Viskosität von Magmen
Für diesen Versuch stehen Lehrmaterialien zur Vorbereitung in der Schule zur Verfügung, die Sie auf Anfrage im Vorfeld erhalten können. Für die Vorbereitung in der Schule werden etwa zwei bis drei Zeitstunden empfohlen.
Vulkanmodell (erster Teilversuch):
Das Modell besteht aus einem Einmachglas und einem Trichter, der auf dem Einmachglas steht, wobei der Trichterhals nach oben zeigt. Im Einmachglas wird eine Reaktion zwischen Backpulver und Essig ausgelöst. Zunächst wird niederviskose Schmelze simuliert, die den Schlot nicht verstopft. Deshalb bleibt die Öffnung am Trichterhals zunächst offen und die Backpulver-Essig-Mischung tritt ähnlich wie bei effusivem Vulkanismus gleichmäßig aus dem Tichter (respektive Vulkanschlot) aus und überflutet große Teile der Umgebung.
Anschließend wird hochviskose Schmelze simuliert, die dazu neigt, den Vulkanschlot zu verstopfen. Deshalb wird nun der Trichterhals des Modells mit Knete verschlossen. Hat sich nach einiger Zeit aufgrund der Reaktion zwischen Backpulver und Essig genug Druck aufgebaut, wird der Knetpfropfen explosionsartig aus dem Trichterhals geschossen.
Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten (zweiter Teilversuch):
Im zweiten Teilversuch geht es etwas weniger spielerisch, sondern wissenschaftlicher zu. Hier wird die Viskosität verschiedener Flüssigkeiten (Seife, Öl, destilliertes Wasser) mit einem Kugelfallviskosimeter nach Höppler bestimmt. Die Schülerinnen und Schüler messen die Fallzeit einer Kugel, deren Dichte sie vorher bestimmt haben, und berechnen daraus unter Berücksichtigung der Fallstrecke die Viskosität der Flüssigkeiten.
Als Magma bezeichnet man Gesteinsschmelzen, die sich im Erdinneren befinden. Treten Gesteinsschmelzen beispielweise bei einem Vulkanausbruch aus, werden diese, sobald sie an der Oberfläche ausgetreten sind, als Lava bezeichnet.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Gesteinsschmelze im Inneren der Erde und der ausgetretenen Schmelze liegt darin, dass im Magma noch viele Gase gelöst sind, die beim Aufstieg entweichen und so in der Lava nicht mehr zu finden sind. Eine weitere wesentliche physikalische Eigenschaft der Schmelzen, die große Auswirkungen auf das Ausbruchsverhalten der Vulkane hat, ist die Viskosität der Schmelze.
Viskosität und der Anteil flüchtiger Gase von Magmen variieren mit der Lage des Vulkans aufgrund von
- unterschiedlichen Aufstiegswegen,
- unterschiedlichen Verweildauern im Untergrund und
- unterschiedlichen Differentiationsprozessen.
Der Versuch gibt den Schülerinnen und Schülern nicht nur einen Einblick in die Vulkanologie, er zeigt ihnen auch Zusammenhänge zwischen verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen auf.
- Aus der Physik: Bedeutung der Druckverhältnisse für explosives Eruptionsverhalten.
- Aus der Chemie: Bedeutung der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen der Schmelzen.
- Aus der Geographie: Bedeutung der Lage der Vulkane für den Aufstiegsweg des Magmas und das Eruptionsverhalten.