Erdbeben als Zeugen endogener Kräfte

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abstract

Einleitung

1 Forschungsfrage und Ziel der Arbeit

2 Physisch-geographischer Hintergrund: endogene Kräfte und geologische Grundlagen
2.1 DerSchalenbau derErde
2.1.1 Der Innenaufbau unseres Planeten
2.1.2 DerAufbau derErdkruste
2.1.3 DieAufbau und die Bedeutung derLithosphäre
2.2 Plattentektonik
2.2.1 Kontinentalverschiebung nachALFRED W EGENER
2.2.2 Sea Floor Spreading und die TheoriederPlattentektonik
2.2.3 Plattenränder
2.3 Eine wesentliche Erscheinungsform derPlattentektonik:Erdbeben
2.3.1 Definition des Begriffs „Erdbeben“
2.3.2 Lage von Erdbeben aufdem Globus
2.3.3 Erdbebenwellen
2.3.4 Stärke von Erdbeben
2.3.5 Folgen fürdiebetroffenen M enschen
2.4 Zwischenfazitdes fachwissenschaftlichen Teils

3 Zur Bedeutung von Schülervorstellungen im Geographieunterricht
3.1 Schülervorstellungen und m entale M odelle
3.2 Wie entstehen Schülervorstellungen?
3.2.1 Beispiel1:Das Them a in Schulbüchern des Fächerverbundes EW G
3.2.2 Beispiel2:Das Them a inKindersachbüchern
3.2.3 VergleichderLiteratu
3.3 DerConceptualChange-Ansatz
3.3.1 Theorie des ConceptualChange
3.3.2 Konsequenzen für den Geographieunterricht
3.4 Zwischenfazitdes fachdidaktischen Teils

4 Empirische Untersuchung: Welche Vorstellungen haben Siebtklässler bezüglich des Themas „Erdbeben“?
4.1 Die didaktische Relevanz des Them as: derBezug zum Bildungsplan
4.2 Rahmenbedingungen derUntersuchung
4.2.1 DieKlasse 7c derRealschule Tettnang
4.2.2 Das Them a „Erdbeben“ imvorangegangenen Unterricht
4.3 Hypothesen bezüglich derForschungsfrage
4.4 Das gewählte Forschungsinstrum ent
4.4.1 Dieem pirische M ethode des Fragebogens
4.4.2 DieGestaltung des Fragebogens
4.5 Durchführung derUm frage

5 Auswertung der Umfrage
5.1 Auswertung und Interpretation derFragebögen
5.1.1 Frage
5.1.2 Frage
5.1.3 Frage
5.1.4 Frage
5.2 Zusammenführende Ergebnisseund Überprüfung derHypothesen

6 Vorschläge zur schulischen Umsetzung der Forschungsergebnisse

7 Fazit & Schlusswort

8 Literaturverzeichnis
8.1 Printmedien
8.2 Internetquellen

9 Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abb.1: Der Schalenbau derErde (aus:http://www.diercke.de)

Abb.2: Die größten Lithosphäreplatten und ihreVerteilung aufderErde (aus:http://www.diercke.de)

Abb.3: W e geners Indizien fürPangäa (aus: BAUER 2001, S.20)

Abb.4: Das magnetische Streifenm usterdes Ozeanbodens (aus:http://www.m axwissen.de/print.php?id=5482&PHPSESSID=54cd3598363317c3d744c

Abb.5: Zusammenfassendes Blockbild plattentektonischerProzesse (aus:http://www.geolinde.m usin.de/tektonik/pl_theorie1.htm )

Abb.6: Die weltweiteVerteilung derErdbebenherde (aus:http://www.seism o.ethz.ch)

Abb.7: Die vier unterschiedlichen seismischen W e llen (aus:http://de.wikipedia.org/wiki/Seism ische_W elle)

Abb.8: Die unterschiedlichen Einflussgrößen von Schülervorstellungen (eigenerEntwurf,inAnlehnung an: SCHM EINCK 2007, S.49)

Abb.9: Das M odellderdidaktischen Rekonstruktion (eigenerEntwurf, inAnlehnung an:REINFRIED 2007.1, S.26)

Abb.10 – Durch Schülerergänzte Abbildungsvorlagen aufdem Fragebogen

Abb.16:

Abb.17: M öglicherAdvance OrganizerzurUnterrichtseinheit„Tektonische Prozesse“ (eigenerEntwurf, Foto derVerfasserin)

Abb.18: Versuchsaufbau: der San-Andreas-Graben (Foto derVerfasserin)

Abb.19: DerFragebogen,Vorderseite (eigenerEntwurf)

Abb.20: DerFragebogen,Rückseite(eigenerEntwurf)

Diagramme

Diagramm 1: WeltweiteFolgen von Erdbeben im 20. Jahrhundert (eigener

Diagramm 2: Entwurf,Zahlen wurden übernom m en aus: ZSCHAU 2004, S.2). Ergebnis des Fragebogens

Diagramm 3: Ergebnis des Fragebogens

Diagramm 4: Ergebnis des Fragebogens

Diagramm 5: Ergebnis des Fragebogens

Diagramm 6: Ergebnis des Fragebogens

Abstract

This present paper is about the question, howpupils in the seventh class think about earthquakes and which special pictures do exist in their minds. For receiving an answer to my research assignment, I created a questionnaire which was given to the pupils of the class 7c of the secondary modern school in Tettnang.

The evaluation of the questionnaire gave the following main results:

Many pupils think that earthquakes are a consequence of the moving earth plates, which agrees to the scientifically theories of the tectonic of the plates. But although of these mostly “right” cognitive ideas about earthquakes, there are also some wrong pictures in the minds of the pupils. For example, many of them perceive the middle oceanic mountains as a constructive plate border instead of a destructive one. The reason for this incorrect mental picture is that most of the interviewed students combine earthquakes with bouncing earth plates and forget the two other moving directions of earth plates (they can also rip up or slide in parallel lines to each other).

The second part of the present writing occupies with the didactical consequences of the research work. If you want to receive successful geography lessons, it`s the obligation of the teacher, to take care of the pupils geographical ideas and to treat themselves as particular contents during the lessons. The theoretical frame for this didactical realization is built by the so called “theory of conceptual change”, which is an important part of modern constructive geography lessons, where the pupils and their knowledge and imaginations are the middle of the educational happenings.

Einleitung

„ Ohne die Kenntnis des Standpunktes des Schülers ist keine ordentliche Belehrung desselben möglich “ (DIESTERW EG 1835, zitiert nach M ÖLLER 1997, zitiert nach SCHM EICK 2007, S. 44).M it anderen W o rten: Schülerinnen und Schüler kom men mit den unterschiedlichsten Vor-stellungen und Vorerfahrungen gegenüber einer Sache in den Unterricht. Diese Eindrücke m üssen von der Lehrperson wahrgenom m en und dem entsprechend im Unterricht berücksichtigt sowie didaktisch um gesetzt werden, um den Lernenden einen möglichst grol3en Wissenszuwachs zu gewährleisten.

Folglich existieren auch bezüglich geographischer Themen eine Vielzahl an Erfahrungen, Begriffen und Vorstellungen in den Köpfen der Kinder – wom it eine erste Begründung für das Them a derwissenschaftlichen Hausarbeitgegeben ist.

- Wie sehen diese Impressionen aus?
- Woher stammen sie?

Um diese und ähnliche Fragen klären zu können, habe ich das physisch-geographische Them engebiet „Erdbeben“ gewählt. Som it ergibt sich folgende Forschungsfrage für die vorliegende Arbeit:

- Welche Vorstellungen haben Siebtklässler bezüglich des Dhemas „Erdbeben“?

Sie sollals konkretes Beispieldienen, um m it Hilfe einer em pirischen Studie herauszufinden, inwieweit sich die übergeordnete didaktische Fragestellung nach derUnterschiedlichkeitund derHerkunftvon Schülervorstellungen im Geographieunterrichtbewahrheitet.

Das Them a „Erdbeben“wurde aus zweiGründen ausgewählt: Da aus den M edien perm anent Schreckensm eldungen zu entnehmen sind, in welchen über Erdbebenkatastrophen und deren verheerende Folgen für die betroffenen M enschen berichtet werden, nehme ich an, Kinder verbinden ganz konkrete Vorstellungen und Gefühle mit diesem Begriff. Denn seitje her ziehen spektakuläre Ereignisse, so auch Naturkatastrophen, die Aufm erksamkeit der M enschen auf sich. Zudem finden sich in Bibliotheken eine grol3e M enge an Kinder- und Jugendsachbüchern überdas besagte Fachgebiet.

Der zweite Grund für die Themenwahl liegt in meiner persönlichen Interessiertheit gegenüberplattentektonischerProzesse,Vulkanismus, Erdbeben und dergleichen.

Für das Forschungsprojekt habe ich eine siebte Klasse an der Realschule Tettnang m it Hilfe eines Fragebogens sowie einem kurzem Klassengespräch untersucht. Befragt wurden 31 Schülerinnen und Schüler im Alter zwischen 12 und 14 Jahren.Der Fragebogen ist in einer teilstandardisierten Form konzipiert, d.h. die Schüler m ussten sowohl auf offen gestellte Fragen, wie auch auf solche in M ultiple-Choice-Form antworten.

Die vorliegende Arbeit ist dem nach folgendermaßen aufgebaut: Nach einem fach-theoretischen Teil, in welchem neben dem Schalenbau der Erde besonders die Theorie der Plattentektonikund Erdbeben als einmögliches Resultat daraus näherbeleuchtet werden, schließt sich ein fachdidaktischerTeilan.In diesem Abschnittm öchte ich die Bedeutung von Schülervorstellungen im Geographieunterricht klären. Der Fokus liegt dabei zunächst auf dem Begriff und danach auf der Entstehung der unterschiedlichen Alltagstheorien. Als exem plarisches Beispiel dafür, welche Bedeutung die einzelnen Einflussfaktoren auf das Entstehen von Schülervorstellungen haben können, wurde die Umsetzung des Them as „Erdbeben“ in Schul-und Kindersachbüchern ausgewählt.

Beide Theorieteile werden schließlich m it Hypothesen abgerundet.

Im Anschluss daran folgt derpraktische TeilderArbeit.Nach der didaktischen Relevanz der Forschungsfrage folgt m eine em pirische Untersuchung m it Auswertung und Interpretation der Ergebnisse darüber, welche Vorstellungen Siebtklässler über das Them a „Erdbeben“ haben.In diesen Kontext ist auch die Überprüfung meiner Hypothesen eingebettet. Ein zusam m enfassendes Fazit sowie m ögliche Konsequenzen zur schulischen Um setzung der Forschungsergebnissewerden diese wissenschaftliche Arbeitschließlich vervollständigen.

Tettnang, im Oktober 2008 Melanie Rinné

1 Forschungsfrage und Ziel der Arbeit

Im Rahm en m einer wissenschaftlichen Hausarbeit im Fach Geographie m öchte ich nach-stehenderübergeordneten Forschungsfrage nachgehen:

- Welche individuellen Vorstellungen haben Schüler der siebten Klasse zum Thema „Erdbeben“?

Eingebettetwirddiese Fragestellung in vierTeilfragen, diewie folgt lauten:

- Welche konkreten Assoziationen haben Siebtklässler bei dem Begriff „Erdbeben“?
- Welche Gef il hle kommen in ihnen in diesem Kontext auf?
- Woher stammt das Vorwissen der Sch il ler?
- Wie stellen sich Siebtklässler die Entstehung von Erdbeben vor bzw. an welchen Stellen der Erde kann es zu Erdbeben kommen?

Um diese Leitfragen kom petent beantworten zu können, habe ich einen Fragebogen konzipiertund damit in einer siebten Klasse eine Befragung durchgeführt.M einpersönliches Augenm erk liegt dabeibesonders auf den unterschiedlichen Bildern, welche während der Umfrage in den Köpfen derSchülerentstehen.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es dem nach, die Frage nach unterschiedlichen Schülervorstellungen über das Them a „Erdbeben“ sowiedessen Entstehung am Ende beantworten zu können. Dazu werden Hypothesen formuliert, welche im em pirisch-praktischen Teil der Arbeit m it Hilfe der Um frageerbnisse entweder verifiziert oder gegebenenfallsauch falsifiziertwerden.

Außerdem sollen daraus eventuelle didaktische Konsequenzen zur effektiven schulischen Umsetzung des Themas im Fächerverbund EW G gezogen werden.

2 Physisch-geographischer Hintergrund: endogene Kräfte und geologische Grundlagen

Das erste fachwissenschaftliche Kapitel der vorliegenden Arbeit befasst sich mit geo-dynamischen Vorgängen auf dem Planet Erde. Als Grundlage dafür werden zunächst der Aufbau der Erde sowie die Gestaltung der Erdoberfläche bzw. der Lithosphäre näher beleuchtet, da diese Elemente eine zentrale Rolle bei der Entstehung von tektonischen Bewegungen und Prozessen spielen.M ein Augenmerkgiltdann dem Phänomen „Erdbeben“, das ich weiterausführen werde.Dafürwird als Erstes derBegriffdefiniert, anschließend wird die Lage von Erdbeben auf dem Globus gezeigtund zum ¹ Abschluss wird es einen Einblick in seismologische Grundlagen sowie dieFolgen von Erdbeben fürdieM enschen geben.

2.1 Der Schalenbau der Erde

2.1.1 Der Innenaufbau unseres Planeten

Forschergehen davon aus, dass die Erde beiihrerEntstehung voretwa 4,9 M rd. Jahren eine flüssigeM asse gewesen sein m uss, aus der sich während des Erkaltungsprozesses über Jahr M illionenhinweg unterschiedliche Schichten bildeten. Daher spricht m an heute vom sog. Schalenbau der Erde, der in Abbildung 1 dargestellt ist (vgl. BAUER 2001, S. 7). Als Grob-gliederung lassen sich dreiunterschiedliche Schichten erkennen: der Kern im Inneren, der Erdm antel sowie die Erdkruste. Diese Schichten werden auf Grund ihrer unterschiedlichen Struktur, Beschaffenheit und Tem peratur sowie den damit verbundenen variierenden Druckverhältnissen noch in m ehrere Schalen aufgeteilt. Die äußerste Schale bildet die Erdkruste.Sieistdieerkalteteund somit feste Außenhülle des Planeten, etwa 6 bis 70 Kilom eter dick und kann „ in zwei unterschiedlichen Ausprägungen “ (GOUDIE 2002, S. 4) auftreten: als kontinentale oder ozeanische Kruste. Die Erdkruste wird heute in der Wissenschaft mit Teilen des oberen M antels zur Lithosphäre zusammengefasst, einer in sich starren Gesteinsschicht.DieLithosphäre gleitet auf der zähflüssigen Asthenosphäre, welche wegen der hohen Temperatur von 1300°C, m it einem gleichzeitig vergleichbar niedrigem Druckverhältnis,dieGesteine des oberen M antels in einem weichen, verformbaren Aggregatzustand hält.Ab einer Tiefe von über 200km verfestigt sich das M aterialauf Grund des zunehm enden Drucks wieder, sodass man bei den unteren Bereichen des oberen Erdm antels von einer festen Schale ausgeht. Eine ähnliche Struktur weist auch der untere M antelauf.Hierbeihandeltes sich um eine kompakte harte Schicht, die bis in eine Tiefe von ungefähr2000 – 2900 km reicht, wo die Tem peratureine Höhe von über3000°C erreicht.

An den festen Erdm antel schließt sich nun der äußere Erdkern an, der eine dünnflüssige Konsistenz aufweist. Als Folge der hohen Temperaturen von ungefähr 4000°C bilden sich in der Schm elze aus Silicium , Schwefel und Sauerstoff starke Konvektion-sströme, die das M agnetfeld der Erde entstehen lassen und als mögliche Treibkraft der später erläuterten Plattenbewegung dienen. In größeren Tiefen steigt der Druck so weit an, dass die flüssige M asse des äußeren Erdkerns im inneren Kern verfestigtwird und eine massive Kugelbildet.Da beim Übergang dieser beiden Schichten sehr viel Energie benötigt wird, werden „ fortwährend gewaltige Wärmemengen “ (BAUER 2001, S. 14) frei gesetzt. Der innere Kern ist dem nach m aßgeblich an der W ä rmebildung des Planeten Erde beteiligt(vgl. BAUER 2001,S.14;GOUDIE 2002,S. 3f;SCHM INCKE 2000,S. 16f).²

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Der Schalenbau der Erde

(entnommen aus: Um den Stockwerkbau des Erdinneren schließlich zu

http://www.diercke.de .) vervollständigen, fehlen noch drei sog. Unstetigkeitsschichten, beiwelchen ein sprunghafter Anstieg bezüglich der Dichteverhältnisse zwischen zweiSchalen auftritt. Zum einen wird die Erdkruste durch die Conrad-Unstetigkeitvon den oberen Teilen des Erdmantels getrennt. W e iter liegt im oberen M antel eine zweite Diskontinuität, die sog. M ohorovicic-Schale. Sie grenzt den festen Bereich der besagten Schicht von der darunter liegenden zähflüssigen Zone ab. Die dritte Unstetigkeit befindet sich schließlich im Übergang zwischen dem festen unteren M antelund dem anschließenden dünnflüssigen äußeren Erdkern (vgl. KAM ISNKE/KEIPERT 2006, S. 32).

2.1.2 Der Aufbau der Erdkruste

Die äußerste Schicht unseres Planeten bildet die Erdkruste, die sog. Lithosphäre. Während alle darunterliegenden Schalen eine hom ogene, zusamm enhängende Struktur aufweisen, besteht die Erdkruste aus mehreren, in sich starren Platten, die sich auf der zähflüssigen Asthenosphäre relativzu einanderbewegen.Diese Platten können sowohlvon ozeanischer, als auch von kontinentaler Gestalt sein. Sie unterscheiden sich neben ihrerDichte, auch in ihrer Zusam m ensetzung und in ihrerM ächtigkeit.

Da diese beiden Krustenteile wichtige Bestandteile der im kom menden Abschnitt beschriebenen Lithosphäre bilden, sollen siehierkurz einzeln beleuchtetwerden.

Ozeanische Kruste

Die Erdkruste von ozeanischer Gestalt besteht aus überwiegend basischen Gesteinen, wie beispielsweise aus „ Basalten, deren Tiefengesteinsäquivalenten und Gabbros “ (FRISCH/ LOESCHKE 1993, S. 4) oder auch Silicium -Verbindungen sowie den Gem engeteilen Feldspat und Pyroxen. Daher werden diese Teile der Erdkruste in der Literatur auch als sog. „ Gabbroschale “ (Leser 2005, S. 844) bzw. als „ Simaschicht “(ebd.) bezeichnet.

Die eisen-undm agnesiumreichen Gesteine sorgen aufGrund ihres spezifischen Gewichts für eine Dichte der ozeanischen Kruste von etwa 3,0g/cm3. Diese Krustenteile weisen nur eine geringe M ächtigkeit von 5 – 8km auf. Auffallend ist, dass die Oberfläche der ozeanischen Kruste im Durchschnitt „ 5km tiefer als die der kontinentalen Kruste “ liegt (FRISCH/LOESCHKE 1993, S. 4), was mit der höherenDichteim Vergleich zu den kontinentalen Krustenteilen zusam m enhängt.

Diese Teile derErdkruste formen dieOzeanböden.

Kontinentale Kruste

Hierbei handelt es sich um die 30 – z.T. 70km dicke Schicht der Erdkruste, welche die Kontinente sowie deren Schelfgebiete bilden.Diese Abschnitte der Kruste bestehen aus spezifisch leichten M aterialien, erstrangig aus sauren, m etamorphen und granitischen Gesteinen. Als Beispiele wären Granite,Gneise,Schiefer und Grandodiorite zu nennen, deren Hauptbestandteile Feldspat, Quarz undGlim m er darstellen. Daneben kom m en auch zahlreiche Silicium -Alum inium -Verbindungen vor. Auf Grund dieser Zusam m ensetzung lässt sich die geringe Dichte von 2,7– 2,8g/cm 3 derbesagten Schichtteile erklären.Das hat weiter zur Folge, dass die kontinentalen Krustenabschnitte überwiegend über den ozeanischen Schichten liegen.

Ebenso dienen die Bestandteile wiederum als Namensgeber dieser Lithosphäre-Platten, welche in der Literatur mit „ Sialschicht “ (LESER 2005, S. 839) oder „ Granitschale “ (ebd.) betitelt werden.

2.1.3 Der Aufbau und die Bedeutung der Lithosphäre

Die harte Außenhülle der Erde wird, wie bereits erwähnt, aus zwei unterschiedlichen Schichten gebildet. Die feste Erdkruste, also sowohl die ozeanischen, wie auch die kontinentalen Krustenabschnitte, bildet mit dem oberen, ebenfalls kompakten Teil des oberen Erdmantels, die sog. Lithosphäre. DerNam e dieser Schicht stammt vom griechischen Wort„lithos“ ab, was zu Deutsch „Stein“ bedeutet (vgl. BAUER 2001, S.14).

Anders als man es nun vermuten würde, ist diese äußere Gesteinsschicht unseres Planeten zwar aus festem M aterial,dennoch handelt es sich hierbeium ein dynamisches Gebilde.Die Lithosphäre ist nicht eine zusammenhängende Hülle, sondern setzt sich „ aus 9 bis 20 sich gegeneinander bewegenden größeren und [.] kleineren Platten“ (SCHM INCKE 2000, S. 17) zusam m en, die auf der darunterliegenden zähflüssigen Schicht, der Asthenosphäre schwim m en.Dabeimuss man sich die Bewegungen dereinzelnen Platten wie Eisschollen auf dem M eer vorstellen, d.h. sie driften relativ zu einander auf der Gleitschicht. Hier können drei unterschiedliche Arten von Plattenbewegungen auftreten. Driften die Lithopshäre-schollen aufeinander zu, spricht m an in der Wissenschaft von konvergierenden Platten; bewegen sich diese Platten voneinander weg, bezeichnet man dies als divergierende Plattenbewegung. Darüber hinaus ist es m öglich, dass zwei Gesteinsplatten aneinander vorbeigleiten.

Die folgende Abbildung (Abb. 2) zeigt die Lage, sowie die Bewegungen der einzelnen Lithosphäreschollen und die Konturen derKontinente.Hierbeifälltauf, dass die Umrisse der Kontinente nicht m it den Rändern der Platten übereinstim m en. Vielmehr liegen die Kontinente auf den unterschiedlichen Lithosphäreplatten. Es wird somit erkennbar, dass sich diese Platten sowohl aus kontinentalen, wie auch aus ozeanischen Krustenteilen zusam m ensetzen.

Die wichtigsten Vulkane derErde, Grabenbrüche und Erdbebenregionen sind ebenfalls in der Karte markiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Die größten Lithosphäreplatten und ihre Verteilung auf der Erde. Dargestellt sind außerdem die

Bewegungsrichtungen der Platten, wichtige Grabenbrüche, Vulkane und Erdbebenregionen

(entnommen aus: http://www.diercke.de ).

Die wesentliche Ursache endogenerProzesse beruhtdarauf, dass es sich beider Lithosphäre um ein in sich dynam ischen System handelt.So haben beispielsweiseVulkanismus, Erdbeben oder auch Tsunamis hier ihren Ausgangspunkt, wobei der Fall „Erdbeben“ nun in einem späteren KapitelderArbeitdetaillierterbeschrieben wird.

2.2 Plattentektonik

Hier sollen nun die wichtigsten Fakten und Zusam m enhänge bezüglich der tektonischen Prozesse auf der Erde näher beschrieben werden.Zu Beginn des Abschnitts liegt der Fokus auf der Theorie ALFRED W EGENERS und im Anschluss daran wird der heutige Stand der Wissenschaft aufdiesem Gebiet derphysischen Geographieerläutert.

2.2.1 Kontinentalverschiebungen nach ALFREDWEGENER

Abb. 3: Wegener Indizien für einen zusammenhängenden Urkontinent und seine daraus entwickelte Theorie der Kontinentaldrift (entnommen aus: BAUER 2001, S. 20). Wirftm an einen Blick aufeine heutige W e ltkarte, so stechen einem bereits beim flüchtigen Hinsehen die ähnlichen Umrissformen von Südam erika und Afrika ins Auge.Es ist, als ob diese beiden Kontinente einst zusam-m enhingen, dennsiepassen wiezwei große Puzzleteile aneinander.

Diese Besonderheit ist dem deutschen M eteorologen und Geowissenschaftler ALFRED W EGENER bereits im Jahre 1912 aufgefallen.Er stellte bei seinen Reisen fest, dass es auf „ beiden Seiten des Atlantischen Ozeans eine ähnliche Flora und Fauna gibt “ (LATZ 2007, S. 12) – Indizien für seine Beobachtung erhielt der Forscher aus fossilen Pflanzenresten. So fand er beispielsweiseim heutigen Subsahara-Afrika und an der Südspitze Südamerikas übereinstim m ende Reste des sog. Glossopteris-Farns. Andere Fossilienreste ergaben, dass jeweils entlang der zeitgenössischen Küsten-verläufe derbeiden Kontinente derM eso

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

saurus beheimatet war (vgl. BAUER 2001, S. 20). Ebenso weisen urzeitlichte Steinkohlewälder und ähnliche Gebirgsstrukturen auf beiden Seiten des Ozeans auf eine einst zusam m enhängende Landmassehin. Die wesentlichen Besonderheiten, die W EGENER während seinerForschung festgestellthat, sind in Abbildung 3 (siehe S. 11) graphisch veran-schaulicht.

Auf Grund dieser Indizien stellte W EGENER die These auf, dass es bis zum frühen Erdm ittelalter, also bis vor etwa 225 M io. Jahren, einen zusammenhängenden Super-kontinent namens Pangäa gegeben haben musste. M it der Zeit zerfieldieser Kontinent in einzelne Stücke, die über den Globusgedriftetsind.So entstand seine bedeutende Theorie überdieKontinentalverschiebung.

Als W EGENER seine Erkenntnis im Jahre 1912 auf der Jahreshauptversammlung der Geologischen Vereinigung veröffentlichte, löste er unerhoffterweise Empörung und M iss-achtung aus. Die Wissenschaftler wollten diese Theorie der „schwim m enden“ Kontinete nicht akzeptieren. Der Grund hierfür waren die in ihren Augen fehlenden Beweise. Bei W EGENERS Anhaltspunkten handele es sichlediglichum schwammige Indizien.So betitelte der am rikanische Geologe EDUARD BERRY die beschriebene Theorie m it folgenden W orten: „ Mein Haupteinwand gegen W EGENERS Hypothese richtet sich gegen seine Methode. Sie ist meiner Meinung nach nicht wissenschaftlich, nimmt vielmehr den üblichen Ausgang von der am Anfang stehenden Idee; es folgt die Auswahl von stützenden Anhaltspunkten in der Literatur, wobei alles, was dem Gedanken widerspricht, übersehen wird. Und das Ende ist ein Zustand der Berauschtheit, worin man die subjektive Hypothese als objektive Wahrheit betrachtet “ (LATZ 2007, S.13).

Das Problem W EGENERS war, dass es ihm nicht möglich war mit den damaligen technischen Voraussetzungen, seine Kontinentalverschiebungstheorie eingängig zu beweisen, bzw. die Antriebeskräfte für die Bewegungen der Kontinente zu klären. So vermutete er, die Zentrifugalkraft oder die Anziehungskraft des M ondes seien für diese W a nderungen verantwortlich.Heute weißman, dass diese Kräfte viel zu schwach sind, um Kontinente in Bewegung zu versetzen.Daher stellte erzahlreichen Unternehm ungen an, um die Böden der Ozeane zu untersuchen, denn für W EGENER stand fest, hier würde er Beweise für seine Theorie finden. Dennoch fehlten ihm die notwendigen M essgeräte. Diesem Hinderniss war sich der Forscher auch selbst bewusst, weswegen er kurz vor seinem Tod auf einer Grönlandexkursion verlauten ließ: „ Mögliche Ursachen der Verschiebung, [ich halte diese Frage] jetzt noch für verfrüht “ (SCHW ARZBACH 1980, S. 71).M itanderen W o rten, W EGENER war seiner Zeitvoraus.

2.2.2 Sea Floor Spreading und die Theorie der Plattentektonik

Während W EGENER zu Lebzeiten überwiegend für seine Theorie der Kontinanental-verschiebung belächelt wurde, fand seine Hypothese in den kom menden Jahren zunehmenden Anklang. Der britische Geologe ARTHUR HOLM ES griffdieVorstellung der schwim m enden Kontinente wieder auf und lieferte schließlich eine Antwort auf die Frage nach den möglichen Ursachen für W EGENERS Theorie: „[Er] hatte den Gedanken, dass die Kontinente wie auf Förderbänden von Basaltschichten getragen würden, die sich, von den Ozeanbecken ausgehend, nach den Seiten bewegten und später auch wieder, die Kontinente an der Erdoberfläche zurücklassend, in die Tiefen des Erdmantels zurücksinken würden “ (STROHBACH 1991, S.176).

Diese Vermutung konnte schließlich in den 1960er Jahren bewiesen bzw. ausgebaut werden. M it der Erfindung der Sonartechnik konnten U-Boote den M eeresboden vermessen und untersuchen. Bei den Expeditionen entdecktendieForscher ein 15000km langes untermeerisches Gebirge auf dem Grund des Atlantiks, das später als M ittelozeanischer Rücken bezeichnet worden ist. Dieser Gebirgszug verläuft mit Nord-Südausrichtung zentral zwischen den beiden Kontinenten Europa mitAfrika und Am erika. W e iterwurde festgestellt, dass dieser in seinerLängsachse von einem 20 – 50km breiten Graben (Rift) durchzogenist, aus welchem ständig heißes, flüssiges Gesteinsmaterial aus dem Erdinneren an die Oberfläche gelangt, sowie dass die seitlichen Ränder des Gebirgszuges schräg nach außen hinabfallen (vgl.KAM INSKE/KEIPERT 2006,S. 70; LATZ 2007,S.14).

Gesteinsproben ergaben, dass es sich beidem M aterial des beschriebenen untermeerischen Gebirges tatsächlich um das geologisch gesehen junge Ergussgestein Basalthandelt, wiees HOLM ES bereits in den 1930er Jahren verm utete.Ferner weisen die Ozeanböden mit zunehmenderEntfernung zum Rift eine größereM ächtigkeit an bedeckenden Gesteinen auf, die gleichzeitigauch höheres Alter aufzeigen.Daraus ergibt sich ein Bild, dass neues flüssiges Basaltgestein im Riftvalley emporsteigt, am M eeresboden erkaltet und diebereits abgelagerten Gesteinsschichten nach außen abdrängtund zur Seite schiebt. Es scheint also, dass sich derM eeresboden aufdiese Weise immerweiterausbreitet,wodurch derName der neuen Theorie des Sea Floor Spreading entstanden ist.

Doch was geschieht m it der zunehm enden M asse an ozeanischer Kruste? In diesem Zusammenhang ist in der Forschung der wesentliche Gedanke aufgekom men, dass die aufsteigende Erdkruste an einer anderen Stelle wieder in das Erdinnere absinkt – dieser Vorgang geschieht an den sog. Subduktionszonen, an welchen sich die schwere ozeanische Kruste unter die leichtere kontinentale Kruste schiebt und dann in größeren Tiefen der Lithosphäre aufgeschm olzen wird. Der Vorgang der Subduktion wird im kom m enden Abschnitt dervorliegenden Arbeit genauerbeschrieben.

Ein erstaunliches Ergebnis lieferte die Untersuchung des M eeresbodens bezüglich seiner M agnetisierung. Betrachtet m an sich M agnom eter-Aufnahm en des Ozeanbodens, so lässt sich ein parallel verlaufendes Streifenm uster von normalen und inversen m agnetischen Streifen erkennen. Das erkaltete Basaltgestein hat am Grund des Atlantiks die m om entan existierende Ausrichtung des M agnetfeldes der Erde bei seinem Erstarrungsprozess „eingefroren“³. Folglich treten diese Um polungen beinahe in gespiegelter Form aufbeiden Seiten des Riftvalleys auf, wie inAbbildung 4 dargestellt ist.

Abb. 4: Das magnetische Streifenmuster des Ozeanbodens. Die drei Blockbilder a, b und c stellen dabei das zunehmende Auseinanderdriften des ozeanischen Rückens dar (entnommen aus: http://www.max- wissen.de/print.php?id=5482&PHPSESSID=54cd3598363 317c3d744c40546092619). Somit war der elementare Beweis für das Aufspreizen der ozeanischen Kruste gegeben, woraus in den kom m enden Jahren die bis heute gültige Theorie der Plattentektonik entwickelt wurde. Im Zentrum der M ittelozeanischen Rücken entsteht durch Aufsteigen basaltischer Gesteine neue ozeanische Lithosphäre.Auf Grund starker Konvektionsström e in der darunterliegenden zähflüssigen Asthenos-phäre werden die einzelnen ozeanischen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Physisch-geographischer Hintergrund: endogene Kräfte und geologische Grundlagen

Platten in beide Richtungen entlang des Riftvalleys wegtransportiert, d.h. siewandern über den Globus. Dies geschieht so lange, bis sie an den Rand einer kontinentalen Lithosphäreplatte gelangen. Hier schiebt sich nun die leichtere kontinentale Platte über die ozeanische, sodass diese in die Tiefe absinkt und in der Asthenosphäre wieder aufgeschm olzen wird. DieserVorgang wird, wie bereits erwähnt, als Subduktion bezeichnet. Resultate jener Subduktionsprozesse sind nun aktiver Vulkanismus, Erdbeben, Seebeben bzw. Tsunamis, Inselketten, Faltengebirge und Tiefseerinnen entlangdieserPlattenränder (vgl. LATZ 2007, S.16ff).Diese kom plexen plattentektonischen Prozesse werden in Abbildung 5 (S.17) abschließend zusam m engefasst und graphisch veranschaulicht.

Eine Frage ist in diesem Zusam m enhang jedoch bis heute ungeklärt geblieben: Wie entstehen die für die Plattenbewegungen verantwortlichen Konvektionsström e im oberen Teildes Erdmantels?

2.2.3 Plattenränder

In diesem Abschnitt m einerArbeitwerden nun die dreiArten von Plattenbewegungen mit den entsprechenden Plattenrändern näher beschrieben, welche im Rahmen von tektonischen Prozessen auf dem Globus auftreten können.Dargestellt sind sie in einer abschließenden Abbildung (Abb.5, S. 17).

Divergierende Platten – konstruktive Plattengrenzen

Entlang der mittelozeanischen Rücken kom m t es zu einer Trennung von zweiLithosphäre-platten, d.h. sie divergieren. Durch aufsteigendes M agma aus derAsthenosphäre bilden sich neue ozeanische Krustenteile.Die Folge solcher Dehnungsprozesse sind kilom eterlange, m eist unterm eerischen Gebirgszüge, wie z.B. der M ittelozeanischen Rücken oder auch die Ostpazifische Schwelleund derRücken im Indischen Ozean (vgl.DECKER/DECKER 1992, S. 23). Solche Grabenbrüche können ebenfalls zwischen zwei kontinentale Lithosphäreplatten auftreten.Dies lässt beispielsweise die Entstehung des Oberrheingrabens oder auch das Ostafrikanische Grabensystem (Afar-Senke zwischen Äthiopien und Som alia) erklären.

Durch die beschriebenen Dehnprozesse derLithosphäre kom m t es in den besagten Regionen entweder, im Falle von divergierenden ozeanischen Krustenteilen, zurBildung von sog. Black

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Physisch-geographischer Hintergrund: endogene Kräfte und geologische Grundlagen

Smokers, zu effusivem Vulkanismus und som it zur Bildung von vulkanischen Inselketten (z.B. Indonesien, Hawaii). Das Ergebnis von auseinanderdriftenden Kontinentalschollen sind tiefe Grabenbrüche im Gelände,Erdbeben und Vulkanismus sowie Verwerfungen (vgl. LATZ 2007, S.19).

Konvergierende Platten – destruktive Plattengrenzen

Parallel zu den divergierenden Platten treffen Lithosphäreschollen an anderen Stellen der Erde wieder aufeinander. Dieser Prozess wird in der Literatur allgem ein als Konvergieren bezeichnet, wobei zwischen drei unterschiedlichen Arten von Plattenzusam menstößen unterschieden wird.

Die fürm eine Arbeitwichtigste Art der Kollisionist die einer kontinentalen Platte mit einer ozeanischen.AufGrund derunterschiedlichen Dichteverhältnisse dieserbeiden Lithosphäre-schollen schiebt sich beim Zusammenpralldie schwere ozeanische Kruste unterdie leichtere kontinentale Platte. Bildlich gesprochen wirdbeim Subduktionsvorgang die an den konstruk-tiven Plattengrenzen neu erzeugte Lithosphäre wieder vernichtet, wom it der Name der „destruktiven Plattengrenzen“ begründet ist.

Die Folgen derkonvergierenden Platten sind zunächsttiefe Rinnen in derErdoberfläche (z.B. Tiefseerinnen) mit gleichzeitigem Aufstauchen von kontinentalem Lithosphärem aterial, wodurch Gebirgsketten, z.B. die Anden, entstehen.Darüber hinaus kom m t es entlang der Subduktionszonen, die häufigauch als „ aktive Plattenränder “ (BAUER 2001, S. 16) bezeichnet werden, zu explosivem Vulkanismus, Erd-und Seebeben.

Derzweite Fallvon Plattenkollision kann zweiozeanische Krustenabschnitte betreffen.Auch hier kann es als Folge von Subduktionsprozessen zurBildung von Tiefseegräben, heftigem Vulkanismus mit gleichzeitiger Entstehung von bogenförmigen Inselketten und häufigen Seebeben kom men.

Ferner ist es möglich, dass zweikontinentale Lithosphäreschollen zusammenstoßen. Dieses Zusammenprallen führtneben der Faltung und Hebung des Geländes langfristig zurBildung eines neuen Gebirges (z.B.Himalaya).Außerdem können auch hier Erdbeben auftreten (vgl. LATZ 2007, S.19).

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Vorbeigleitende Platten – konservative Plattenränder

An konservativen Plattenrändern wird wederneue Lithosphäre erzeugt,noch alte vernichtet. Vielmehr geht es hier um zweiKrustenteile, die aneinander vorbeigleiten. Dieser Vorgang wird in derWissenschaftals Transformstörung betitelt.

Der überwiegende Teil der Transform störungen liegt unter dem M eer entlang der M ittelozeanischen Rücken, sodass m an sich den beschriebenen Gebirgszug nicht als eine hom ogene Kette vorstellen darf, sondern als eine Aneinanderreihung unendlich vielerkurzer Gebirgsabschnitte. DECKER/DECKER (1992, S. 23) sprechen hier auch von einem „ recht-winkligen Zickzackmuster der ozeanischen Rücken “.

Obwohldiemeisten konservativen Plattenränderdieozeanische Lithosphäre betreffen, kann es dennoch vorkom m en, dass auch zweikontinentale Krustenteile aneinandervorbeigleiten. Das berühmteste Beispielist hierfür die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien. Die tektonischen Folgen dieser Plattenbewegung sind nun weniger Vulkanismus und Gebirgs-bildung, sondern vielmehr Erdbeben, wenn sich die beteiligten Lithosphäreteile verkanten und sich schließlich unterDruckentlastung ruckartig lösen.Oder es bilden sich Bruchspalten und Verwerfungen.

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Abb. 5: Zusammenfassendes Blockbild, das den Prozess der Plattentektonik darstellt (entnommen aus: http://www.geolinde.musin.de/tektonik/pl_theorie1.htm).

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Physisch-geographischer Hintergrund: endogene Kräfte und geologische Grundlagen

2.3 Eine wesentliche Erscheinungsform der Plattentektonik: Erdbeben

Nachdem die wichtigsten Elem ente und Ursachen derplattentektonischen Vorgänge aufder Erde erläutert worden sind, folgt nun die Spezialisierung auf den Aspekt„Erdbeben“.Um einen Übergang zwischen den allgem einen Gegebenheiten der Plattentektonik und meinem Fachgebiet zu erlangen, wird zunächst eine Definition des Term inus gegeben, gefolgtvon der Lage der Erdbeben auf dem Globus. Anschließend folgt ein Einblick in die unterschiedlichen Erdbebenwellen sowie die Bedeutung dieser Naturkatastrophe für die betroffenen M enschen.

2.3.1 Definition des Begriffs „Erdbeben“

Dieser Terminus ist in der Literatur recht einheitlich definiert und beschrieben.So versteht LESER (2005, S. 195f) darunter beispielsweise „ Erschütterungen des Erdbodens durch Vorgänge in der festen Erdkruste “, ebenso wie HESS (2003, S. 184), NEUM ANN/JACOBS/TITTEL (1986, S. 7) oder LATZ (2007, S. 22). Allerdings werden unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt bzw. den allgem einen Erschütterungen der Erdkruste weitere charakterisierende M erkmale, wie etwa die Ursache derNaturkatastrophe, die unterschiedlichen Erscheinungs-formen und Ausprägungen oder auch die Bedeutung der Erdbebenwellen im Erdinneren, hinzugefügt.

Es scheint also, die Definition eines Erdbebens benötigt mehrere Dimensionen, um sie korrekt und m öglichst allumfassend aufstellen zu können, womit ich zu m einer eigenen Definition kom m e:

„Bei Erdbeben handelt es sich um kurzzeitige, mehr oder weniger heftige Stöße der Erdkruste auf Grund der Bewegung der einzelnen Lithosphäreplatten. Hier können sich beim Verkanten von zwei oder mehreren Platten starke Druckverhältnisse aufbauen, die sich plötzlich entladen. Somit wird die darüber liegende Außenhülle der Erde zur Erschütterung gebracht, wodurch z.T. verheerende Schäden in den betroffenen Regionen der Erde auftreten können. Durch die Tatsache, dass bei einem Erdbeben stets unterschiedliche Arten von Erdbeben-wellen beteiligt sind, sind sie wichtige Zeugen für den Innenaufbau der Erde.

Die Wissenschaft, die sich intensiv mit Erdbeben, beschäftigt, ist die Seismologie.“

2.3.2 Lage von Erdbeben auf dem Globus

In diesem Abschnitt möchte ich die Regionen der Erde aufzeigen, die am häufigsten von Erdbeben betroffen sind. Dies solljedoch nicht nur topographisch geschehen, sondern mit einer Verknüpfung zu den tektonischen Gegebenheiten der entsprechenden Gebiete versehen werden.

Auf Grund der Tatsache, dass die Lithosphäre keine einheitliche Schicht darstellt, sondern vielmehr einM osaik aus einem Dutzend in sich starrerPlatten, die sich permanent relativ zu einander bewegen, existieren auf der Erde sowohl tektonisch aktive, wie auch tektonisch passive Gebiete.Besonders die unterschiedlichen Plattenränder weisen hierbei höchste endogene Aktivitätauf.Folglich treten überwiegend an diesen Plattengrenzen Erdbeben auf. Die Ursache dafür ist, dass die Lithosphäreplatten sich nicht in gleichmäßiger Bewegung befinden, sondern sie können sich im m er wieder verkanten, wodurch sich enorme Spannungen unterhalb der Erdkruste aufbauen. Löst sich diese Spannung nun plötzlich, kom m t es zu ruckartigen Erschütterungen in dieserRegion.

Erstelltm an demnach mit entsprechenden Com puterprogram men eine Karte, auf der alle Erdbebenherde eingezeichnet sind, so erhält man ein recht getreues Bild der Verläufe der Plattengrenzen. Solch eine them atische Karte ist in Abbildung 6 dargestellt, hier sind die Erdbebenherde in roterFarbe m arkiert.

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Abb. 6: Die weltweite Verteilung der Erdbebenherde

(entnommen aus: http://www.seismo.ethz.ch ).

Hierbeifällt auf,dass die m eisten Erdbebenherde entlang derPlattengrenze derpazifischen Lithosphärescholle liegen.Diese ozeanische Platte wird von Subduktionszonen begrenzt. Daher sind die Regionen rund um den Pazifik, wie etwa die Philippinen, die W e stküste Südamerikas, Japan oder Kalifornien, eine der mit am häufigsten von starken Erdbeben betroffenen Gebiete der Erde. Beidiesen Beben, die an den Subduktionszonen entstehen sprichtm an in derLiteraturvon sog. Tiefenbeben, da ihrErdbebenherd (Hypozentrum) bisin eine Tiefe von ca. 700km reichen undm eistsehrheftige Erschütterungen auslösen kann.Die Hypozentren reichen bis an jene Stelle, an der die feste ozeanische Kruste völlig aufgeschm olzen wird. Dieser Punkt wird auch als „ Benioffzone “ (HESS 2003, S. 184) bezeichnet.

Diesen Tiefenbeben stehen nun weitere Erdbeben gegenüber, deren Hypozentren nicht so weit in die Erdkruste hinab reichen (sog. Flachbeben) und die dem nach eine sehr viel schwächere Intensität aufweisen.Solche treten, wie in Abbildung 6 kenntlich gemacht, z.B. entlang der M ittelozeanischen Rücken im Atlantik und im IndischenOzean auf.An diesen konstruktiven Plattenrändern entsteht durch Aufsteigen heißer Lava neue Lithosphäre, verbunden mit tektonischer Aktivität. Diese neu gebildete Erdkruste weist nur eine geringe M ächtigkeit auf, wodurch sich dem nach auch nurgeringere Spannungen aufstauen können. Dies hat dann zur Folge, dass beim Entladen der Spannungen weniger Energie freigesetzt wird, sodass die Erdbeben schwächerausfallen.

Darüber hinaus treten Erdbeben entlang von Transform störungen auf, also parallel verlaufend zu den konservativen Plattenrändern.Auch hierkönnen sich beim Vorbeigleiten große Spannungen aufbauen, die sich ruckartig lösen und zu starken Erschütterungen der Erdkruste führen. So lassen sich Beben beispielsweiseinKalifornien (San-Andreas-Verwerfung) oderin Kleinasien (Nordanatolische Störung) erklären.

Zu einer weiteren räum liche Kategoerie können die Erschütterungen inmitten der Lithosphäreplatten zusam m engefasst werden, wie etwa auf der Afrikanischen oder der Eurasischen Platte. Diese Beispiele lassen die Schlussfolgerung zu, dass auch innerhalb der Lithosphäreschollen keine vollkom mene tektonische Ruhe herrscht, sondern auch hier kleinere Störungen und Deformationen auftreten können, die jedoch geringe Erschütterungen zurFolge haben.

[...]

¹ Zitiert nach: JUNG 1981, S. 5f

² Insgesam t findetm an inderLiteraturvariierende Zahlenw erte, w elche die Tiefe dereinzelnen Schichten beschreiben. Ich habe überwiegendMittelw erte davon verw endet

³ Die Beschreibung derUrsache fürdiesesPhänom en würde allerdings den Rahm en dieserwissenschaftlichen Hausarbeit sprengen, warum ich explizitdaraufverzichtet habe.