Geologie und Genetik: Grundlagen der Erdentwicklung und Vererbung

Aufbau und Entwicklung der Erde

Das Innere der Erde kann nicht direkt untersucht werden. Mithilfe von Bohrungen, die höchstens etwa 13 km tief reichen, sowie durch die Analyse seismischer Wellen, die bei Erdbeben entstehen, lassen sich jedoch Rückschlüsse auf die inneren Schichten ziehen. Dabei werden Unterschiede in Zusammensetzung, Dichte und Diskontinuitäten untersucht, etwa die Grenzen zwischen Erdkruste und Erdmantel sowie zwischen Erdmantel und Erdkern.

Schichten der Erde

Die Erde gliedert sich in folgende Bereiche:

• Erdkern: Der innerste Bereich, der hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht.
• Erdmantel: Ein mächtiger Gesteinsmantel, der sich in die Mesosphäre mit starrem Verhalten und die Asthenosphäre mit plastischem, duktilem Verhalten gliedert.
• Lithosphäre: Die starre äußere Gesteinsschale, die aus Erdkruste und oberstem Erdmantel besteht.
• Erdkruste: Die äußerste Schicht, die kontinentale und ozeanische Kruste umfasst.

Plattentektonik und Kontinentaldrift

Alfred Wegener vertrat 1912 die Theorie der Kontinentaldrift. Er vermutete, dass sich die Kontinente einst in einem Urkontinent (Pangaea) zusammengefunden hatten und sich seither auseinanderbewegen. Die Hypothese wurde jedoch zunächst kaum anerkannt, da keine überzeugende Kraft bekannt war, die die Kontinente bewegen könnte. Heute sind die Ursachen durch die Plattentektonik erklärt.

Belege für die Kontinentaldrift sind:

• Paläontologische Belege: Gleiche Fossilien auf heute weit voneinander entfernten Kontinenten.
• Paläoklimatische Belege: Kohle- und Gesteinsschichten, die Hinweise auf frühere Klimazonen liefern.
• Geologische Belege: Übereinstimmende Gesteinsabfolgen und Gebirgszüge auf verschiedenen Kontinenten.

Plattengrenzen

Die Lithosphäre ist in Platten gegliedert, die sich an ihren Rändern unterschiedlich verhalten:

• Konstruktive Plattengrenzen: Platten entfernen sich voneinander, z. B. am Mittelozeanischen Rücken, wo neue Erdkruste entsteht.
• Destruktive Plattengrenzen: Platten kollidieren, wobei eine Platte unter die andere abtaucht (Subduktion).
• Transform-Plattengrenzen: Platten gleiten horizontal aneinander vorbei, was häufig zu Erdbeben führt, etwa an Verwerfungen wie der San-Andreas-Verwerfung.

Die Bewegungen erzeugen Spannungen: Kompression (Druck) an konvergenten Grenzen, Dehnung (Zug) an divergenten Grenzen und Scherung an Transformgrenzen.

Der Gesteinskreislauf

Gesteine entstehen, verändern sich und werden wieder abgebaut. Man unterscheidet:

• Exogene Prozesse (an der Erdoberfläche): Verwitterung, Erosion und Sedimentation.
• Endogene Prozesse (im Erdinneren): Magmatismus und Metamorphose.

Isostasie

Die Isostasie beschreibt das Gleichgewicht der Lithosphäre auf dem plastischen Erdmantel. Die Reliefformen der Erdoberfläche werden durch Faktoren wie Klima, Lithologie und menschliche Eingriffe modifiziert.

Altersbestimmung von Gesteinen

• Absolute Altersbestimmung: Legt ein festes Datum in Jahren fest, z. B. mithilfe radioaktiver Zerfallsprozesse.
• Relative Altersbestimmung: Ordnet Ereignisse zeitlich zueinander, ohne feste Jahreszahlen anzugeben. Dazu zählen die Fossilienbestimmung und das Prinzip der Superposition, nach dem in ungestörten Schichtenfolgen die unteren Schichten älter sind als die oberen.

Genetik: Grundlagen der Vererbung

Die Genetik ist ein Teilgebiet der Biologie, das untersucht, wie Merkmale von einer Generation auf die nächste übertragen werden. Die Gesamtheit der Erbinformation bildet den Genotyp. Der Genotyp wirkt mit der Umwelt zusammen und bestimmt den Phänotyp, also die sichtbaren Merkmale eines Lebewesens.

Die Mendelschen Regeln

1. Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei reinerbige (homozygote) Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Nachkommen der F1-Generation untereinander gleich.
2. Spaltungsregel: Kreuzt man die Individuen der F1-Generation untereinander, entsteht in der F2-Generation eine Aufspaltung in zwei Phänotypen im Verhältnis 3:1.
3. Unabhängigkeitsregel: Kreuzt man zwei Individuen, die sich in mehr als einem Merkmal unterscheiden, so werden die einzelnen Merkmale unabhängig voneinander vererbt.

Chromosomentheorie der Vererbung

1. Gene befinden sich auf den Chromosomen.
2. Jedes Gen besetzt einen bestimmten Ort (Genort) auf einem Chromosom.
3. Die beiden Allele eines Merkmals liegen auf zwei homologen Chromosomen.