Geologie - geographie.

Geologie - geographie. 1 EINLEITUNG Geologie (griechisch g?: Erde, -logia: Wissen von), die Wissenschaft von der festen Erde. Gegenstand der Geologie sind insbesondere die Gesteine der Erde (und auch anderer Planeten) sowohl an der Erdoberfläche wie im Erdinneren. Die Geologie untersucht die gegenwärtigen Strukturen der Erde, die Prozesse, die diese Strukturen hervorgebracht haben, und die Geschichte der Erde. Geologisches Denken bewegt sich also immer in den Dimensionen von Raum und Zeit. Die Geologie stützt sich auch auf die Erkenntnisse und Methoden der anderen Naturwissenschaften, auf Mathematik, Physik, Chemie und Biologie. Innerhalb der Geowissenschaften nimmt die Geologie eine zentrale Stellung ein. Alle Geowissenschaften sind aber untereinander eng verbunden. Da sich viele Gebiete thematisch und methodisch überschneiden, ist eine gewisse Interdisziplinarität charakteristisch für geowissenschaftliche Forschungen. Eine Gliederung in ,,Fächer" ist daher eher akademisch als inhaltlich motiviert. 2 ALLGEMEINE GEOLOGIE Die ,,Allgemeine Geologie" untersucht den stofflichen Aufbau und die Struktur der Erde, die geologischen Kräfte, Prozesse und Phänomene sowie die dahinterstehenden Gesetzmäßigkeiten. Sie unterscheidet dabei zwischen exogenen und endogenen Kräften. Exogene Kräfte wirken von außen, dazu gehören Luft (Wind), Wasser, Eis, Sonneneinstrahlung, Schwerkraft und in geringerem Umfang auch die Tätigkeiten der Lebewesen; exogene Vorgänge sind u. a. Erosion, Verwitterung und Sedimentation. Dagegen wirken endogene Kräfte aus dem Erdinneren. Sie gehen hauptsächlich auf thermische Energie zurück, denn die Erde wird durch radioaktiven Zerfall aufgeheizt, und sie enthält auch noch Restwärme ihres ehemals glutflüssigen Urzustands. Wärme- und Stoffunterschiede bewirken Dichteunterschiede - diese versuchen sich durch Bewegung auszugleichen. Im Erdkern und im Erdmantel haben sich daher großräumige Konvektionsströme eingestellt, deren genaues Ausmaß noch nicht bekannt ist. Jedenfalls wird die feste Lithosphäre, die aus der Erdkruste und dem obersten Teil des Erdmantels besteht, von der darunter liegenden, plastischen und langsam fließenden Asthenosphäre in Bewegung gehalten. Die dadurch hervorgerufenen Kräfte sind für Plattenbewegungen, für Brüche und Verfaltungen, für Vulkanismus und Plutonismus, für Erdbeben sowie für Hebungen und Senkungen der Erdkruste verantwortlich. Durch diese Prozesse wird die Erdkruste ständig umgestaltet. Die Tektonik untersucht speziell die Strukturen, Deformationen und Störungen der Erdkruste, z. B. Falten, Verwerfungen und die Lagerung von Gesteinen. Mit den Platten und ihren Bewegungen befasst sich die Plattentektonik. 3 HISTORISCHE GEOLOGIE Die ,,Historische Geologie" leitet aus den Gesteinen, Fossilien und Strukturen den Ablauf der erdgeschichtlichen Prozesse und Ereignisse ab, sie widmet sich also vorrangig der zeitlichen Dimension geologischer Fragestellungen. Die Erdgeschichte erstreckt sich über etwa 4,5 Milliarden Jahre. Die meisten geologischen Prozesse laufen unvorstellbar langsam ab, sie bringen erst in Jahrmillionen Phänomene wie Gebirge, Ozeane, Sedimentschichten oder Lagerstätten hervor. Die ,,Historische Geologie" ist eng verbunden mit der Paläontologie, der Lehre von der Geschichte des Lebens und den fossilen Resten der (meist ausgestorbenen) Tiere und Pflanzen (siehe geologische Zeitrechnung). 4 GEOPHYSIK Die Geophysik untersucht die (vor allem großräumigen) Strukturen der Erde mit Hilfe physikalischer Methoden. Sie allein kann beispielsweise Aufschluss geben über den tieferen Aufbau der Erde, über Erdmantel und -kern, die direkter geologischer Beobachtung nicht zugänglich sind. Die Geophysik beobachtet vor allem Erdbeben (Seismologie, Seismik), das Magnetfeld der Erde, und zwar sowohl das gegenwärtige wie das in den Gesteinen fixierte, historische Magnetfeld (Paläomagnetismus), und die natürliche Radioaktivität. Zur Geophysik gehören auch die Altersbestimmung von Mineralien und Gesteinen durch Messung des radioaktiven Zerfalls bestimmter Isotope sowie ferner die Physik der Ozeane und der Atmosphäre. Die Geothermik untersucht die ungleiche Wärmeverteilung in der Erdkruste. Die Temperatur nimmt in der oberen Erdkruste im weltweiten Durchschnitt um 1 ºC pro 33 Meter zu, das ist die so genannte geothermische Tiefenstufe. Von diesem Durchschnittswert gibt es größere regionale Abweichungen. In Gebieten mit erhöhtem Wärmefluss kann die geothermische Energie für die Stromerzeugung oder zu Heizzwecken gewonnen werden. Dies ist insbesondere in Vulkangebieten möglich. In Italien liefert z. B. seit 1909 ein geothermisches Kraftwerk Strom, in Island werden die Häuser mit Wasser aus heißen Quellen geheizt. 5 GEOCHEMIE Die Geochemie untersucht die chemische Zusammensetzung der Erde. Die Dimensionen reichen dabei von der einzelnen Gesteinsprobe bis zur Verteilung der Stoffe in der Gesamterde und im Kosmos. Die räumliche und zeitliche Verteilung der Elemente in der Erdkruste gibt wertvolle Hinweise zur Allgemeinen und Historischen Geologie. 6 MINERALOGIE UND BODENKUNDE Die Mineralogie ist die Wissenschaft von den Mineralien und Gesteinen. Zu ihr gehören speziellere Gebiete wie Kristallographie, Petrographie, Petrologie, Sedimentologie, Vulkanologie. Die Bodenkunde untersucht den Aufbau und die Entstehung der Böden. In ihr überschneidet sich die Geologie mit Klimatologie, Hydrologie, Biologie sowie mit Forst- und Agrarwissenschaft. 7 ANGEWANDTE GEOLOGIE Wenn die vorgenannten Disziplinen, vor allem Geophysik, Mineralogie und Bodenkunde, auch zahlreiche praktische Anwendungen besitzen, so zählen doch zur ,,Angewandten Geologie" nur solche Disziplinen, die überhaupt erst aus den Bedürfnissen ihrer praktischen Anwendung entstanden sind. Die Lagerstättenkunde hat die Aufgabe, nutzbare Rohstoffe zu finden, zu untersuchen und ihren Abbau zu leiten. Das sind Erze und Rohstoffe zur Energiegewinnung, für die chemische Industrie und für Baustoffe, ferner Edelsteine. Spezielle Disziplinen sind Erdöl- und Montangeologie (siehe Bergbau). Die Hydrologie befasst sich mit den Süßwasservorkommen der Erde, das sind vor allem Grundwasser, aber auch Fließgewässer. Die Ingenieurgeologie hat die Aufgabe, die geologischen Voraussetzungen für Bauvorhaben zu klären. Sie untersucht den Baugrund für Häuser, Straßen, Tunnel, Staudämme etc. Durch Industrialisierung und Bevölkerungswachstum ist der Mensch ein geologischer Faktor geworden. Diese Auswirkungen untersucht die Anthropogeologie. Aufgabe der Umweltgeologie ist z. B. die Untersuchung möglicher Standorte von (Sonder-)Mülldeponien (siehe Abfallwirtschaft), der Endlagerung radioaktiver Abfälle (siehe Kernenergie), des Verbleibs schädlicher Stoffe in Gesteinen, im Boden (z. B. Bodenversauerung) und in Gewässern, besonders im Grundwasser. 8 HILFSWISSENSCHAFTEN Im Hinblick auf ihre räumliche Dimension ist die Geologie auf die Ergebnisse der Kartographie und Geodäsie angewiesen. Topographische Karten sind die Grundlage für geologische Karten. Auch Luftbilder und Satellitenbilder sind wichtige Hilfsmittel. Durch die Raumfahrt und die Weltraumforschung kam die Mond- und Planeten-,,Geo"logie hinzu. 9 REGIONALE GEOLOGIE Die Geologie ging schon immer von der Untersuchung einzelner Regionen aus. Die ,,Regionale Geologie" untersucht geologische Baueinheiten (z. B. den kristallinen Sockel des Schwarzwaldes), bestimmte Landschaften (den Schwarzwald aus Grund- und Deckgebirge) oder politische Einheiten wie Staaten oder Länder. Die geologische Landesaufnahme ist in Deutschland Aufgabe der geologischen Landesämter, die auch die amtlichen geologischen Karten herausgeben. Auf Bundesebene ist die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover zuständig. In Österreich ist die Geologische Bundesanstalt zuständig, in der Schweiz die Schweizerische Geologische Kommission. Die Geologie ist traditionell besonders eng mit der Physischen Geographie verbunden. Viele Fragen erfordern gemeinsame Anstrengungen. Gemeinsame Disziplinen sind vor allem Geomorphologie, Hydrologie, Glaziologie, Klimatologie und Paläoklimatologie sowie Ozeanographie. 10 GESCHICHTE DER GEOLOGIE Auch in vorwissenschaftlichen Zeiten hat sich der Mensch für die Gegenstände der späteren Geologie interessiert. Doch vermutlich beschränkte sich dieses Interesse des vor- und frühgeschichtlichen Menschen auf brauchbare Rohstoffe (Feuerstein, Salz) und ein Staunen über ungewöhnliche Naturerscheinungen. Rohstoffe wurden wohl ausschließlich durch Zufall gefunden, beim Bergbau verließ man sich auf Ausprobieren und eine gewisse Erfahrung. Naturbeobachtungen wurden in das allgemeine, mythologisch orientierte Weltbild integriert, Naturerscheinungen bis in die griechische und römische Antike mit Göttern und Göttinnen identifiziert (Pluton, Poseidon und Neptun, Hephästos und Vulkan). Aus der griechischen Naturphilosophie sind erste Spekulationen überliefert, die sich um rationale Erklärungen bemühen. So erkannte Xenophanes, dass sich fossile Muscheln von Lebewesen herleiten. Strabon erklärte ebenfalls, dass im Gebirge vorkommende fossile Muscheln lebenden Meeresmuscheln gleichen, und schloss daraus, dass sich die Gesteine im Meer gebildet und das Festland sich später gehoben hatte. Die Erkenntnisse der antiken Naturphilosophie konnten sich im Mittelalter, soweit sie nicht überhaupt vergessen waren, kaum gegen den biblischen Glauben behaupten. Eine vorübergehende Blüte erlebte das an Aristoteles orientierte Denken in Mittelasien, wo ein Gelehrter wie Avicenna sich um eine Erklärung der Entstehung von Gebirgen bemühte. 10.1 16. und 17. Jahrhundert Die Geschichte der naturwissenschaftlichen Geologie begann mit der Renaissance. Leonardo da Vinci wies ebenso wie der Humanist Fracastro (1517) erneut auf den organischen Ursprung von Fossilien hin. In Deutschland beschrieb 1556 der Humanist Georg Bauer in seinem Werk De re metallica die Minerale und in weiteren Werken Bergbau und Hüttenwesen. Nicolaus Stensen (1638-1687), genannt Steno, erkannte, dass Schichtgesteine im Wasser abgelagert werden, und formulierte das stratigraphische Grundgesetz: Hangende (ein aus der Bergmannssprache übernommener geologischer Fachbegriff für: höher liegende) Schichten sind jünger als liegende (tiefere) Schichten. Er erkannte, dass Schichten ursprünglich horizontal abgelagert werden und später durch erdinnere Kräfte gefaltet und zerbrochen werden können. Steno zeichnete 1669 auch das erste geologische Profil. Die Forscher dieser Zeit dachten noch im Rahmen der biblischen Schöpfungsgeschichte. Als so genannte Diluvianisten, zu ihnen gehörte auch der Schweizer Naturforscher Johann Jakob Scheuchzer, deuteten sie Fossilien als Überreste der Sintflut. 10.2 18. und 19. Jahrhundert In der Mitte des 18. Jahrhunderts begann mit der Abwendung von einer rein beschreibenden zu einer zunehmend erklärenden Betrachtungsweise die moderne Geologie. Das Beobachten und Sammeln erhielt einen größeren Wert. Es erschienen erste systematische Sammelwerke mit detaillierten Beschreibungen von Fossilien und 1743 die erste geologische Karte. Es waren vor allem Frankreich, Italien, die Schweiz, Deutschland und auch England, wo die geologische Forschung vertieft wurde. Georg Christian Füchsel (1722-1773) löste, dem Geist der Aufklärung verpflichtet, die Erdgeschichte endgültig von der Schöpfungsgeschichte der Bibel. Füchsel beschrieb die Geologie Thüringens und zeichnete die erste geologische Karte des Landes. Er führte den Begriff ,,Geognosie" ein, der lange Zeit neben dem von Jean André Deluc (1727-1817) geprägten Begriff ,,Geologie" gebraucht wurde. Auf Füchsel geht auch eine grundsätzliche Betrachtungsweise zurück, die sich später unter dem Begriff ,,Aktualismus" gegen die ,,Katastrophentheorie" durchsetzte. Der Aktualismus (oder Unitarismus) geht von heute (,,aktuellen") beobachtbaren, meist sehr langsam verlaufenden Prozessen und von heutigen Phänomenen aus, um vergleichbare der Erdgeschichte zu erklären, während die Katastrophentheorie die Erdgeschichte aus einer Folge von weltweiten, plötzlichen und einschneidenden ,,Katastrophen" ableitete. Da sich diese Katastrophen mit ,,Sintfluten" identifizieren ließen, erlebte der Schöpfungsglauben in dieser Theorie ein kurzes Nachleben. Die wissenschaftlichen Grundlagen des Aktualismus erarbeiteten aber erst Karl Ernst Adolf von Hoff (1771-1837) und etwas später Charles Lyell (1797-1875). Hauptvertreter der Katastrophentheorie war der französische Forscher Georges Cuvier (1769-1832), einer der Begründer der wissenschaftlichen Paläontologie. Im 18. Jahrhundert entbrannte eine andere Kontroverse zwischen zwei Theorien: die zwischen Neptunisten und Plutonisten. Gottlob Werner (1749-1817) war einer der Hauptvertreter des Neptunismus, der die Entstehung aller Gesteine (auch der vulkanischen) aus dem Wasser erklärte. Dagegen setzten die Plutonisten, angeführt von James Hutton, die Erklärung aus vulkanischen Ursprüngen. Diese Theorie wurde von Beobachtungen eines jüngeren und aktiven Vulkanismus gestützt. Leopold von Buch (17741853) steuerte seine Studien des aktiven Vesuv bei, Alexander von Humboldt (1769-1859) beobachtete in Südamerika aktiven Vulkanismus und Erdbeben. Die Mitte des 19. Jahrhunderts brachte wieder eine Wende des geologischen Denkens: von einer mechanistisch zu einer historisch orientierten Wissenschaft. William Smith (1769-1839) erkannte als Erster Leitfossilien. Das sind Fossilien, die drei Bedingungen erfüllen müssen: Ihr Vorkommen war von möglichst kurzer Dauer, aber sie müssen möglichst häufig und weit (möglichst weltweit) verbreitet sein. So ermöglichen sie die präzise Markierung eines relativ kurzen Zeitabschnitts der Erdgeschichte und eine weltweite Parallelisierung der Schichtfolgen. Bernhard von Cotta (1808-1879) formulierte noch vor Darwin das von einem Fortschrittsgedanken getragene Entwicklungsgesetz der Erdgeschichte: Anorganische und organische Natur entwickeln sich notwendig vom Einfachen zum Komplizierten und Mannigfaltigen, vom Niederen zum Höheren. Von außerordentlicher Bedeutung war die Evolutionstheorie von Charles Darwin (1809-1882), der das Prinzip des Aktualismus auf die organische Natur übertrug. 1859 erschien sein epochales Werk Über den Ursprung der Arten. Eduard Sueß (1831-1914) erklärte Erdbeben mit tektonischen Vorgängen und stellte eine erste umfassende Theorie der Gebirgsbildungen auf ( Die Entstehung der Alpen, 1875; Das Antlitz der Erde, 1883-1909). Grundlage war die Kontraktionstheorie, der zufolge sich die Erde ständig abkühlt und dadurch schrumpft (,,kontrahiert"). Durch die Verkleinerung faltet sich die Erdoberfläche: Es entstehen Faltengebirge. Diese Vorstellung blieb für Jahrzehnte bestimmend. James Dana (1813-1895) leitete aus der Kontraktionstheorie das Konzept der Geosynklinalen ab. Die großen und weit reichenden Debatten des 19. Jahrhunderts hatten fast ausschließlich endogene Prozesse zum Gegenstand. Daneben entwickelte sich allmählich auch ein Interesse für die exogene Dynamik. Zum Beispiel erkannte der Forschungsreisende Ferdinand Freiherr von Richthofen (1833-1905) die Entstehung des Löß durch Wind und gesetzmäßige Zusammenhänge zwischen Klima und Boden. Richthofen erkannte (in den Dolomiten) auch erstmals, dass sich bestimmte carbonatische Gesteine aus ehemaligen Riffen gebildet haben - eine nicht nur für die Alpengeologie wichtige Entdeckung. 10.3 20. Jahrhundert Im 20. Jahrhundert fächerten sich die geologischen Methoden und Arbeitsgebiete zunehmend auf. Die Entdeckung der Radioaktivität erlaubte grundsätzlich neue Methoden der Altersbestimmung von Mineralien und Gesteinen; dadurch wurde erstmals eine sichere absolute Altersdatierung auch für älteste Gesteine möglich und das Alter der Erde bestimmbar. Die Entstehung der großen Gebirge hatte noch immer keine zufrieden stellende Erklärung gefunden. Insbesondere die Geologie der Alpen blieb Gegenstand heftiger Kontroversen. Die geologische Forschung suchte weiterhin nach einer verbindenden Theorie. Alfred Wegener (1880-1930) gab mit seiner Kontinentalverschiebungstheorie die Richtung vor. Heftig umstritten, mündete diese Vorstellung Jahrzehnte später in die Theorie der Plattentektonik ein. Diese Theorie ist heute gut abgesichert. Die Belege stammen vorwiegend von den Ozeanböden, also jenen Krustenteilen, die sich der geologischen Erkundung am längsten entzogen. Erst nachdem sich der geologische Forschungsschwerpunkt noch einmal verlagert hatte - von der kontinentalen zur ozeanischen Kruste -, ist unser Bild von der Geologie der Erde komplett. Verfasst von: Wolfgang Blümel Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.