Darstellung wissenschaftlicher Tabellen und Diagramme

In den Geowissenschaften hat man es oft mit einer großen Menge an Daten und Analysen zu tun, die im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit dargestellt werden müssen. In diesem Artikel erfährst Du, wie Du wissenschaftliche Daten darstellen kannst und wie diese Darstellungen gestaltet werden sollten, welche Arten wissenschaftlicher Darstellungen es gibt und wozu diese jeweils geeignet sind. Vorerst sollte jedoch geklärt werden, warum die graphische Darstellung von Daten in den Geowissenschaften so wichtig sind:

Komplexe Informationen können durch Graphiken vereinfach dargestellt werden.

Ein schnelleres Verständnis des Sachverhalts kann durch eine Graphik ermöglicht werden.

Du selbst behältst durch anschauliche Graphiken den Überblick über große Datenmengen und kannst Trends und Systematiken schneller und leichter erfassen.

Sprachbarrieren können durch Graphiken überwunden werden, da nur wenige Wörter verwendet werden und somit gute Kenntnisse einer Sprache nicht von Nöten sind.

Geht es darum sich Dinge einzuprägen oder zu lernen, ist dies durch eine bildliche Darstellung deutlich erleichtert, da viele Menschen vom visuellen Lerntyp sind.

Formale Kriterien für Diagramme

Die Übersichtlichkeit eines Diagramms ist ausschlaggebend für dessen Verständnis und Aussagekraft. Folgend findest du einige Aspekte, die Du beim Erstellen von Diagrammen stets beachten solltest.

Verwendung intuitiv und gut unterscheidbarer Symbole wie auch Farben (falls nötig).

Lesbare Schriftgröße und -art (Anmerkung: oft sieht das Endprodukt in gedruckter Form anders aus als zunächst in digitaler Form. Ein Probedruck erweist sich deshalb ob als sehr hilfreich. Bei der Präsentation auf einem Beamer solltest Du ebenfalls vorher prüfen, ob die Darstellungen wie gewünscht aussehen).

Achsenbeschriftung mit Angabe der Einheiten.

Angabe von Fehlerbalken (wie diese aussehen kannst Du in diesem Artikel sehen), alternativ kann das Symbol so vergrößert werden, dass es einen größeren Bereich abdeckt und somit ebenfalls als Fehlerindikator gelten kann (dies solltest Du jedoch in der Bildunterschrift erklären).

Es gibt viele Programme zum Plotten deiner Daten. Einige haben wir Dir am Ende des Artikels zusammengestellt.

Achtung:
In den seltensten Fällen kannst du ein Diagramm oder eine Graphik 1:1 aus dem Programm in deine Arbeit übernehmen. In der Regel ist es notwendig die Darstellung entweder im verwendeten Programm selbst oder mit Hilfe eines Graphik-Programms aufzubereiten, d.h. die Größe der Achsenbeschriftung anzupassen oder weitere Beschriftungen in die Graphik einzufügen.

In den Geowissenschaften wirst du es oft mit Darstellungen von geochemischen Daten zu tun haben, aber auch mit der Darstellung von Mineralchemismen oder mit Analysen von wässrigen Lösungen. Sei Dir bei der Nutzung solcher Diagramme stets bewusst, dass ihr Anwendungsbereich oft auf ein bestimmtes Themengebiet begrenzt ist und nicht universell einsetzbar ist. Auch solltest Du Dich informieren in welcher Form die Daten bearbeitet werden müssen (z.B. Umrechnung in Formeleinheiten), bevor Du sie plotten darfst. Dazu später in konkreten Beispielen mehr.

Einbindung von Diagrammen im Fließtext

Bei der Einbindung von Diagrammen im Text ist darauf zu achten, dass hier nur solche verwendet werden, die die im Text getätigten Aussagen unterstützen. Ebenfalls ist es wichtig das Diagramm erst nach Ende des Absatzes einzufügen, in dem sie erwähnt wurde, sodass der Leser diese eindeutig zuordnen kann und einen Bezug hat.

Auf jede Abbildung, die im Fließtext verwendet wird, muss auch im Fließtext verwiesen werden. Dabei ist es wichtig, dass Du im Fließtext genau beschreibst, was auf der Abbildung zu sehen ist.

Beispiel:
„MgO und FeO zeigen eine positive Korrelation und variieren zwischen Gehalten von 3,2 – 5,3 Gew.-% MgO und 7,2-10,5 Gew.-% FeO (Abb. 1).“

Jede Abbildung braucht zudem noch eine Bildunterschrift. Abbildung und Bildunterschrift sollten für sich verständlich sein und alle relevanten Informationen enthalten. Hierbei musst du mehrere Aspekte beachten:

Die Nummerierung der Abbildung ist stets unter die Abbildung einzufügen. Als Abbildung zählen dabei jegliche Visualisierungen, d.h. Graphiken, Bilder, Diagramme etc.

Erläuterungen, die für das Verständnis der Abbildung relevant sind, sind ebenfalls unter die Abbildung zu schreiben.

Beschriftungen wie Legenden sind direkt in der Graphik zu veranschaulichen.

Formale Kriterien für Tabellen

Grundsätzlich solltest du in einer wissenschaftlichen Arbeit auf eine einfache, übersichtliche und schlichte Darstellungsform achten. Entsprechend sollte, falls nicht unbedingt notwendig zum Verständnis der Illustration auf Farben (außerdem im schwarz-weiß Druck oft kaum voneinander unterscheidbar) und aufwendige Verzierungen verzichtet werden.

In der Wissenschaft ist daher die Darstellungsform im sogenannten „APA-Stil“ (American Psychological Association) weit verbreitet. Bei Tabellen werden horizontale Trennlinien nur zur groben Trennung verwendet. Auf vertikale Trennlinien wird so weit möglich verzichtet. Stattdessen machen Abstände die Tabelle übersichtlich.

Achte darauf, dass es je nach Datensatz auch weitere formale Kriterien für die Tabellen gibt:

Gesamtgesteinschemismus: Hier werden zunächst vertikal die Gewichtsprozent (Gew.-%) der Oxide angegeben (Haupt- und Nebenelemente); anschließend die Spurenelemente in Parts per Million (ppm).

Mineralchemismus: Hier werden zunächst die Gewichtsprozent (Gew.-%) der Oxide aller gemessenen Elemente angegeben (Ausnahme bilden Minerale, die keinen Sauerstoff enthalten, wie z.B. Sulfide, hier werden die Gewichtsprozent der Elemente angegeben). Anschließend folgt die verrechnete Analyse pro Formeleinheit.

Achtung:
In der Umweltgeologie werden andere Einheiten verwendet: Gehalte im Feststoff werden in mg/kg oder µg/kg angegeben, Gehalte im Eluat oder in wässrigen Lösungen in µg/l oder mg/l.

Tabellen solltest Du im Text nur sparsam verwenden, da zu viele Tabellen den Lesefluss stören. Bei der Einbindung von Tabellen im Text ist darauf zu achten, dass hier nur repräsentative Analysen platziert werden, d.h. nur solche, die die im Text getätigten Aussagen unterstützen.

Alle weiteren Tabellen und Daten kommen in den Anhang, der ebenso nummeriert werden sollte. Die Tabellen im Fließtext solltest du immer erst nach Ende des Absatzes einfügen, in dem sie erwähnt wurde, sodass der Leser diese eindeutig zuordnen kann und einen Bezug hat. Ebenso wie bei den Abbildungen müssen diese Tabellen in den Text mit eingebunden werden und darauf verwiesen werden.

Beispiel:
„Vier Feldspat-Kristalle wiesen ungewöhnlich hohe Barium-Konzentrationen bis max. xx Gew.-% (xx FE) auf (Tab. 1).“

Tabellen benötigen zudem ebenso eine Tabellenüberschrift. Im Gegensatz zu den Abbildungen wird die Nummerierung oberhalb der Tabelle eingefügt. Anmerkungen und Erläuterungen zur Tabelle befinden sich weiterhin unterhalb dieser.

Beispiele für Daten/Analysen in den Geowissenschaften

Binäre Diagramme

Diese Art von Diagrammen sind weit verbreitet und finden fast überall ihre Anwendung. Wie der Name bereits sagt, handelt es sich um Diagramme bestehend aus zwei Achsen (nach dem X-Y-Schema). Die Besetzung der Achsen ist dabei sehr variabel. Beispiele hierfür sind P-T-Diagramme (Druck-Temperatur) oder T-X-Diagramme (Temperatur-Konzentration). Es kann aber auch die Konzentration gegen die Zeit (z.B. bei Versuchsreihen) oder zwei Elemente gegeneinander aufgetragen werden. Ein Spezialfall hiervon ist das sogenannte „Harker-Diagramm“, bei dem z.B. alle Haupt- und Nebenelementkonzentrationen gegen SiO₂ oder die Magnesiumnummer (mg#) aufgetragen werden, z.B. um Differenziationstrends in Magmen zu identifizieren.

Bei Mineralchemismen werden in der Regel Elemente gegeneinander aufgetragen, die auf einer Position im Kristallgitter subsituiert werden können, z.B. Fe gegen Mg.

Ternäre Diagramme

Ternäre Diagramme können in den Geowissenschaften vielfältig verwendet werden. Darunter auch basierend auf dem Modalbestand eines Gesteins zur Klassifikation von meist (ultra-) mafischen Plutoniten, oder auch anhand der Mineralchemismen für Pyroxene oder Feldspäte.

Beachte:
Wenn du deine Mineralchemismen in einem dieser Diagramme plotten möchtest musst du vorab aus den Analysen erst noch die Umrechnung auf die Mineralformel (Formeleinheiten FE) durchführen, bevor du die Daten plotten kannst.

Klassifikationsdiagramme

Diese Art von Diagrammen ist keine Klasse für sich, da hier sowohl binäre als auch ternäre Diagramme ihre Verwendung finden. Beispiele hierfür sind die Diagramme zur Klassifikation der Vulkanite, z.B. im TAS-Diagramm anhand der Gesamtgesteinszusammensetzung oder der Plutonite im Streckeisendiagramm anhand des Modalbestands. Aber auch Minerale werden können anhand von Klassifikationsdiagrammen, wie z.B. das oben gezeigte Feldspat-Diagramm klassifiziert werden.

Beachte:

Für Klassifikationsdiagramme gelten meist ganz bestimmte Kriterien die erfüllt sein müssen um sie anwenden zu können. Auch müssen die Daten oft nicht direkt geplottet werden sondern müssen davor noch entsprechend der Vorgaben bearbeitet oder umgerechnet werden. Sei Dir also bei der Nutzung dieser Diagramme der genauen Bedingungen bewusst (Primärliteratur) unter welchen man das Diagramm plottet.

Programme zum Plotten

Das freihändige Zeichnen von Diagrammen in den Geowissenschaften ist sehr zeitaufwendig und oft ungenau. Du solltest deshalb auf Programme zurückgreifen, welche das Zeichnen oder Plotten erleichtern. Einige geeignete Programme sind folgend aufgelistet.

Excel (sehr bedingt, aber vergleichsweise einfach)

Matlab (basierend auf einem Skript, das Programmieren mit Matlab kann und sollte jedoch in Kursen erlernt werden)

GCDKit (open source, basierend auf R): nützlich zum Plotten in der Geochemie

PET (open source, basierend auf Mathematica): eignet sich sehr für metamorphe Gesteine und Minerale

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Sami Akber, Donjá Aßbichler

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