Geologie

Geologie, von griechisch γη (ge) - Erde und λογος (logos) - Wort, ist die Wissenschaft von der Entstehung, der Geschichte und dem Bau der Erde und den Prozessen die sie formten und auch heute noch formen. Den Begriff Geologia findet man bereits 1473 bei Richard de Bury, er benützt ihn jedoch zur Abgrenzung gegenüber der Theologie. Die Bezeichnung Geologie im heutigen Sinn wird zuerst von Jean-André de Luc (1727-1817) im Jahr 1778 verwendet und von Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799) im Jahr 1779 als feststehender Begriff eingeführt. Davor war der Begriff Geognosie gebräuchlich.

Das Material mit dem sich Geologen hauptsächlich beschäftigen sind Gesteine. Geologen versuchen durch Untersuchungen der an der Erdoberfläche aufgeschlossenen (offen zugänglichen) Gesteine die Geschichte der Erde und des Lebens zu entschlüsseln.

Jedes Gestein kann einer der großen drei Gesteinsfamilien zugeordnet werden: magmatische, sedimentäre und metamorphe Gesteine. Magmatische Gesteine entstehen durch Abkühlung glutflüssiger Magmen aus dem Erdmantel. Sedimentgesteine entstehen aus durch Wind und Wasser (Eis) transportierten und abgelagerten Sedimenten. Dauert die Ablagerung an, erhöht sich der Druck auf die Sedimente. Durch Entwässerung, Kompaktion und Verfestigung werden aus den Lockersedimenten festes Gestein, die bei der Gesteinsbildung tätigen Prozesse werden unter dem Begriff Diagenese zusammengefasst. Metamorphe Gesteine entstehen durch Rekristallisation von Mineralen, während das Gestein in festem Zustand bleibt. Metamorphe Prozesse laufen unter hohen Temperaturen und Drücken ab. Jedes Gestein kann durch geologische Prozesse in ein Gestein der jeweils anderen beiden Familien umgewandelt werden, (siehe dazu: Kreislauf der Gesteine).

Um aus der heutigen Situation Rückschlüsse auf die Vergangenheit ziehen zu können bedienen sich die Geologen des Prinzips des Aktualismus. Dieses lässt sich zu einem Satz zusammenfassen: "Der Schlüssel zur Vergangenheit ist die Gegenwart." Auf die geologische Wirklichkeit angewendet: findet ein Geologe alte Gesteine die fast identisch z. B. mit ausgeflossenen Laven eines heute aktiven Vulkans sind, dann geht er davon aus, dass es sich bei dem gefundenen Gestein ebenfalls um vulkanisches Material handelt. Leider lässt sich der Aktualismus nicht auf alle Gesteine anwenden. Die Bildung von Eisenerzlagerstätten (BIF - "bandered iron formations") lässt sich heute nicht mehr beobachten, da sich die chemischen Bedingungen auf der Erde derart geändert haben, dass die Entstehung solcher Gesteine nicht mehr stattfindet. Andere Gesteine bilden sich eventuell in solchen Tiefen, dass ihre Bildung außerhalb des Zugriffs des Menschen liegt. Um die Entstehung solcher Gesteine zu verstehen greifen die Geologen auf Laborexperimente zurück.

Geschichte der Geologie

Disziplinen innerhalb der Geologie

Die Paläontologie ergründet die Entstehung und die Entwicklung des Lebens. Paläontologen untersuchen Fossilien und deren zeitliche und räumliche Verbreitung in der Erdgeschichte. Teilgebiete sind die Paläobotanik (Erforschung fossiler Pflanzen) und die Mikropaläontologie (Untersuchung mikroskopisch kleiner Tier- und Pflanzenfossilien). Die Paläogeographie versucht die geographischen Bildungsbedingungen von Sedimentgesteinen zu rekonstruieren.
Die Petrologie (nach griechisch πετρα - Fels) untersucht die Entstehung von Gesteinen.
Die historische Geologie beschäftigt sich mit der Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte der Erde. Die Stratigraphie ist ein Teilgebiet der historischen Geologie. Mit relativen und absoluten Methoden der Altersbestimmung versucht sie eine Zeitskala für die Erde aufzubauen. Die Geochronologie ist der Wissenszweig der sich im Speziellen mit der (radiometrischen) Datierung von Gesteinen beschäftigt.
Die Geophysik beschäftigt sich mit dem Magnetismus der Erde, mit der Ursache von Erdbeben und ...
Die Geochemie versucht geologische Fragestellungen mit chemischen Methoden zu lösen, so z. B. Fragen nach geographischer Herkunft von Sedimenten, nach dem Alter von Gesteinen, ...
weitere: Tektonik, Hydrogeologie, Ozeanographie, usw.

Allgemeine Geologie

Die geologische Zeitskala

Geologen unterscheiden sich von anderen Naturwissenschaftlern in ihrer Haltung gegenüber der Zeit. Physiker und Chemiker beobachten Vorgänge die oftmals nur Bruchteile von Sekunden andauern, eine rasch ablaufende chemische Reaktion wie eine Explosion oder radioaktiver Zerfall von Atomkernen. Die Bildung eines Gebirges kann aber mehrere Dutzend Millionen Jahre dauern. Um sich in diesen riesigen Zeiträumen zurechtzufinden wurde die geologische Zeitskala entwickelt. Als Instrument zur Entwicklung einer geologischen Zeittafel oder -skala benutzen Geologen die Stratigraphie. Einer der ersten Geologen, der anfing auseinander liegende Gesteinsschichten aufgrund ähnlicher Merkmale zu korrelieren, d.h. sie auf der geologischen Zeittafel stratigraphisch in die gleiche Zeit zu ordnen, war William Smith (der "strata-smith" - "Schichten-Smith"). Durch Vergleich des Fossilinhalts zweier Gesteine kam er zu dem Schluss, dass es sich tatsächlich um das gleiche Gestein handelte. Die einfachen Grundgesetze nach denen eine Stratigraphie der Gesteine aufgebaut wird lauten:

Das Gesetz der horizontalen Ablagerung: fast alle Sedimente werden horizontal abgelagert, auch Schrägschichtung kommt vor (Sanddünen in der Wüste), der Winkel zur horizontalen, unter dem ein Sediment abgelagert wird ist jedoch stets kleiner als 40°.
Die Lagerungsregel besagt, dass eine Schicht im Hangenden ("drüber") später abgelagert wurde als die Schicht im Liegenden ("drunter").
Gesteine, die von magmatischen Gängen diskordant durchschlagen (das heißt schiefwinklig zur Ablagerungsrichtung) sind jünger als die durchschlagenen Sedimente.

Prozesse an der Erdoberfläche - exogene Dynamik

Stofftransport (durch Schwerkraft, Wasser und Wind)

Massenbewegungen

Zu den Massenbewegungen zählt man alle Vorgänge bei denen sich große Mengen an Gesteins- und Bodenmaterial im Wesentlichen unter Einfluss der Schwerkraft hangabwärts bewegen. Ein wichtiger, oft auslösender Faktor ist der Wassergehalt des Materials. Fast jeder hat früher am Strand Sandburgen gebaut und dabei die Erfahrung gemacht, dass man mit feuchtem Sand stabilere und steilere Wände bauen kann als mit trockenem. Richtig nasser Sand dagegen hat überhaupt keine Stabilität und "zerfließt". Massenbewegungen finden oft nach starken Regenfällen statt. Verschiedene Arten von Massenbewegungen sind:

Bodenkriechen oder -fließen ist eine sehr langsame Bewegung, bei der sich die oberste Bodenschicht mit wenigen Millimetern pro Jahr hangabwärts bewegt. Das so gennante Hakenschlagen von Bäumen ist ein Anzeichen von Bodenkriechen.
Steinschlag ...
Steinlawinen ...
Schlammlawinen können mit riesigen Geschwindigkeiten (70 km/h und mehr) zu Tal fließen.

Erosion (Geologie)

Prozesse im Erdinneren - endogene Dynamik

Entstehung und Aufbau der Erde

Schematischer Aufbau der Erde

Die Erde, unser Planet, entstand vor 4.6 Milliarden Jahren (4.6 Ga). Direkt nach ihrer Entstehung war die Erde eine homogene Kugel, d.h. ihre chemische Zusammensetzung war überall gleich. Durch Einschlag von Meteoriten und Wärme, die durch radioaktiven Zerfall entstand, heizte sie sich auf bis sie vollkommen geschmolzen war. In der Folge kam es zur Differentiation von Erdkern und Erdmantel. Die schwersten Elemente, vor allem Eisen sanken dabei zum Erdmittelpunkt, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium nach oben stiegen. Der innere Erdkern ist fest, der äußere geschmolzen. Die Erdkruste und der oberste Teil des Mantels zusammen bilden die so gennante Lithosphäre. Die Lithosphäre ist zwischen 50 und 100 km dick. Sie besteht aus festem Gesteinsmaterial und ist in etwa ein Dutzend große und mehrere kleine "Platten" zerbrochen.

andere Sichtweisen

Kreationismus - es gibt viele verschiedene Arten von Kreationisten, die "Young Earth Creationists" bespielsweise glauben, dass die Erde in sechs Tagen erschaffen wurde und dass ihr Alter zwischen 6 und 10 tausend Jahren beträgt

weitere Literatur

Papier

AGRICOLA, GEORG: Vom Berg- und Hüttenwesen, Dünndruckausgabe im dtv, ISBN 3-423-06086-7.
MURAWSKI, H. und MEYER, W. (Herausgeber): Geologisches Wörterbuch, Ferdinand Enke Verlag im dtv, ISBN 3-423-03038-0 (dtv).
PRESS, F. and SIEVER, R: Understanding Earth, W.H.Freeman & Co.
STANLEY, S. M.: Historische Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, ISBN 3-86025-009-4. (Originalausgabe: Earth and Life through Time, W. H. Freeman, New York)