Gesteinsmagnetismus in der Vulkaneifel EarthCache
Gesteinsmagnetismus in der Vulkaneifel
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Size: 
(other)
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Geologie vor Ort
Irgendwo in der Eifel steht eine schöne lange vulkanische Felswand, die anziehend ist. Am Griesenheld bei Dohm-Lammersdorf liegt die ehemalige Bahntrasse zwischen Gerolstein und Hillesheim. Die vulkanischen Gesteine, die am Fuße des Schichtvulkans liegen, wurden im April 1909 abgetragen, um Einschnitte für den Gleisbau zu machen. Also ist es kein natürlicher Aufschluss. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde diese Bahnstrecke eingestellt und als Waldweg umgewandelt. Nicht nur an der Westwand, sondern auch bei Fundstücken hat man geologische Phänomen gefunden: Vulkanit, der magnetisch sein kann.
Für das Experiment von Gesteinen braucht Ihr unbedingt einen Magnet und Kompass !
Ohne den Magnet und Kompass können ein paar Aufgaben nicht ausgeführt werden !
Experiment mit einem Fundstück vor Ort
Gesteinsmagnetismus
Der Gesteinsmagnetismus ist ein geophysikalisches Phänomen. Er ist die magnetische Eigenschaft von Gesteinen in Form von Ferrimagnetismus, Paramagnetismus und Antiferromagnetismus. Die wichtigsten natürlichen ferrimagnetischen Minerale sind der Magnetit, die Titanomagnetite und der Magnetkies. Bereits winzige Spuren dieser stark ferrimagnetischen Minerale dominieren die magnetischen Eigenschaften der Gesteine. Der Gehalt an stark magnetischen Mineralen hängt von der Lithologie ab. Am stärksten magnetisch sind neben den Eisenerzen mit hohen Konzentrationen an Magnetit die magmatischen Gesteine, allen voran die Basalte, die in den Ozeanen riesige Flächen bedecken. Basisches Gestein (Basalt, Gabbro, Serpentinit, Grünschiefer, Amphibolit) ist stärker magnetisch als saure Gesteine (Granit, Syenit). Rote Sandsteine können durch ihren Eisengehalt auch recht stark magnetisch sein. Sehr viel schwächer magnetisch sind Sedimente (Kalkstein, heller Sandstein) und die meisten metamorphen Gesteine (Gneis).
Magnetostratigraphie
Die Magnetostratigraphie nutzt die Umkehrungen des Erdmagnetfeldes, welche in der geologischen Vergangenheit mehrfach auftrat, um Vulkanschichten (auch Sedimentschichten) und andere Gesteine miteinander zu verbinden und so auf das Alter zu schließen.
Beim Unterschreiten der Curie-Temperatur von 578 °C richtet sich die Magnetisierung größtenteils in Erdmagnetfeldrichtung aus, so dass eine remanente magnetische Polarisation in der Größenordnung von bis zu 500 nT (Nanotesla) resultiert. Magnetitkristalle können auf diese Art die Richtung des Erdmagnetfeldes zur Zeit ihrer Entstehung konservieren. Die Untersuchung der Magnetisierungsrichtung von Lavagestein (Basalt) führte Geologen zu der Beobachtung, dass sich in ferner Vergangenheit tatsächlich die magnetische Polarität der Erde von Zeit zu Zeit umgekehrt haben musste.
Die Umkehr des Magnetfeldes verläuft sich sehr schnell, dabei bleibt die Polarität in den Gesteinen enthalten. Da dies ein globales Ereignis ist, kann diese Methode benutzt werden, um zum Beispiel klimatische Ereignisse weltweit zu verbinden.
Die Erklärung zur magnetostraigraphischen Darstellung:
Die Lava-Schichten eines Vulkans kühlen sich unterhalb der Sperrtemperatur ab und dadurch nimmt die Richtung des Magnetfeldes der Erde zum Zeitpunkt der Abkühlung auf (A).
Vorausgesetzt, wenn wir ein Loch in diesen mehreren Schichten bzw. Ablagerungen bohren. Eine Reihe von Proben aus dem Kern wird datiert, und für jeden wird die Polarität des Paläomagnetismus gemessen (B). Die Daten werden auf einer geologischen Zeitskala unter Angabe der Polarität angezeigt (C).
* Die normale Polarität bedeutet, wenn die Richtung des Feldes mit der des aktuellen Feldes gleich ist. Und die umgekehrte Polarität, wenn die Richtung des Feldes dagegen zu der des aktuellen Feldes ist.
Magnetit im Gestein
Magnet im Gestein, das nennen wir geologisch Magnetit, ein Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und die stabilste Verbindung zwischen Eisen und Sauerstoff.
Magnetit wird auf natürliche Art durch Vulkanismus gebildet. Bei großer Hitze (um 600 °C) durchdringt flüssige Lava die benachbarten Gesteine. Findet eine Druckentlastung im Gestein statt, die ja zum Vulkanausbruch führt bzw. ihn begleitet, so bilden sich große Mengen an Gasen. Hier ist vor allem Wasserdampf zu nennen, der die Gesteine chemisch angreift. Sind dies kreidezeitliche Kalke oder Dolomit, so wird deren Kohlenstoffdioxid ausgetrieben und es bilden sich basische Hydroxide. Wenn in der Lava zusätzlich noch Eisenverbindungen enthalten sind (wie es häufig der Fall ist, was man an der oftmals braunroten Farbe erkennen kann), so reagieren diese zu verschiedenen Eisenhydroxiden. Aus diesen wiederum kristallisiert beim Erkalten Magnetit oder der verwandte (aber nicht magnetische) Hämatit aus.
Magnetit kommt in massiver oder gekörnter Form und daneben auch als Kristalle vor, welche oft oktaedrisch geformt sind, besitzen also je acht dreieckige Begrenzungsflächen. Er ist ein durchaus häufiges Mineral, das allerdings selten den Hauptbestandteil eines Gesteins stellt. Man findet Magnetit in zahlreichen magmatischen Gesteinen wie Basalt, Diabas und Gabbro, in metamorphen Gesteinen und durch Verwitterungsprozesse aufgrund seiner Härte weitgehend intakt verbracht als Magnetitsand in Flusssedimenten.
Titanomagnetit
Außerdem gibt es auch ein magnetisches Mischkristall, Titanomagnetit.
Als Titanomagnetit werden die Mischminerale der Reihe Magnetit und Ulvöspinell bezeichnet. Diese Mischreihe ist nur oberhalb von etwa 600 °C vollständig. Bei sinkenden Temperaturen zerfallen die Mischkristalle und es bilden sich Entmischungslamellen von Ulvöspinell und Magnetit.
Experiment an der Westwand vor Ort
Bemerkung zu beiden Bildern von meinen Experimenten: Die Farben blau und rot spielen keine Rolle, da beide gleiche Magneten sind.
Quellen: Eigene und diverse Informationen aus Internet (Wikipedia, Spektrum), Mineralien- und Gesteine-Bücher
Fotos, Abbildungen und Zeichnungen: Eigene (Copyright)
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Um den Earthcache zu loggen, beantworte die folgenden Fragen:
Experiment mit einem Magnet
1. Wie groß ist Anziehungskraft des Magnets auf dem Vulkanit?
2. Was vermutet Ihr, wie groß ist in Prozent der Eisenanteil in Eurem Fundstück bzw. an der Westwand?
Experiment mit einem Kompass
Am deutlichsten geht das natürlich mit einem herkömmlichen Magnetkompass, bei mir hat auch der im GPS-Gerät integrierte Kompass klar reagiert.
3. Um welche Polarität handelt sich dieses Gestein vor Ort? Schau genau auf der Kompassnadel des Nordpols und Südpols nah am Gestein! (z.B. Nordpol-Zeiger weist anziehend oder abstoßend.)
4. Wie groß ist Abweichung des Zeigers ? Um wieviel in etwa das Magnetfeld beim Fundstück bzw. an der Westwand verdreht ist?
Gestein
5. Um welches Gestein handelt es sich, mit dem Ihr untersucht?
Foto:
6. Ladet ein Foto vom Experiment oder von Euch mit dem Log hoch! Wer sich nicht selbst oder einen Körperteil knipsen will, kann einen persönlicher Gegenstand oder das GPS mit lesbarer Koordinate vor dem Hintergrund des Ortes als Nachweis Eurer Anwesenheit fotografieren. (Laut Earthcache Guidelines ist die Forderung eines Fotobeweises seit Juni 2019 wieder erlaubt.)
Schicke Eure Antworten via Kontaktformular in meinem Profil oder an magnetismus@ahsoka.de und Ihr dürft sofort loggen. Bei Unstimmigkeiten melde ich mich bei Euch.
Falls Euch mein EarthCache gefällt, freue ich mich auf einen Favoritenpunkt :-)
Wünsche Euch viel Spaß !
Additional Hints
(Decrypt)
[ Magnet und Kompass mitbringen !!! ]