Grundlagen der Geowissenschaften: Geomorphologie, Tektonik und Gesteine

Geowissenschaftliche Disziplinen

Geomorphologie: (Geo = Erde, Morph = Form) ist eine Disziplin der physischen Geografie, die die Formen und Oberflächenstrukturen der Erdoberfläche untersucht.

Physiographie: Untersuchung der Ursachen für die Bildung des Reliefs sowie die Verteilung von Land und Meer.

Geologie: Die Lehre von der Struktur, den Komponenten, Mineralien und Gesteinen der Erde.

Bodenkunde (Pedologie): Die Wissenschaft, die sich der Untersuchung und Klassifizierung von Böden, Deckschichten oder Bodenhorizonten (0 bis 3,5 m Tiefe) widmet.

Klimatologie: Die Wissenschaft, die sich dem Studium des Klimas widmet.

Die Innere Struktur der Erde

Der Kern (Core)

Liegt im Zentrum der Erde und besteht hauptsächlich aus Eisen. Er unterteilt sich in zwei Kerne. Seine Form ist annähernd kugelförmig (Durchmesser: 3470 km).

• Der innere Kern hat eine Temperatur von ca. 4000 °C (Schmelzpunkt von Mineralien).
• Der äußere Erdkern ist flüssig, was die Erzeugung elektrischer Ströme ermöglicht.
• Er weist extrem hohe Druck- und Temperaturbedingungen auf.

Der Mantel (Mesosphäre)

Die Temperatur liegt zwischen 2000 °C und 3200 °C. Diese Schicht umgibt den Kern, besteht aus kieselsäurehaltigen Materialien und hat eine Dicke von 2890 km.

• Die innere Schicht (Asthenosphäre) weist langsame, kreisende Bewegungen auf (Konvektionszellen), die durch die hohen Temperaturen des Kerns entstehen.
• Die äußere Schicht, nahe der Kruste, wird als Lithosphäre bezeichnet.

Die Erdkruste

Die felsige Schicht, die den Mantel umgibt. Sie hat eine Dicke von ca. 5 km und besteht aus kristallinem und verfestigtem Gestein.

Das Alter der Erde wird auf ca. 4500 Millionen Jahre geschätzt.

Isostasie und Plattentektonik

Isostasie

Die Isostasie beschreibt das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Teilen der Lithosphäre, das für die Entstehung und Stabilität der Kontinente verantwortlich ist.

Theorie der Kontinentalverschiebung (Alfred Wegener)

Wegener postulierte die Existenz eines Urkontinents namens Pangäa, umgeben vom Urozean Panthalassa. Pangäa teilte sich in Gondwana (Südhalbkugel) und Laurasia (Nordhalbkugel). Die Verschiebung in die heutige Position dauerte Millionen von Jahren.

Theorie der Ozeanbodenspreizung (1960)

An mittelozeanischen Rücken treten Spalten auf, aus denen vulkanisches, magmatisches Material austritt und zur Bildung neuer Gesteine führt. Dadurch bewegen sich die Ozeanböden auseinander.

• Fred Vine und Drummond Matthews entdeckten die Anwesenheit von Eisen in diesen Gesteinen.
• Die Anordnung der magnetischen Pole in den Gesteinen zeigt, dass das Alter der Gesteine zunimmt, je weiter sie sich von den mittelozeanischen Rücken entfernen.

Die Theorie der Plattentektonik

Diese Theorie besagt, dass die Erdkruste in Platten zerbrochen ist, die auf der Asthenosphäre schwimmen. Horizontale oder vertikale Bewegungen, verursacht durch Mantelkonvektion, führen zur Verschiebung dieser Platten.

(Anmerkung: Studien zur Bewegung der südamerikanischen und Nazca-Platten mittels GPS ermöglichen die Beobachtung dieser Plattenbewegungen rund um die Uhr.)

Theorie der Konvektionszellen

Konvektionszellen sind kreisförmige Bewegungen im Erdmantel. Die Wärme stammt aus dem Magma des Kerns, steigt auf, trifft auf die Kruste und treibt so die Plattenverschiebung an.

Plattengrenzen: Divergierende Grenzen (Auseinanderdriften)

Zonen, in denen Platten voneinander wegdriften (z. B. an mittelozeanischen Rücken), wobei Magma aufsteigt.

Plattengrenzen: Konvergierende Grenzen (Subduktion)

Annäherungszonen, in denen eine Platte unter die andere absinkt (Subduktion). Dies sind Gebiete mit hoher seismischer und vulkanischer Aktivität.

Plattengrenzen: Konservierende Grenzen (Transformstörungen)

Kontakt zwischen zwei Platten, die sich parallel aneinander vorbeibewegen. Die Reibung erzeugt große seismische Aktivität.

Klassifikation der Gesteine

Magmatische Gesteine (Magmatite)

Entstehen aus Magma.

• Extrusiv/Vulkanisch: Gelangen durch vulkanische Eruptionen in flüssigem Zustand an die Oberfläche und kühlen dort schnell ab (z. B. Obsidian, Bimsstein).
• Intrusiv/Plutonisch: Bilden sich im Inneren der Erdkruste, wo das Magma langsam abkühlt und gut ausgebildete Kristalle bildet (z. B. Batholithe).

Sedimentgesteine

Bilden sich an der Erdoberfläche durch physikalische oder chemische Veränderung anderer Gesteine.

• Kalkhaltige Sedimente (Kalkgesteine): Entstehen durch die Ablagerung von Kalzium aus Muscheln, Fisch oder Tierknochen.

Metamorphe Gesteine

Entstehen aus anderen Gesteinen tief in der Erdkruste durch den Prozess der Metamorphose, verursacht durch die Einwirkung von geologischer Zeit, hohem Druck und hoher Temperatur über Millionen von Jahren.

Reliefveränderungen (Diastrophismus)

Die Erdoberfläche und die Kruste unterliegen ständigen Veränderungen, die entweder durch interne (endogene) oder externe (exogene) Kräfte ausgelöst werden.

Endogene Kräfte (Interne Kräfte)

Bewegungen, die ihren Ursprung im Erdinneren haben und die Erdkruste beeinflussen.

Tektonische Bewegungen

• Erdbeben: Verursacht durch Plattentektonik.
• Orogenese (Gebirgsbildung): Vertikale Verschiebungen nach oben.

Vulkanismus

Das Auftreten von Gesteinen im geschmolzenen Zustand (manifestiert sich in Thermalbädern, Geysiren, heißen Quellen und Schwefelbädern).

• Magma: Flüssiges oder glühendes Material, das in der Magmakammer gesammelt wird.
• Lava: Geschmolzenes Material innerhalb der Lithosphäre, das durch eine Eruption ausgestoßen wird und beim Erkalten zu Gestein erstarrt.
• Vulkanschlot (Kamin): Riss oder Spalte in der Kruste.

Erdbeben (Seismische Bewegungen)

Plötzliche, heftige Bewegungen der Erdkruste, verursacht durch das Erdinnere, die sich wellenartig in alle Richtungen ausbreiten.

• Hypozentrum: Der innere Punkt, von dem die Wellen ausgehen.
• Epizentrum: Der Punkt auf der Oberfläche, der dem Hypozentrum am nächsten liegt und wo die Wellen zuerst eintreffen.
• Ein starkes Erdbeben (Bewegung einer tektonischen Platte) kann bis zu 3 Minuten dauern.

Orogenetische Bewegungen (Gebirgsbildung)

Orogenese (von griech. Oros = Berg, Genesis = Entstehung) beschreibt vertikale Bewegungen, die zur Bildung neuer Reliefs, Landmassen und Berggebiete führen.

Falten

Entstehen, wenn seitliche, horizontale Kräfte (Tektonik) auf flexible Gesteinsschichten einwirken.

• Antiklinale: Nach oben gewölbte Falte (Bergrücken).
• Synklinale (Mulde): Nach unten gewölbte, konkave Gebiete.

Verwerfungen (Fallas)

Entstehen, wenn vertikale Kräfte auf sprödes Gestein einwirken.

• Horst (Pfeiler): Hochgelegene, aufgestiegene Bereiche.
• Graben: Eingesunkene Bereiche.

Exogene Kräfte (Erosive Agenten)

Diese Kräfte wirken von außen auf die Oberfläche ein. Sie neigen dazu, Ebenen oder Plateaus zu schaffen, indem sie Berge abtragen und tiefer gelegene Gebiete auffüllen.

Temperatur

Verursacht die Fragmentierung von Gesteinen durch:

• Dilatation: Ausdehnung des Gesteins durch Hitze.
• Kontraktion: Schrumpfen des Gesteins durch Kälte.

Wind

Trägt Material ab, transportiert es und führt zur Bildung von Dünen.

Meer (Wellen und Gezeiten)

Verursacht Sedimentation, Erosion und den Transport von Materialien, wodurch die Küstenlinie verändert wird.

• Wellen: Zerkleinern Gestein in kleinere Mengen.
• Sonne: Wirkt auf die Gesteine (Verwitterung).

Fließendes Wasser (Regen und Abfluss)

• Rinnen/Rillen: Tiefe Furchen auf der Oberfläche, verursacht durch Wasserabfluss.
• Regen: Verursacht Abtragung, Transport und Erosion, insbesondere auf unbedeckten Flächen.