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Die Geologie hinter den Landschaften unseres Planeten.





Wie unser Planet funktioniert


Die Gipfel der Gran Jorasse im Mont Blanc Massif in den französischen Alpen


Die Erde im Wandel der Zeit

Ständiger Wandel ist der Normalzustand auf unserer Erde seitdem sie vor mehr als 4.5 Milliarden Jahren entstand. Das sind 4500 Millionen Jahre. Das ist enorm viel Zeit, in der sich der Planet pausenlos tiefgreifend veränderte und dies fortwährend tut. Globale Eiszeiten wechselten mit Treibhauswelten, Kontinente entstanden und driften seitdem ruhelos umher, kollidieren miteinander und trennen sich wieder. Zwischen ihnen entstehen und vergehen gewaltige Ozeane. Zeit ist im Erdsystem ein ganz zentraler Begriff. Sich die Zeitskalen solch tiefgreifender Veränderungen vorzustellen, entzieht sich unserem Vorstellungsvermögen. Mit unserem Zeitbegriff von Jahren und Jahrzehnten erscheint uns der Planet daher als unveränderlich, weil wir ihn geologisch gesehen als Momentaufnahme wahrnehmen. Die kontinuierliche Bewegung von Kontinenten und Ozeanen können wir zwar messen, aber nicht real erfahren. Eine Veränderung unseres Planeten rückt aber derzeit täglich deutlicher in unser Bewusstsein: der von uns angestoßene Klimawandel. Hier reagiert das Erdsystem auf einer Zeitskala, die in unsere Erfahrungswelt passt.

Weshalb ist der Klimawandel so bedrohlich, wenn ständiger Wandel im natürlichen Erdsystem doch ganz normal ist?

Es ist allein die Geschwindigkeit, mit der wir den Klimawandel angestoßen haben, der ihn so gefährlich macht. Der natürliche Wandel geht nämlich so langsam vor sich, dass er sich erst in Jahrzehntausenden oder gar Jahrmillionen erheblich bemerkbar macht. Das ist genug Zeit für die Ökosysteme des Planeten und ihre Bewohner sich daran anzupassen. Die Menschheit hat den Planeten aber mit Beginn der industriellen Revolution innerhalb von nur 170 Jahren grundlegend verändert. Für das Erdsystem sind 170 Jahre aber weniger als ein Wimpernschlag. Unser Handeln geschieht für den Planeten und seine Bewohner abrupt. Eine Anpassung der Ökosysteme ist bei so schnellen Veränderungen schlicht nicht mehr möglich. Der Vergleich ist zutiefst erschreckend: Für das Ökosystem Erde passierte der kosmische Asteroideneinschlag vor 65 Millionen Jahren ganz ähnlich abrupt wie der von uns angestoßene Klimawandel heutzutage. Wir alle wissen, was in Folge mit den Dinosauriern und ihren Ökosystemen geschah. Sie verschwanden für immer und wurden infolge durch vollkommen neue Ökosysteme ersetzt. Wir befinden uns derzeit bereits inmitten einer solchen grundlegenden Veränderung. Weshalb bleibt unser dringend benötigtes Handeln aber dennoch weitgehend aus? Weil wir unseren Heimatplaneten nicht verstehen!

Die Gipfel des Mont Blanc Massif unter der Milchstraße

Wie funktioniert unser Planet?

Das komplexe Erdsystem zu verstehen ist definitiv eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Wie sich die Erde durch die Äonen der Zeit verändert hat, mal langsam und stetig, mal ruckartig und katastrophal, und wie sie sich weiterhin verändern wird, ist eines der spannendsten Abenteuer überhaupt. Der Planet besteht aus ganz unterschiedlichen Systemen, mit denen wir alle vertraut sind: Die Atmosphäre und die Hydrosphäre mit ihren Ozeanen, die Polkappen und das Gletschereis der Kryosphäre, der feste Boden unter unseren Füßen, die Lithosphäre, sowie alle Lebewesen und deren Ökosysteme, die Biosphäre, steuern zusammen das komplexe Erd- und Klimasystem unseres Planeten. Aber damit nicht genug. Der Planet auf dem wir leben ist in seinem Inneren seit seiner Entstehung glutheiß. Diese Wärme und ihr Bestreben nach Ausgleich treiben vertikale und horizontale Bewegungen im Erdinneren und damit auf seiner Oberfläche an. Zudem bezieht die Erde ihre Energie von der Sonne und kosmisches Material fällt permanent in Form von Staub und kleinen Meteoren auf die Erde, die in der Atmosphäre verglühen. Selten sind zudem große kosmische Körper in Form von Asteroiden und Kometen auf Kollisionskurs mit der Erde. Für jede dieser Vielzahl an Systemkomponenten gibt es einen eigenen Wissenschaftsbereich mit Spezialisten, die an vorderster Front diese Prozesse erforschen. Dabei wird die große Herausforderung, vor der wir stehen, offensichtlich: Sämtliche dieser Systemkomponenten unseres Planeten wechselwirken miteinander und untereinander. Als wäre dies noch nicht Herausforderung genug, tun sie dies auf vollkommen unterschiedlichen Zeitskalen und Raumskalen. Dadurch müssen all diese Wissenschaftsdisziplinen eng vernetzt zusammenarbeiten, um das Erdsystem als Ganzes zu verstehen.

Einige dieser Zeit- und Raumskalen sind uns vertraut, andere dagegen liegen jenseits unserer Erfahrung. Die Atmosphäre mit ihrem Wasserkreislauf hat ein kurzes Gedächtnis von Tagen bis Wochen. In Zeitraffer würden wir das Wettergeschehen hektisch über den Planeten zappeln sehen. Die Kryosphäre entzieht dem atmosphärischen Wasserkreislauf das Wasser in Form von Schnee und deponiert es für Jahre bis Jahrtausende als Eis in Gletschern und den polaren Eiskappen. Während der Eiszeiten hat dies Meeresspiegelabsenkungen von mehr als 100 m verursacht, wodurch viele Flachmeere der kontinentalen Schelfsockel zu Festland wurden. Die Ozeane reagieren weitaus gemächlicher auf das kurzlebige Wetter der Atmosphäre. Sie speichern die Energie der Sonne zwischen und geben sie jahreszeitlich versetzt wieder an die Atmosphäre ab, und dämpfen damit die Gegensätze der Jahreszeiten ab. Die Ozeanströmungen zirkulieren auf Zeitskalen von 1000 Jahren in einem geschlossenen System rund um den Planeten, mal in der Tiefsee, mal an der Oberfläche. Dabei wirken die Meeresströmungen wie ein Förderband, das Wärme, Nährstoffe, Salz und Gase rund um den Globus transportiert. Die feste Erdkruste, die Lithosphäre, verändert dagegen ihr Aussehen im Mittel erst merklich im Verlauf von zehntausenden von Jahren. Es braucht sogar Jahrmillionen um Gebirgen beim Wachsen und Zerfallen zuzuschauen oder um zu sehen, wie sich die Position der Kontinente langsam untereinander verändert, wie ein neuer Ozean geboren wird, während ein anderer sich schließt. Das Gestein im Erdinneren ist je nach Tiefe teilweise fest, zähplastisch oder sogar glutflüssig. Auf unvorstellbar langen Zeitskalen kriecht dieses Gestein im Erdmantel auf und ab und steuert damit, was an der Oberfläche unseres Planeten geschieht. Erdbeben, Vulkanausbrüche, Gebirge und die Kontinentalverschiebung haben darin ihre Ursache. Dem überlagert sind seltene, dann aber verheerende, Einschläge von Kometen und Asteroiden aus dem All. Zwischen all diesen Systemkomponenten wechselwirkt die Biosphäre mit ihren Lebewesen erfolgreich und kontinuierlich seit fast vier Milliarden Jahren, und dies wiederum mit teilweise drastischen Auswirkungen auf den Planeten selbst. So ist der Sauerstoff, den wir so selbstverständlich atmen, kein ursprünglicher Bestandteil unserer Atmosphäre, sondern vielmehr eine Erfindung des Lebens selbst. Der erste, von Bakterien vor mehr als 3500 Millionen Jahren freigesetzte, Sauerstoff war sogar ein verheerendes Umweltgift, das eine tiefgreifende Veränderung des Planeten zur Folge hatte. Heute profitieren wir von dieser Katastrophe am Anbeginn der Zeit. All das ist erst der Anfang einer faszinierenden Kette ineinander verzahnter Kreisläufe, die jeweils einen natürlichen Gleichgewichtszustand anstreben. Werden ein oder mehrere dieser Systemkomponenten zu stark angestoßen, kippt das System in einen neuen Gleichgewichtszustand, und dies häufig unwiderruflich. Das hatte in der Erdgeschichte des Öfteren drastische Auswirkungen auf die Lebewelt. Der Einschlag der die Dinosaurier dahinraffte, ist vielleicht das bekannteste Ereignis. Der neue Gleichgewichtszustand der Lebewelt war der Aufstieg der Säugetiere. Was passieren wird, wenn die Menschheit das Klimasystem unwiderruflich über einen solch kritischen Punkt, der in der Klimaforschung Tipping Point genannt wird, schiebt, ist unklar, und ein gefährliches Experiment mit unbekanntem Ausgang. Klar dagegen ist, dass uns die Folgen nicht gefallen werden. Es wird Zeit dieses Experiment mit unserem Planeten zu stoppen. Obwohl es buchstäblich fünf vor zwölf ist, liegt unsere Chance darin umzudenken, die einmalige Schönheit unseres Planeten wiederzuentdecken und ihn wertzuschätzen. Wer Interesse dafür entwickelt, wie unser einmaliger Planet funktioniert wird umzudenken. Darin liegt die größte Chance der Menschheit, gemeinsam einen Weg in eine nachhaltige Zukunft im Umgang mit unserem wundervollen zuhause – der Erde – zu beschreiten.

Die Island Jökulsarlon Lagune mit Eisbergen bei Sonnenuntergang

Die unruhige Erde

Die Erdkruste ist durch vertikale und horizontale Bewegungen, die von der Hitze im Erdinneren angetrieben werden, in zahlreiche tektonische Platten zerbrochen, die sich ständig untereinander verschieben und über den Globus wandern. Diese Bewegungen bemerken wir als sporadische Erdbeben und Vulkanausbrüche. Die gefürchteten Tsunamis entstehen, wenn bei Erdbeben die gesamte Wassersäule des Ozeans ruckartig bewegt wird. Die Bewegungen der Erdkruste verschieben aber nicht nur uralte Kontinente, sondern öffnen und schließen ganze Ozeanbecken indem tektonische Platten auseinander driften oder aufeinander zu driften. Der Atlantik, Pazifik und der Indische Ozean sind uns bestens vertraut. Vor ein paar hundert Millionen Jahren gab es das vulkanische Ozeanbodenmaterial, aus dem sie bestehen, aber noch nicht. Stattdessen gab es ähnlich große Ozeane mit klingenden Namen wie Tethys, Panthalassa und Iapetus. Die zugehörigen Ozeanböden sind bereits lange wieder im Erdinneren verschwunden. In der Tat werden die Ozeanböden nicht älter als 190 Millionen Jahre und sie sind keineswegs bloß überflutete Kontinente. Die uns so vertrauten Kontinente werden nämlich seit über vier Milliarden Jahren fortwährend gebildet und bestehen aus einem gänzlich anderen Gesteinsmaterial. Der kontinentale Granit hat eine andere chemische Zusammensetzung als der schwerere vulkanische Ozeanboden aus Basalt und weist dadurch eine etwas geringere Dichte auf. Diese Dichteunterschiede sorgen dafür, dass die Kontinente im Mittel 700 m über dem Meeresspiegel liegen und nicht wieder zerstört werden. Dies geschieht nach dem gleichen Prinzip, weshalb Eiswürfel schwimmen und über die Wasseroberfläche hinaus ragen. Wegen dieser geringfügig höheren Dichte liegt der, an den Spreizungszonen der mittelozeanischen Rücken pausenlos produzierte vulkanische Ozeanboden im Mittel 3500 m unter dem Meeresspiegel, und deswegen verschwindet er wie auf einem Förderband wieder im Inneren der Erde und wird dort recycelt. Dies passiert an den sogenannten Subduktionszonen, von denen der Ring of Fire rund um den pazifischen Ozean berühmt und berüchtigt ist für seine Erdbeben, Tsunamis und explosiven Vulkane. Das Abtauchen des Ozeanbodens ist aus Kontinuitätsgründen notwendig, da sich sonst die Oberfläche des Planeten ständig vergrößern würde. Kontinente und Ozeanböden gehen mit ihrer tiefen Gesteinsunterlage starre Verbindungen auf Zeit ein. Getrieben von vertikalen Strömen im Inneren der Erde, werden so ganze Kontinente über den Planeten transportiert. Wenn die schweren Ozeanplatten zwischen ihnen schließlich an den Subduktionszonen verschwunden sind, kommt es zur Kollision. Bei diesen Kontinent-Kontinent Zusammenstößen im Schneckentempo entstehen mächtige Krustenverdickungen. Die abgetauchte ozeanische Platte ist dann an der Oberfläche bereits verschwunden. Sie übt aber weiterhin einen enormen Zug auf die leichtere kontinentale Platte aus. Schließlich werden die Kräfte so groß, dass es in der Tiefe zum Plattenabriss kommt. Die ozeanische Platte versinkt dann beschläunigt in der Tiefe. Der bislang mitgezogene Kontinent erfährt nun, von seiner Zugkraft befreit, einen starken Auftrieb. Ganz so, als wenn ein Ball unter Wasser gedrückt wird und dann plötzlich losgelassen wird. Anhängende Fragmente des abgetauchten Ozeanbodens steigen zusammen mit der leichteren kontinentalen Kruste rasch auf. Durch diesen Aufstieg entstehen mächtige Gebirgsgürtel, wie die Alpen oder der Himalaya, mit Anteilen übereinandergestapelter Kruste beider Kontinente sowie inmitten in das Gebirge eingefaltete Reste der vulkanischen Ozeankruste. So besteht der Gipfel des Matterhorns in der Schweiz aus grauem Granit des afrikanischen Kontinents, wobei die Unterlage des Berges der graue Granit des eurasischen Kontinents ist. Zwischen diesen Graniten befinden sich in über 2000 m Höhe grünliche, exotische Gesteine. Sie sind die stark deformierten Reste des ehemaligen des vulkanischen Ozeanbodens.

Im Laufe von vielen hunderten Millionen Jahren führen solche Kontinent-Kontinent Kollisionen zur Vereinigung aller Kontinente in einen Superkontinent. Entlang der Kollisionsnähte, wo einst die Ozeane lagen, entstehen schier endlos lange und hohe Gebirgszüge. Superkontinente entstehen und zerfallen wieder. Der Plural ist gerechtfertigt. Ruhelos angetrieben von der Hitze tief unter unseren Füßen, ist dies bereits mehr als einmal in der Erdgeschichte passiert. Pangäa, der „All-Erde“ Superkontinent, der sich vor rund 300 Millionen Jahren zusammengeballt hatte und vor 240 Millionen Jahren begann wieder zu zerfallen, war die Bühne für den Aufstieg der Dinosaurier. Die beiden großen Fragmente Pangäas, der Nordkontinent Laurasia und der Südkontinent Gondwana mit dem immer größer werdenden Tethys Ozean zwischen ihnen war Schauplatz großer Dinosauriergeschichten während der Trias, dem Jura und der Kreidezeit. Dabei haben frühere Superkontinente nicht weniger verheißende Namen und Geschichten zu erzählen. Rodinia, Nuna und Kenorland führen uns so tief in die Vergangenheit unseres Planeten zurück, dass es außer Bakterien kein weiteres Leben gab. Diese gewaltigen Zyklen vollziehen sich etwa alle 500 Millionen Jahre und geschehen unter gewaltigen tektonischen Spannungen, die sich in Erdbeben und Vulkanausbrüchen äußern, deren Gewalt unsere Vorstellungskraft sprengt.

Diesen enormen Gesteinskreisläufen ist der Wasserkreislauf überlagert. Er sorgt nicht nur für unser tägliches Wetter und füllt die Ozeanbecken mit Wasser. Die Menge an Wasser, die einer Region in Form von Regen und Schnee, bzw. Eis zur Verfügung steht, entscheidet dabei über die Erosionsrate. So hat das trockene Klima im Hochland von Tibet ein Plateau mit geringem Reliefunterschied erhalten, während der intensive Wasserkreislauf des indischen Monsuns den Himalaya unweit südlich aus der Krustenverdickung der Kontinent-Kontinent Kollision von Indien und Asien geformt hat. Die Gestein verwitternde Wirkung des Wasserkreislaufs trägt so ganze Gebirge ab und verfrachtet die Gesteine als Schutt, Geröll, Sand und Gesteinsmehl über Flüsse in die Ozeane, wo sie sedimentieren und dem Ozeanboden eine schwere Last aufbürden.

Gewaltige Kreisläufe entstehen mit Zyklen von vielen hunderten von Millionen Jahren, getrieben von der Plattentektonik und ihrem Antrieb in der Tiefe des Planeten. Dorthin tauchen die Ozeanplatten ab und bilden regelrechte Plattenfriedhöfe an der Grenze zwischem dem Erdmantel und dem Erdkern in 2900 km Tiefe. Wo diese Plattenreste sich ansammeln ist es kühler als in den Regionen, wo heißes Mantelmaterial zur Oberfläche des Planeten aufsteigt. Das dadurch entstehende Kalt-Warm Muster steuert in 2900 km Tiefe, was und vor allem wo an der Erdoberfläche tektonische Bewegungen entstehen. In den wärmeren Gebieten steigen sogenannte Plumes auf. Sie sind vertikale Umlagerungen zähplastischen Gesteinsmaterials die bestimmen, wohin die Kontinente, deren heutige Lage uns so vertraut ist, in Zukunft driften werden und wo neue Ozeanbecken entstehen und Alte sich schließen.

All diese Prozesse können wir in den verschiedenen Gesteinen, die uns zu Füßen liegen, ablesen. Wer einen Stein vom Boden aufhebt und seine bewegte geologische Geschichte entziffern kann, den erfasst eine tiefe Ehrfurcht. Die im Stein bewahrten Abenteuer, von seiner Entstehung und seiner Reise bis zum heutigen Tage, erzählen den spannendsten Thriller aller Zeiten.

Sandsteinmuster in Kalbarri in Westaustralien

Verstehen Sie Ihren Planeten

Dies ist der Auftakt zu einer neuen Serie von Texten, die sich den Zusammenhängen widmen, wie das System Erde funktioniert. Zusätzliche Kapitel beleuchten die Geologie hinter den Landschaften der Galerien. Diese Texte bilden die Brücke zwischen den detailreichen geologischen Geschichten hinter den einzelnen Fotos und der Entstehung ganzer Regionen im globalen Kontext. Langfristiges Ziel ist es, diese Kapitel zu einem Buch zusammenzufassen, dass die faszinierende geologische Geschichte unseres Planeten lebendig werden lässt.

Inhaltsverzeichnis kommender Artikel

Der Ursprung der Atome und ihrer Vielfalt
Atome verbinden sich und bilden einen Planeten
Am Anbeginn der Erde
Eine Reise ins Innere des Planeten
Das exotische Molekül namens Wasser
Von Basalt und Granit
Uralte Kontinente und junge Ozeanbecken
Superkontinente
Vom Aufstieg und Fall der Gebirge
Die vierdimensionale Platten- und Antiplattentektonik
Gesteinskreisläufe und Plattenfriedhöfe
Wer den Himmel blau malte
Treibhaus – Eishaus
Vom Leben und Gaia



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