommt zu Erdbeben. Es gibt dabei unterschiedliche Plattenbewegungen: Konvergierende Platten: Platten bewegen sich aufeinander zu Divergierende Platten: Platten bewegen sich voneinander weg Transformströmung: Platten bewegen sich aneinander vorbei Aufgaben 16.Ordne den drei Bildern die passende Plattenbewegung zu. 17.Finde mithilfe des Internets heraus, wie die 8 grössten Platten heissen. Notiere auch mit Pfeilen, in welche Richtung sie sich bewegen. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 1.4.3 Platten divergieren – Mittelozeanischer Rücken Untersuchungen des Atlantikbodens ergaben, dass dieser von einem bis zu 300 mächtigen Gebirge, einem sogenannten Mittelozeanischen Rücken, durchzogen ist. Er bildet die Grenze zwischen Eurasischer Afrikanischer Platte zu den beiden amerikanischen Platten. Dieser Mittelatlantische Rücken reicht von Island bis zur Antarktis über eine Länge von etwa 2000 km. Nur an einer Stelle taucht der Rücken aus dem Meer auf, in Island. Wie ist der Mittelatlantische Rücken entstanden? Die langsam im Erdmantel aufsteigenden Schichten teilen sich vor Erreichen der Oberfläche. Dabei zerbrechen sie die Krustengesteine und ziehen sie auseinander. In den nun entstehenden Bruch kann Magma hineinfliessen und ihn ausfüllen. Immer neue Lavaströme bilden allmähliche neue ozeanische Kruste Dabei verbreitert sich der Ozeanboden. Viele der Inseln mitten im Atlantik sind nichts anderes als besonders hohe Vulkanberge, die die Wasseroberfläche durchstossen. Aufgaben 18.Erkläre nochmals in eignen Worten, wie der Mittelatlantische Rücken entstanden ist. (Benutze unter anderem das Bild zur Hilfe) 1.4.4 Transformströmung – die San-Andreas-Verwerfung Überall an Plattengrenzen treten Erdbeben und Vulkane auf. Besonders gefährdet durch Erdbeben sind jedoch die Gebiete, an denen sich die Platten aneinander vorbeibewegen. Dies geschieht beispielsweise in Kalifornien, wo sich eine der bekanntesten Schwächezone der Erde befindet – die San Andreas-Spalte. Diese Spalte beginnt in Mexiko, streift den Grossraum von Los Angeles und verläuft mitten durch San Francisco. Mit einer Geschwindigkeit von 2,5 bis 4 cm pro Jahr verschiebt sich hier die Pazifische Platte an der Nordamerikanischen Platte vorbei. Besondere Gefahr droht immer dann, wenn sich die Platten jahrzehntelang entlang der Spalte nicht bewegt haben. Denn wie sich eine Tür im Türrahmen verklemmen kann, so bleiben auch immer wieder einzelne Stücke der Plattenränder aneinander hängen. Dabei verformen sie sich und geraten unter immer grössere Spannung. Es kann Jahrhunderte dauern, bis sich die gesammelte Spannung an der schwächsten Stelle entlädt, der Ursprung des Erdbebens. Bei dieser Bewegung werden Gesteine im Zentrum des Bebens ruckartig bis zu zehn Meter voneinander geschoben. Dieser Ruck spürt man auf der Erde als Erdbeben. Aufgaben 19.Erkläre, wie es zu Erdbeben in San Francisco kommen kann. 20.Es wird behauptet, dass San Francisco und Los Angeles irgendwann aneinander vorbeidriften. Erkläre dies. (Benutze unter anderem das Bild zur Hilfe) 1.4.5 Platten konvergieren – der Himalaya Der Himalaya ist das höchste Gebirge der Erde. Er ist ein typisches Beispiel für ein Faltgebirge und durch den frontalen Zusammenstoss von zwei Platten entstanden. Aufgaben 21.Ordne den Texten das richtige Bild zu. Korrigiere deine Lösung, bevor du die Bilder aufklebst! 22.Erkläre folgende Aussage: Eines Tages werden die Menschen in Indien aussterben. 23.Erkläre mit deinen Erkenntnissen aus Aufgabe 17 und 21, wie die Schweizer Alpen wohl entstanden sind. Vor 120 Millionen Jahren begann sich die IndischAustralische Platte in Richtung Eurasische Platte zu bewegen. Dabei taucht der ozeanische Teil der Indischen Platte unter die Eurasische Platte ab. Dieser Prozess dauert bis heute an. Der Ozean engte sich ein und die Meeresablagerungen wurden gefaltet. So wurde der Ozean immer Flacher und einige Gesteinsfalten ragen sogar über den Meeresspiegel hinaus. Schliesslich kam es zur Kollision gleich schwerer, kontinentaler Platten. Das ehemalige Meer hat sich völlig geschlossen. Der Rand der Eurasischen Platte wurde angehoben. Er bildet heute das Hochland Tibet. Die Ränder der beiden Platten und die Ablagerungen zwischen ihnen wurden gefaltet und zu Gebirgsketten zusammengepresst. Der ehemalige Meeresboden bildet somit heute die Gebirgsketten des Himalayas. Das Gebirge wächst weiter. 1.5 Hot Spots Vulkane entstehen also überall da, wo Platten aneinander geraten. Doch wie sieht es mit den Inseln Hawaii aus, die mitten auf der Pazifischen Platte liegen? Diese Vulkane entstehen nicht durch Plattenreibung, sondern sie werden als Hot Spots bezeichnet. Innerhalb der Platten kann ein Hot Spot (Heisser Fleck) zu vulkanischen Aktivitäten führen. Hierbei handelt es sich um einen ortsfesten Aufschmelzungsbereich im oberen Erdmantel, von dem heisses, geschmolzenes Gestein durch die Gesteinshülle hochsteigt und dort aktive Vulkane anwachsen lässt. Da der Hot Spot im Erdmantel ortsfest ist und sich die darüber liegende Platte bewegt, verlieren die älteren Vulkane irgendwann ihre Verbindung zur Magmaquelle des Hot Spots, der nun neue Vulkane bildet. Aufgaben 24.Erkläre nochmals mit eigenen Worten, wie die Inseln in Hawaii entstanden sind. (Benutze unter anderem das Bild zur Hilfe) 25.Suche im Internet nach weiteren Hot Spots und zeichne sie in die Karte bei Aufgabe 5 ein, welche ein hohes Katastrophenrisiko aufweisen.