So finden Sie die Dichte eines Gesteins

Steine ​​gibt es in einer Vielzahl von Formen, Größen und Zusammensetzungen. Sedimentäre, magmatische und metamorphe Gesteine ​​stehen als unterschiedliche Stadien im Gesteinskreislauf in Beziehung zueinander. Die Unterscheidung einer Gesteinsart von einer anderen hängt manchmal von feinen Unterschieden in den Eigenschaften ab. Die Dichte, kombiniert mit Beobachtungen und zusätzlichen Tests, hilft bei der Identifizierung und Unterscheidung eines Gesteins von einem anderen. Da die Dichte das Verhältnis von Masse zu Volumen misst, erfordert die Berechnung der Dichte eine genaue Messung von Masse und Volumen.

Um die Dichte eines Gesteins zu bestimmen, muss die Masse des Gesteins in Gramm und das Volumen in Kubikzentimetern gemessen werden. Diese Werte passen in die Gleichung:

wobei D Dichte bedeutet, m die Masse darstellt und V das Volumen darstellt. Geben Sie die Werte ein und lösen Sie nach Dichte auf. Im Allgemeinen verwenden Volumenmessungen die Wasserverdrängung, wobei die Beziehung genutzt wird, dass ein Milliliter Wasser einen Kubikzentimeter Raum einnimmt.

Gesteine ​​reichen von einer Sammlung von Kristallen eines Minerals bis hin zu Mischungen verschiedener Mineralien. Die Mineralien können alle mikroskopisch, alle makroskopisch oder eine Mischung aus mikroskopischen und makroskopischen Kristallen sein. Die Mineralien können gleichmäßig über das gesamte Gestein verteilt oder in Schichten oder Clustern angeordnet sein. Aus Gründen der Genauigkeit muss die getestete Probe alle Mineralien des Gesteins enthalten. Außerdem sollte die Probe keine verwitterten Oberflächen aufweisen. Der Verwitterungsprozess verändert die ursprüngliche Mineralogie, wodurch sich auch die Dichte verändert. Um die Gesamtdichte genau zu messen, muss die ausgewählte Gesteinsprobe alle Mineralien im gleichen Verhältnis wie die größere Gesteinsmasse darstellen. Im Allgemeinen wählen Geologen eine Handprobe, eine Gesteinsprobe von der Größe einer Faust oder eines Baseballs. Eine sehr kleine Gesteinsprobe repräsentiert möglicherweise nicht die Mineralogie der gesamten Gesteinsmasse, während eine sehr große Probe die Fähigkeit zur genauen Messung von Masse oder Volumen oder beidem erschwert.

Die Begriffe Masse und Gewicht verwirren viele Menschen. Masse misst die Menge an Materie in einem Objekt, während das Gewicht die Schwerkraft auf eine Masse misst. Die Verwirrung entsteht, weil auf der Erde die Anziehungskraft gleich 1 ist, sich also Masse und Gewicht nur geringfügig unterscheiden, beeinflusst durch die Höhe und das darunter liegende massive Gestein.

Das genaue Messen der Masse erfordert eine Waage. Elektronische Waagen, Dreibalkenwaagen oder andere Waagen messen die Masse. Einfache Waagen wie Personenwaagen bieten im Allgemeinen nicht die Genauigkeit, die zum Auffinden der Masse erforderlich ist. Jede Massenskala hat spezifische Richtungen, aber die allgemeine Technik stellt die Waage auf Null ein, legt den Stein auf die Pfanne, balanciert die Skala und liest dann direkt die Masse der Probe ab. Notieren Sie beim Messen der Masse die Einheiten in Gramm.

Volumen misst ganz einfach den Raum, den ein Objekt einnimmt. Um das Volumen regelmäßiger geometrischer Formen wie Kugeln, Würfel und Kästen zu ermitteln, wird eine etablierte Formel verwendet. Gesteine ​​gibt es leider selten in geometrischen Formen. Das Auffinden von Volumen erfordert daher eine spezielle Technik. Archimedes entdeckte die Wasserverdrängung, und das Finden von Volumen mithilfe von Wasserverdrängung erfordert ein wenig Nachdenken und einen Hauch von Geschick. Denken Sie auch daran, dass ein Kubikzentimeter Wasser einem Milliliter Wasser entspricht.

Wasserverdrängung bedeutet, dass ein im Wasser befindliches Objekt ein Wasservolumen verdrängt, das dem Volumen des Objekts entspricht. Zum Beispiel verdrängt ein Gegenstand mit einem Volumen von 5 Kubikzentimetern, der in einen Wasserbehälter getaucht wird, 5 Milliliter Wasser. Wenn der Behälter über Messungen verfügt, ändert sich eine anfängliche Anzeige von 10 Millilitern Wasser auf 15 Milliliter, nachdem das 5 Kubikzentimeter große Objekt in das Wasser eingetaucht wurde.

Um das Volumen durch Wasserverdrängung zu bestimmen, muss die Gesteinsprobe in einen Behälter mit gemessenen Volumenmarkierungen, wie einem Messbecher, gegeben werden. Bevor Sie den Stein hinzufügen, geben Sie genügend Wasser in den Becher, damit der Stein vollständig untergetaucht ist. Messen Sie die Wassermenge. Fügen Sie den Stein hinzu und achten Sie darauf, dass keine Blasen am Stein haften bleiben. Messen Sie die resultierende Wassermenge. Subtrahieren Sie das anfängliche, nur Wasser enthaltende Volumen vom endgültigen, Wasser und Gesteinsvolumen, um das Volumen des Gesteins zu ermitteln. Wenn also das anfängliche Wasservolumen 30 Milliliter beträgt und das endgültige Wasser plus Gesteinsvolumen 45 Milliliter beträgt, beträgt das Volumen des Gesteins allein 45-30 = 15 Milliliter oder 15 Kubikzentimeter. Natürlich werden Zahlen in der Natur, wie im Gestein, wahrscheinlich keine geraden Zahlen sein.

Wenn der Stein nicht in einen Messbecher passt, verwenden Sie einen Behälter, der groß genug ist, um den Stein einzutauchen. Stellen Sie den Behälter in ein Tablett. Füllen Sie den Behälter vollständig mit Wasser. Schieben Sie den Stein vorsichtig, ohne Wellen oder Spritzer ins Wasser. Das gesamte aus dem Behälter verschüttete Wasser muss in der darunter liegenden Schale aufgefangen werden. Nehmen Sie den Behälter sehr vorsichtig aus dem Tablett, ohne dass versehentlich noch mehr Wasser in das Tablett gelangt. Messen Sie das absichtlich verschüttete Wasser in der Schale, um das Volumen des Gesteins zu bestimmen. Die Wassermenge, die vom Gestein aus dem Behälter verdrängt und in der Wanne aufgefangen wird, entspricht dem Volumen des Gesteins.

• Einige Sedimentgesteine, wie Sandstein, zerfallen beim Eintauchen in Wasser. Eine akzeptierte Methode, um diesen Probenabbau zu stoppen, verwendet dünne Wachsschichten, um die Probe zu schützen. Tauchen Sie die Probe mehrmals in geschmolzenes Wachs und lassen Sie das Wachs zwischen den Schichten leicht abkühlen. Lassen Sie das Wachs vollständig abkühlen und finden Sie dann die Masse des Gesteins mit der Wachsbeschichtung. Subtrahiere die wachsumhüllte Masse von der reinen Gesteinsmasse, um die Masse des Wachses zu ermitteln. Verwenden Sie die Wasserverdrängungsmethode, um das Gesamtvolumen zu ermitteln. Verwenden Sie die Dichteformel (Dichte von Paraffinwachs reicht von 0,88 bis 0,92), um das Volumen des Wachses zu bestimmen. Ziehen Sie das Wachsvolumen vom gemessenen Gesamtvolumen ab, um das Volumen der Gesteinsprobe zu ermitteln.

Die Berechnung der Dichte aus Masse und Volumen erfordert eine einfache Formel: Dichte ist gleich Masse geteilt durch Volumen. Wenn also die gemessene Gesteinsmasse 984,2 Gramm und das gemessene Volumen 382,9 Milliliter beträgt, ergibt die Verwendung der Formel die Gleichung:

zeigt, dass die Dichte der Probe 2,57 Gramm pro Kubikzentimeter entspricht.