Wietrzenie mrozowe skał

FIZYKA, GEOGRAFIA
WODA
Wietrzenie mrozowe skał
Cel nauczania:
To doświadczenie przedstawia zmiany w objętości wody będące podstawą procesu
wietrzenia mrozowego skał. Podczas tego eksperymentu uczniowie dowiedzą się, że woda
zwiększa swoją objętość podczas ochładzania i prześledzą, jaki związek fakt ten ma z
wietrzeniem fizycznym. Eksperyment jest przeznaczony dla grupy wiekowej 11-16 lat, a
więc uczniów ostatnich klas szkoły podstawowej oraz uczniów gimnazjów.
Potrzebne materiały:

dwa małe balony

dwa druty do robótek

dwa opakowania po sokach lub mleku (Tetra Pak)

gips

kubek na gips

woda

zamrażarka

marker
Realizacja:
Odciąć górną część obu opakowań po sokach lub mleku (Tetra Pak). Pierwszy balon
wypełnić taką ilością wody, by bez problemów zmieścił się do opakowania po soku nie
dotykając jego ścianek. Następnie zawiązać balon i przekłuć go powyżej supła (!) drutem
do robótek w taki sposób by go nie przekłuć, a jedyni zawiesić na drucie. Drugi balon
wypełnić powietrzem tak, by był tej samej wielkości, co balon wypełniony wodą.
Podobnie jak w pierwszym wypadku, powyżej supła przekłuć balon drutem. Balony
zawieszone na drutach umieścić w opakowaniach Tetra Pak, tak by nie dotykały ścianek
ani dna pudełek. Zmieszać wodę z gipsem i napełnić oba kartony, aż do zakrycia
balonów. Gdy gips zastygnie, wyjąć druty oraz usunąć pudełka Tetra Pak. Oznakować
blok gipsu zawierający balon z wodą literą "W", a blok zawierający balon z powietrzem
literą "P". Umieścić oba bloki w zamrażarce, min. na jedną dobę.
Poniżej przedstawiono schemat przedstawiający kroki niezbędne do prawidłowego
wykonania eksperymentu
Falke, M. 2012
Interpretacja:
Uczniowie powinni zaobserwować znaczne różnice między dwoma blokami gipsu. Odlew
gipsowy zawierający balon z wodą powinien być popękany oraz zdeformowany,
natomiast odlew z balonem napełnionym powietrzem nie powinien nosić żadnych znaków
uszkodzenia. Zamarzając, woda wypełniająca balon zmieniła swoją objętość i uszkodziła
blok gipsowy. Odpowiednik tego procesu występujący w naturze nosi nazwę wietrzenia
mrozowego.
Źródło:
HELL, K. (2006): Experimente aus dem Küchenschrank. Wetter (2). Gotha
Dodatkowe uwagi:
Na początku lekcji nauczyciel może pokazać uczniom zdjęcie dużej pękniętej skały, najlepiej
przedstawionej w otoczeniu śniegu i lodu. Nauczyciel powinien nakierować uczniów na
spostrzeżenie, iż proces prowadzący do pęknięcia skały przedstawionej na fotografii związany
jest ze zmianami objętości wody podczas jej zamarzania. Podczas dyskusji uczniowie
powinni dojść wspólnie do wniosku, że pęknięcia spowodowane są procesem wietrzenia
mrozowego. Dyskusja klasowa powinna ostatecznie doprowadzić do postawienia następującej
hipotezy:
Hipoteza: “Zamarzając, woda penetrująca skały zwiększa swoją objętość, powodując
wietrzenie mrozowe i rozsadzając skały."
Plan przeprowadzenia doświadczenia powinien zostać opracowany i zrealizowany
samodzielnie przez uczniów. Rola nauczyciela ogranicza się do nadzorowania pracy w klasie.
Uczniowie mogą zostać podzieleni na grupy, przy czym każda grupa przeprowadza cały
eksperyment. Po zakończeniu doświadczenia, uczniowie powinni porównać swoje obserwacje
z hipotezą. Starsi uczniowie mogą wziąć udział w zajęciach omawiających szczegółowo
procesy fizyczne występujące w trakcie realizacji eksperymentu np. na zajęciach z fizyki
uczniowie mogą obliczyć wzrost ciśnienia spowodowany zmianą objętości. Podczas zajęć z
geografii możliwe jest przeprowadzenie dyskusji na temat potencjalnych zagrożeń dla
infrastruktury miejskiej wynikających z wietrzenia mrozowego. Uczniowie mogą również
przygotować informacje dotyczące materiałów budowlanych zapewniających optymalną
wytrzymałość dróg czy ścian budynków.
Karton Tetra Pak i balon napełniony wodą
Bayrischer Rundfunk (2006): Frostsprengung http://www.br-online.de/bildung/databrd/nut28.htm/nut28ex2.pdf
Fotografia przedstawiająca efekty wietrzenia mrozowego
o.V.2009: Ffrostsprengung vor jökullsárlón http://4.bp.blogspot.com/_C0kSBRNUwQ/Sh6FnNIbO_I/AAAAAAAABIM/yhXUV6oOwww/s1600/DSC_7075.JPG