Landschaftsformen: Unsere Erde im Wandel - den gestaltenden Kraften auf der Spur (Phanomene der Erde)

Harald Frater

Landschaftsformen Unsere Erde im Wandel den gestaltenden Kräften auf der Spur

Harald Frater

Landschaftsformen Unsere Erde im Wandel – den gestaltenden Kräften auf der Spur

Mit 349 farbigen Abbildungen

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Autor

Redaktion

Harald Frater

Jens Oppermann Nadja Podbregar Kerstin Fels Andreas Heitkamp

Anschrift

Grafik/Layout Harald Frater Silke Golembski Julian Oehlenschläger Christoph Kluxen

MMCD GmbH interactive in science Schadowstraße 70 40212 Düsseldorf

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30/3141/LT – 5 4 3 2 1 0

Inhalt

1. 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3

Die Erde - Ein dynamischer Planet ................................................... 3 Formen, Falten, Feuerberge ................................................................ 4 Von der Wolke zum Erdball - Die Erde entsteht ......................... 14 Das Zwiebelprinzip - Der Aufbau der Erde .................................... 16 Erdkern ......................................................................................................... 17 Erdmantel ................................................................................................... 19 Erdkruste ..................................................................................................... 21

2. 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3

Partner im All - Die Erde im Sonnensystem ................................. 23 Ein Planet in Bewegung ........................................................................ 24 Nachbarn im All ....................................................................................... 26 Der Mond - irdischen Ursprungs? .................................................... 26 Die Venus - heiß und tödlich .............................................................. 28 Der Mars - „kleiner Bruder“ der Erde ............................................... 29 Die Milchstraße ........................................................................................ 32

3. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine ............................................... 35 Eine Frage des Alters .............................................................................. 37 Altersbestimmung .................................................................................. 37 Die geologische Zeitskala .................................................................... 41 Die Zeugen ................................................................................................. 44 Lebendig begraben? - Fossilien ......................................................... 44 Sprechende Steine .................................................................................. 46 Böden: Die Haut der Erde ..................................................................... 50

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4. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5

Formen gebend - Wer bewirkt was ................................................. 53 Plattentektonik - die Theorie der Theorien ................................... 56 Der Beweis - die Erde als Magnet ..................................................... 60 Seafloor-Spreading ................................................................................. 63 Verschluckt - Subduktion ..................................................................... 65 Karambolage - Kollidiert ....................................................................... 66 Geschrammt - Transformstörungen ............................................... 68 Wasser, Eis und Wind ............................................................................ 70 Verwitterung und Erosion ................................................................... 71 Physikalische Verwitterung ................................................................ 71 Chemische Verwitterung ..................................................................... 72 Biogene Verwitterung ........................................................................... 73 Gravitation und Massenbewegung ................................................ 74 Klima als Landschaftsgestalter ......................................................... 76 Tropen .......................................................................................................... 76 Subtropen ................................................................................................... 80 Gemäßigte Zone ...................................................................................... 80 Kalte Zone ................................................................................................... 81 Klimatische Höhenstufen .................................................................... 81

5. 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.2.1 5.2.2

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben ......................... 83 Vulkanismus .............................................................................................. 84 Vulkanformen ........................................................................................... 86 Ausbruchstypen ....................................................................................... 91 Lava, Asche und Co. ................................................................................ 92 Vulkanische Erscheinungen ................................................................ 96 Bebende Erde ............................................................................................ 100 Ursachen der Bodenbewegung ......................................................... 101 Auswirkungen ........................................................................................... 105

6. 6.1 6.2 6.3

Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik ................................. 107 Die Entstehung von Gebirgen ............................................................ 108 Faltung ......................................................................................................... 113 Bruchtektonik ............................................................................................ 116

7. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung ................................... 121 Eingebettet -Talbildung ........................................................................ 122 Flüsse und ihre Mäander ...................................................................... 124 Flussmündungen und Deltas ............................................................. 126 Sedimentation .......................................................................................... 128 Von Kalk und Karst .................................................................................. 130 Wasserfälle ................................................................................................ 138

8. 8.1 8.2 8.3 8.4

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen ............................. 141 Vielfalt der Küstenformung ................................................................ 143 Gezeitenküsten ........................................................................................ 148 Riffe und Atolle ......................................................................................... 151 Glaziale Küstenformen ......................................................................... 152

9. 9.1 9.2

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis ...................................... 155 Der Gletscher und seine Ablagerungen ......................................... 157 Formen aus den „Eiszeiten“ ................................................................ 164

10. 10.1 10.2 10.3

Kraft des Windes – Wüsten und der letzte Schliff .................... 169 Vom Winde verweht - Windabtragung ......................................... 172 Dünen und andere Windablagerungen ........................................ 174 Wüsten der Erde ...................................................................................... 177

11. 11.1 11.2

Meteoriten - Gefahr aus dem All ...................................................... 181 Das Risiko eines Meteoriteneinschlags .......................................... 182 Deep Impact - Die Folgen eines Einschlags .................................. 186

12 12.1 12.1.1 12.1.2 12.2 12.3

Ressourcen - Was der Mensch draus macht ................................ 193 Gewässerregulierung ............................................................................ 196 Begradigung von Flüssen ..................................................................... 196 Stauseen ...................................................................................................... 198 Rohstoffe aus der Tiefe ......................................................................... 200 Landwirtschaft ......................................................................................... 202 Glossar ......................................................................................................... 205 Index ............................................................................................................. 243

VII

Wer sich mit der Natur verträgt, dem tut sie nichts. Henry Miller, 1891-1930 amerikanischer Schriftsteller

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Die Erde Ein dynamischer Planet

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er blaue Planet - nur einer der unzähligen Himmelskörper in unserem Sonnensystem, aber vielleicht der einzige, auf dem sich ein so artenreiches Leben entwickeln konnte. Die Vielfalt der irdischen Organismen ist so unüberschaubar, dass bis heute niemand genau weiß, wie viele Pflanzen- und Tierarten weltweit tatsächlich existieren. Einige Wissenschaftler schätzen ihre Anzahl auf 4,8 bis 6 Millionen, andere gehen sogar von bis zu 100 Millionen Arten aus. Und genauso vielfältig, wie sich die belebte Umwelt darstellt, bieten auch die Landschaften der Erde einen vielgestaltigen und abwechslungsreichen Formenschatz.

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er Grand Canyon (links) ist eine der bekanntesten und beeindruckendsten Landschaftsformen unseres Planeten. Ähnliche Formen (unten) bilden sich auch in sehr viel kleineren Dimensionen

Auf den folgenden Seiten erhalten Sie einen Überblick über die Formenvielfalt der Oberfläche unseres Planeten. Dabei will dieses Buch kein Lehrbuch ersetzen, sondern es will vielmehr das Interesse an den Geowissenschaften wecken und damit an der Frage, warum eine Landschaft denn eigentlich so ist wie sie ist. Erkunden Sie anhand ausgewählter Landschaften und Einzelformen die Faktoren, die an der Gestaltung der Erdoberfläche maßgeblich beteiligt sind. Entdecken Sie, wie die Einzelerscheinungen miteinander verknüpft sind und welchen Anteil sie an der Entwicklung und Entstehung des dynamischen Systems Erde hatten und heute noch haben. Sehen Sie die Landschaft um Sie herum aus einer anderen, bisher unbekannten Perspektive. Dort, wo heute mächtige und schroffe Kalkfelsen in die Höhe ragen, lagen in der Vergangenheit zum Teil riesige Meere. Der Anblick eines Findlinges belegt die Existenz der schier unendlich weitläufigen Inlandgletscher vergangener Eiszeiten, die diesen Block hunderte von Kilometer von seinem Ursprungsort verfrachtet haben. Sorgfältig präparierte Fossilien, wie die Aufsehen erregenden Funde der Grube Messel bei Darmstadt, vermitteln uns ein fast realistisches Bild vergangenen Lebens - eines dennoch insgesamt recht kurzen Augenblicks in der Entwicklungsgeschichte der Erde. Dieses Buch stellt Ihnen die wesentlichen Themen aus dem vielfältigen und interessanten Spektrum der Geowissenschaften vor, die einen maßgeblichen Anteil an der Formung der Erdoberfläche haben. Darüber hin-

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Kapitel 1

aus stellt das Buch aber auch die tiefgreifenden und oft irreversiblen Veränderungen der Landschaft vor, die der Mensch in zunehmenden Maße durch die Gewinnung von Rohstoffen verursacht. Deutlich werden diese anthropogenen Eingriffe nicht nur in den weitflächen Tagebaubetrieben der rheinischen Braunkohlereviere, sondern auch in der zunehmenden Flächenversiegelung durch Siedlungserweiterung oder landwirtschaftliche Nutzung. Bemerkenwert ist dabei das Ausmaß menschlichen Wirkens auf der Zeitachse: Fossile Energien wie Kohle, Erdöl und Erdgas werden in absehbarer Zeit ausgebeutet sein - ihre Entstehung hat aber Millionen von Jahren in Anspruch genommen. Vom Sumpfland über die Braunkohle zur Steinkohle - nicht nur fossile Brennstoffe haben eine wechselvolle und im höchsten Maße spannende Geschichte. Auch der unauffälligste Kieselstein, ja selbst das winzigste Sandkorn am Urlaubsstrand, besitzt eine lange und interessante Geschichte - man muss sie nur zu lesen wissen.

1.1 Formen, Falten, Feuerberge Aus dem All betrachtet zeigt sich die Erde als runder, einheitlicher Planet, der von Ozeanen und Kontinenten bedeckt wird. Rund ein Drittel seiner Oberfläche ist festes Land. Je weiter man sich der Erdoberfläche aus dem All nähert, desto mehr Details sind zu erkennen. Die auffälligsten Landschaftsformen der Erde sind die Hochgebirge, die den Meeresspiegel bis um mehrere Kilometer überragen. Demgegenüber stehen die tiefsten Orte der Erdoberfläche, die Tiefseegräben. Die Differenz zwischen dem höchsten (Mt. Everest 8.850 m) und dem tiefsten Punkt der Erde (Marianengraben 11.034 m) beträgt nahezu 20 Kilometer. Hohe Gebirge und tiefe Meeresbecken geben der Erde ein markantes Relief und machen deutlich, dass die Erde alles andere als ein runder und einheitlicher Körper ist. Vielmehr gleicht unser Planet eher einer eingedellten und an den Polen abgeflachten kugelähnlichen Gestalt, deren Form daher als Geoid bezeichnet wird.

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ulkanische Ablagerungen, ursprünglich horizontal abgelagert, unterliegen den Kräften der Erosion und der Tektonik. Sie sind Zeugen der dynamischen Entwicklung unserer Erde und damit des ewigen Wechselspiels zwischen den endogenen und exogenen Kräften

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Allein diese Tatsachen werfen zahlreiche Fragen zur Entstehung und Entwicklung der Erde auf. Ein Großteil der Prozesse und Phänomene auf der Erdoberfläche verdankt seine Entstehung der Energie aus dem Erdinneren. Die Theorie der Plattentektonik beschreibt diese endogenen oder innenbürtigen Prozesse, die beispielsweise Vulkane hervorbringen, Erdbeben auslösen oder ganze Gebirge auffalten. Den endogenen Prozessen stehen die exogenen oder von außen wirkenden Kräfte gegenüber. Ihre Hauptakteure sind Wasser, Eis und Wind, die fortwährend auf die Erdoberfläche einwirken. Sie tragen die Erdoberfläche ab und ebnen so im Laufe der Zeit alle Erhebungen ein. Da exo- und endogene Prozesse zu jeder Zeit und an jedem Ort der Erde ablaufen, befindet sich die Erdoberfläche in einem ständigen Wandel. Die unmittelbare Beobachtung dieser Veränderungen ist allerdings

Die Erde - Ein dynamischer Planet

nur in seltenen Fällen möglich, da sich die meisten Verwitterungsvorgänge unvorstellbar langsam vollziehen. Rasche Veränderungen, wie Bergstürze, Sturmfluten, Vulkanausbrüche und Erdbeben treten dagegen sehr häufig auf, bleiben jedoch Einzelerscheinungen und haben trotz ihrer Dramatik nur einen relativ geringen Anteil an der allgemeinen Entwicklung der Landschaftsformen der Erde. Würden nur exogene Kräfte auf die Oberfläche wirken, wären in einigen Jahrmillionen alle Gebirge abgetragen - das Oberflächenrelief wäre flach und eintönig. Vulkanismus und tektonische Prozesse sorgen jedoch dafür, dass dieser Zustand nie erreicht wird. Das Ergebnis dieses Wechselspiels zeigt sich in einer schier unendlichen Vielzahl von Oberflächenformen in allen Maßstabsebenen, angefangen bei den imposanten Gebirgszügen des Himalayas, dem tiefgreifenden Talsystem des Grand Canyon und den abwechslungsreichen Küstenformen von Nord- und Ostsee bis hin zu den Kleinund Kleinstformen, wie den Findlingen im Bereich ehemaliger Vergletscherungen, kuriosen Gesteinsoberflächen in Kalkgebieten oder Mikrofalten in Gesteinsbruchstücken. In vielen Fällen lassen sich aus einzelnen Oberflächenformen Rückschlüsse auf ihre Entstehungsgeschichte ziehen. Oftmals sind es dabei mehrere Faktoren, die in unterschiedlich starken Anteilen an der Ausgestaltung der jeweiligen Oberfläche beteiligt waren.

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rosionsformen zeigen sich oft im Zentimeter- bis Meterbereich, wie hier in den von der Korrosion betroffenen Kalkplatten am Ufer des Lake Michigan im US-Bundesstaat Wisconsin

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ie Prozesse, die das Gesicht der

Raum (m)

Doch was sind interessanteste Landschaftsformen und welche RegioErde verändern, wirken in ganz nen der Erde sollte man unbedingt gesehen haben? Diese Frage lässt unteschiedlichen räumlichen und sich natürlich nicht pauschal beantworten. So denken die meisten - je zeitlichen Größenordnungen nach Interesenlage – sicherlich zuerst an den Besuch berühm- Geowissenschaftler: Experten für Raum und Zeit ter Formationen wie den Grand 100.000.000 MeteoritenCanyon im Westen der USA, den einschlag Klimawechsel 10.000.000 Ayers Rock im Outback des ausPlattentektonik 1.000.000 tralischen Kontinents, das MatGebirgsbildung Vulkanische 100.000 Erdbeben terhorn in den Schweizer Alpen Eruption ÜberEiszeiten 10.000 oder den Tafelberg am Rand von schwemmung Kapstadt. Auch in Deutschland Erosion 1000 Gletscherrückzug gibt es eindrucksvolle Oberflä100 chenformen. Im Unterschied zu Kristallisation 10 Meeresspiegelden genannten internationalen anstieg 1 Landschaften sind die meisten Bodenbildung Rippel 0,1 Formen bei uns stark bewachsen Verwitterung 0,01 und präsentieren sich daher dem Kristallwachstum Betrachter weniger eindrucksvoll 0,001 als in den vegetationsarmen Ge0,0001 bieten. Die in der Übersicht auf0,0001 0,01 1 100 10.000 1.000.000 1E+08 geführten Landschaftsen zählen Zeit (Tage) zu den Großformen auf der Erde.

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Kapitel 1

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Malaspina-Gletscher

Yosemite

Death Valley

Carlsberg Caves

Grönland

Vatnajökull

Angelfalls

Nevado Sajama

Atacama

Iguacu

Amazonas

Sahara

Die Erde - Ein dynamischer Planet

Matterhorn

Ätna

Nil

Totes Meer

Baikalsee

Mt. Everest

Kongo

Tanganjikasee

Kilimandscharo

Antarktis

Uluru

Great Barrier Reef

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Kapitel 1

Mt. Everest Der mit 8.846 Metern höchste Berg der Welt liegt an der Ostflanke des Himalaya über der Hochebene von Tibet. Der Mount Everest und mit ihm der gesamte Gebirgszug des Himalaya sind rund 50 Millionen Jahre alt. Der Himalaya entstand bei der Kollision der Indischen Kontinentalplatte mit der eurasischen Platte. Dabei wurden enorme Kräfte frei, die im Laufe der Zeit die Erdoberfläche aufwölbten und falteten. Da sich die beiden Erdplatten auch heute noch aufeinander zu bewegen, wächst auch der Himalaya langsam aber stetig weiter in die Höhe, wird aber gleichzeitig durch Erosion ständig abgetragen. Kilimandscharo Der Kilimandscharo ist mit 5.895 Metern der höchste Berg Afrikas und zugleich einer der mächtigsten Vulkane der Erde. Er bedeckt ein Gebiet von 100 Kilometern Länge und 65 Kilometern Breite. Der aus drei Einzelvulkanen bestehende Bergkomplex ist Teil einer Ost-West-Kette von rund 20 Vulkanen, die am südlichen Ende des Ostafrikanischen Grabens beginnt. Den Hauptgipfel des Kilimandscharo bildet der Kibo, der jüngste und gleichzeitig höchste der drei Kilimandscharovulkane. Obwohl er - wie die anderen beiden Gipfel auch - heute als erloschen gilt, stößt er noch immer Rauch und Schwefelgase aus. Matterhorn Das Matterhorn ist einer der populärsten Berge der Alpen. Dies verdankt er zum einen seiner geographischen Lage direkt oberhalb des Ortes Zermatt zum anderen seiner klassischen Bergform: Wie eine gewaltige Felspyramide ragt der Berg mit seinen steilen Graten isoliert aus den umgebenden Gletschern auf. Als einer der am häufigsten bestiegenen Berge der Welt ist inzwischen jede Spalte und Erhebung seiner Oberfläche kartiert und beschrieben. Trotzdem wird die Gefahr des Aufstiegs häufig unterschätzt und die Anzahl der Bergsteiger, die beim Klettern den Tod fanden, ist eine der höchsten der Welt. Uluru (Ayers Rock) Für die Australier ist das trockene heiße Innere ihres Kontinents einfach der „Outback“. Einsam ragt dort – im Herzen Australiens – der Ayers Rock mitten aus der Wüste auf. Er ist ein Überbleibsel einer ehemaligen Gebirgskette, die im Laufe von Jahrmillionen von Flüssen abgetragen wurde. Die heutigen senkrechten Rinnen lassen noch den Weg des Wassers erahnen. Südöstlich der Stadt Alice Springs liegen zahlreiche Salzseen. Die meisten von ihnen fallen im Sommer trocken, aber in einigen von ihnen wie dem Lake Eyre bleibt immer ein Rest des stark salzhaltigen Wassers zurück.

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

Nevado Sajama Der Nevado Sajama ist mit 6.542 Metern der höchste Berg Boliviens und gilt zugleich wegen seiner perfekten Form als einer der schönsten Gipfel der Anden. Der frei stehende Stratovulkan erhebt sich auf der Hochebene des Altiplano, einer ungefähr 4.000 Meter hoch gelegenen Beckenlandschaft inmitten der Anden. Trotz dieser enormen Höhe ist aufgrund geringer Niederschläge lediglich der Gipfel des Berges vergletschert. Das gesamte Gebiet gehört zur zentralen vulkanischen Zone der Anden. Rund um den Sajama sind als Zeugen seiner ehemaligen vulkanischen Aktivität mächtige Tuffdecken zu finden. Ätna Der Ätna ist mit 3.350 Metern Höhe der höchste und einer der populärsten Vulkane Europas. Seine seit Jahrhunderten andauende, meist nur von kurzen Ruhephasen unterbrochene Tätigkeit verdankt er seiner Lage im Bereich einer Plattengrenze zwischen Europa und Afrika. In den Störungszonen des Untergrundes findet heißes Magma aus dem Erdinnern seinen Weg zur Oberfläche. Während des Aufstiegs des Magmas lösen sich bereits enthaltene Gase, so dass explosive Ausbrüche am Ätna eher selten sind. Trotz einer latenten Bedrohung leben in der näheren Umgebung des Ätnas viele Menschen. Totes Meer Das Tote Meer ist mit 392 Metern unter dem Meeresspiegel nicht nur der tiefste Punkt der Erde, sondern auch der salzigste, auf natürliche Weise entstandene See. Sein Wasser hat einen Salzgehalt von 25 Prozent, so dass auf seiner Oberfläche sogar kleine Salzschollen treiben. Das Tote Meer ist Teil eines Grabens, der sich in Nord-Südrichtung durch den gesamten Nahen Osten verfolgen lässt. Er ist die nördliche Fortsetzung des Ostafrikanischen Grabenbruchsystems, einer Verwerfungslinie, die durch das Auseinanderdriften der Afrikanischen und der Somalischen Erdplatte entsteht. Death Valley Am tiefsten und gleichzeitig heißesten Punkt Amerikas haben Wind, Sonne und Vulkanismus im Laufe der Jahrtausende massive Salzablagerungen und bizarr geformte Berge hinterlassen. Das Tal des Todes ist ein abgeschlossenes Becken, das heisst Niederschläge und Zuflüsse aus den umgebenden Bergen können nicht abfließen. Während die große Hitze heute fast alles Wasser sofort verdunsten lässt, zeigen die abgelagerten Sedimente, dass sich noch vor 2.000 Jahren ein neun Meter tiefer See im Zentrum des Beckens befand. Die Ablagerungen des Lake Manley reichen heute bis in eine Tiefe von 2.700 Metern.

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Kapitel 1

Sahara Die Sahara ist mit einer Fläche von 9,1 Millionen Quadratkilometern nicht nur die größte, sondern auch eine der trockensten und heißesten Wüsten der Erde. Dennoch treten unterirdische Wasservorkommen im Bereich der Oasen an die Oberfläche. Nur 15 Prozent der Sahara sind Sandwüste oder Erg, der größere Teil besteht aus felsigem Hochland und weiten Geröllflächen. Im Zentrum der Sahara liegen Gebirgszüge, die Höhen bis zu 3.000 Metern erreichen können. Die größte Sanddüne der Erde liegt im Grand-Erg-Zentral der Sahara in Algerien. Sie ist 430 Meter hoch und mehr als fünf Kilometer lang. Atacama Die Atacama in den chilenischen Anden gilt als die trockenste Wüste der Erde. Obwohl sie auf über 1.000 Kilometern Länge unmittelbar an den Pazifik grenzt, fallen hier im Jahr nur äußerst selten oder sogar keine Niederschläge. Dieses extreme Wüstenklima erklärt sich aus dem Zusammentreffen mehrerer atmosphärischer Zirkulationssysteme, dem kühlen Humboldtstrom und den Anden als Klimascheide. Man geht davon heute aus, dass in der Atacama bis auf Ausnahmen wie quartäre Klimaschwankungen seit mindestens fünf Millionen Jahren Trockenheit herrscht. Antarktis Die Antarktis ist der kälteste und mit einer Fläche von 13,5 Mio. Quadratkilometern eisreichste Kontinent der Erde. Heute bedeckt eine bis zu 2.000 Metern dicke Eisschicht den gesamten Kontinent. Dem Festland vorgelagert sind fast vier Millionen Quadratkilometer Schelfeis. Das Ross-Schelfeis mit seinen über 60 Metern hohen Eisklippen ist der Ursprung vieler Eisberge. Einige von ihnen können bis zu 160 Kilometer lang werden. Mit Ausnahme einiger hundert Wissenschaftler in den Forschungsstationen ist die Antarktis unbesiedelt.

Grönland Grönland ist zu sieben Achteln mit Eis bedeckt. Seine Fläche umfasst gut 1,7 Mio. Quadratkilometer. In dieser Eismasse sind elf Prozent der gesamten Süßwasservorräte der Erde gebunden. Sie stellt den einzigen noch erhaltenen Kontinentalgletscher der nördlichen Hemisphäre dar. Die Eiskappe ist im Inneren der Insel bis zu 3.200 Meter dick, in den Randbereichen wird sie dünner. Seit einiger Zeit beobachtet man das zunehmende Abschmelzen des Eises. Im Süden und Osten der Insel hat der Schwund bereits dramatische Formen angenommen. Von 1993 bis heute nahm die Eisdicke dort bis zu 1,80 Meter ab.

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

Vatnajökull Die rund 8.800 Quadratkilometer große Eiskappe des Vatnajökull ist größer als alle anderen Gletscher Europas zusammen. Mit einer durchschnittlichen Dicke von 400 Metern überdeckt sie acht Prozent Islands mit einer Eisschicht. Island liegt direkt auf dem Mittelatlantischen Rücken, einer Nahtstelle in der Erdkruste. An dieser Nahtstelle wird heisses Magma an die Oberfläche transportiert und bildet neuen Ozeanboden. Eines der Spaltensysteme liegt direkt unter der dicken Eisschicht des Vatnajökull. Die hier ständig aus der Tiefe der Erde aufsteigende Wärme schmilzt das Eis an der Unterseite des Gletschers. Malaspinagletscher Der Malaspinagletscher im Süden Alaskas ist mit einer Fläche von 4.000 Quadratkilometern der zweitgröße Gletscher der Erde. Er gehört zur Gruppe der Piedmontgletscher. Diese Gletscher beginnen typischerweise in einer Gebirgskette und erstrecken sich in lappenförmigen Ausläufern über die Täler und Ebenen am Fuße des Gebirges. An der Küste hat seine Eisfront eine Breite von 65 Kilometern, seine Länge liegt knapp unter hundert Kilometern. Im Laufe der Zeit hat der Gletscher ein Becken gegraben, das heute knapp 300 Meter unterhalb des Meeresspiegels liegt. Nil Mit 6.671 Metern ist der Nil der längste Fluss der Welt, wenn auch nicht der größte, bezogen auf sein Einzugsgebiet. Erst Mitte des 19. Jahrhunderts fanden Forscher die Quellbereiche im Hochland von Äthiopien. Aber erst dort wo sich der Weiße und Blaue Nil vereinigen, bei Karthum im Sudan, beginnt der eigentliche Nil. Das langsam fließende Wasser und die damit verbundene Ansammlung von feinen Sedimenten führten in der langen Geschichte des Nils dazu, dass entlang des Flusses fruchtbare Böden entstanden. Wie ein grünes Band durchzieht er die karge Wüstenlandschaft der östlichen Sahara. Amazonas Der Amazonas ist im Bezug auf sein mehr als 6.100 Quadratkilometer umfassendes Einzugsgebiet der mit Abstand größte Fluss der Erde. Über tausend Zuflüsse nimmt er während seines Weges im ausgedehnten Amazonasbecken auf. Fast 20 Prozent der gesamten Süßwassermenge der Erde werden hier gespeichert. Sein Einzugsgebiet umfasst ein Drittel der Fläche ganz Südamerikas. Im 320 Kilometer breiten Amazonasdelta liegt die größte Flussinsel der Erde. Noch vor 65 Millionen Jahren - vor der Auffaltung der Anden, mündete der Amazonas nicht in den Atlantik sondern in den Pazifik.

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Kapitel 1

Kongo Betrachtet man die Fläche von 3.690 Quadratkilometer des Einzugsgebietes, so ist der Kongo der größte Fluss Afrikas. Er entwässert große Teile des zentralen Äquatorgebiets, unter anderem ganz Kongo. Der Kongo entspringt im Süden des Landes, wo er auch seinen Nebenfluss, den Lualaba, aufnimmt. Nach einer seenartigen Erweiterung, dem Stanley- oder Malebo-Pool bei Kinshasa, schießt der Kongo durch 32 Stromschnellen dem Atlantik entgegen. Noch in 800 Kilometern Entfernung vom Festland setzt er sich in einem 1.000 Meter tiefen Graben im Atlantik fort. Angelfalls Die Angelfalls liegen mitten im unzugänglichen Bergland von Guayana. Aufgefüllt durch die Niederschläge der Regenzeit, stürzt dort der Churunfluss über die steile Klippe des Teufelsberges 979 Meter in die Tiefe. Allein die erste Kaskade des Wasserfalls ist mehr als zehn Mal höher als die Niagarafälle in Nordamerika. Benannt wurde der Angelfall nach dem amerikanischen Piloten Jimmy Angel, der 1933 über den Teufelsberg hinwegflog und dabei den Wasserfall sah. Der Regenwald rund um den Angelfall ist auch heute noch so dicht, dass man ihn nur mit dem Boot oder dem Hubschrauber besichtigen kann. Wasserfälle von Iguacu Die Wasserfälle von Iguacu zählen zu den größten und spektakulärsten der Welt und liegen im Länderdreieck Brasilien, Argentinien und Paraguay. Die fast dreihundert einzelnen Wasserfälle verschmelzen nach starken Regenfällen zu einer einzigen mächtigen Wasserwand. In einem großen Halbkreis angelegt donnern die Wassermassen auf einer Gesamtbreite von 2.700 Metern mehr als 70 Meter in die Tiefe. Der Fluss Iguacu verengt sich an dieser Stelle aufgrund einer tektonischen Spalte von über 1.000 Metern Breite oberhalb auf 100 Meter unterhalb der Fälle. Yosemite Die höchsten Wasserfälle Nordamerikas befinden sich im YosemiteNationalpark im Westen der USA. Weite Strecken des mit insgesamt 739 Metern beachtlichen Höhenunterschieds überwindet das Wasser im freien Fall. Gletscher schufen die imposante Landschaft mit ihren tiefgreifenden Trogtälern. Allerdings ist der Yosemite Fall eine saisonaler Wasserfall. Das bedeutet, dass er im Frühjahr und im Herbst erst richtig zur Geltung kommt. Im Winter ist das Wasser des Yosemite Creek meist gefroren, und im Sommer liegt der Fall aufgrund hoher Hitze meist trocken.

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

Baikalsee Der in Ostsibirien liegende Baikalsee ist mit einer maximalen Tiefe von 1.741 Metern nicht nur der tiefste See der Welt, er gehört auch zu den ältesten. Er bildete sich vor rund 25 bis 30 Millionen Jahren, als Zentralasien von großen Erdbewegungen umgeformt wurde. Die Verwerfungen ließen einerseits die hohen Gebirge Asiens entstehen, rissen aber andererseits auch einen tiefen Graben auf. Dieser Graben erweiterte sich langsam zu einem langgestreckten Becken, in das sich heute das Wasser aus mehr als 300 Flüssen ergießt. Aufgund seiner großen Tiefe wird das Wasser im Baikalsee kaum durchmischt. Tanganjikasee Der Tanganjikasee ist mit 17,6 Kubikmetern Wassermenge der größte See Afrikas. Seine Entstehung reicht in die Zeit vor 15 bis 20 Millionenen Jahren zurück, als die Erdkruste durch das Auseinanderdriften der Afrikanischen und der Somalischen Platte absackte und sich im weiteren erdgeschichtlichen Verlauf der Ostafrikanische Graben bildete. Zahlreiche kleinere Flüsse füllten im Laufe der Zeit die Senke an dieser Stelle auf und ließen den Tanganjikasee entstehen. Heute enthält er fast ein Sechstel des gesamten an der Oberfläche fließenden Süßwassers der Welt. Carlsberg Caves Die Carlsberg Caves im Südosten Neu-Mexikos bilden eines der faszinierendsten Höhlensysteme unserer Erde. Die riesigen Tropfsteinhöhlen und Tunnelsysteme reichen mehr als dreihundert Meter unter die Erdoberfläche; die größte heute zugängliche Kammer ist fast achtzig Meter hoch. Die bislang erforschten Gänge – schätzungsweise erst ein Bruchteil des Gesamtsystems – haben eine Länge von über dreißig Kilometern. Die Tropfsteinhöhlen sind etwa sechzig Millionen Jahre alt. Der größte Stalaktit hat einen Durchmesser von sechs Metern.

Great Barrier Reef Das auch Lebewesen landschaftsformend sein können, zeigt sich eindrucksvoll in dem größten Korallenriff der Erde - einem einzigartigen Komplex betehend aus mehr als dreitausend Einzelriffen. Die am Riffbau beteiligten Korallen bilden widerstandsfähige Skelette aus Kalziumcarbonat. Koloniebildende Korallen können nur im flachen Wasser leben, da sie ohne Sonnenlicht nicht existieren können. Im Falle eines absinkenden Meeresbodens beziehungsweise einem Anstieg des Meeresspiegels gleichen sie durch Wachstum das Absterben der in die Tiefe geratenen Kolonien aus.

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Kapitel 1

1.2 Von der Wolke zum Erdball - Die Erde entsteht Die Erde, wie wir sie heute kennen, ist das Ergebnis einer lang andauernden Entwicklung, die mit der Entstehung unseres Planeten begann. Gemessen an galaktischen Zeiträumen ist die Erde noch relativ jung. Bei den ältesten auf ihr gefundenen Materialien handelt es sich um 4,4 Milliarden Jahre alte Zirkon-Kristalle aus Westaustralien. Während das gesamte Universum vermutlich zwischen zehn und 20 Milliarden Jahre alt ist, entstand unser Sonnensystem erst vor ungefähr 4,6 Milliarden Jahren.

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nser Sonnensystem enstand vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus einer Materiewolke

Eine wirbelnde Wolke aus Gas und Staub, ein Urnebel als Ursprung unseres Sonnensystems. Durch die Schockwelle einer Supernova oder eine ähnliche Störung kollabierte der Nebel und verdichtete sich. Der starke Druck heizte die Wolke auf, feste Materie verdampfte. Innerhalb von 100.000 Jahren bildete sich so im Zentrum dieser Scheibe aus rotierendem Gas ein Protostern – die junge Sonne. Im Laufe der Zeit kühlte sich das Gas ab und kondensierte. Während sich der größte Teil der Materie an den Zentralstern „Sonne“ anlagerte, bildeten sich durch die Fliehkräfte Materieansammlungen im Außenbereich der rotierenden Scheibe. Nach und nach wuchsen diese zu Protoplaneten heran. Während sich die inneren Protoplaneten hauptsächlich aus Metallen und Gestein zusammensetzten, bestanden die äußeren vorwiegend aus Eis, vermischt mit Staub und Gas. Aus ihnen entstanden die heutigen Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Etwa eine Million Jahre nach dem Abkühlen des planetarischen Nebels setzte ein starker Sonnenwind ein, der Gasreste aus dem System wegwehte. Nur den Vorläufern der Gasplaneten gelang es, einen Teil des planetarischen Gases dauerhaft an sich zu binden und dadurch zu wachsen. Die kleineren Materieklumpen verloren ihre Gashüllen und wurden zu den so genannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Sie kühlten im Laufe der Jahrmillionen langsam ab und wurden schließlich fest. Die genauen Abläufe und Mechanismen am Ursprung des Sonnensystems und damit auch der Erde liegen allerdings bis heute noch weitgehend im Dunkeln. Die Entwicklungsgeschichte des blauen Planeten beginnt vor etwa 4,5 Milliarden Jahren - aktuellen Forschungsergebnisse schwanken zwischen 4,53 und 4,56 Milliarden Jahren. Zu dieser Zeit war die Erde noch ein äußerst lebensfeindlicher, heißglühender Feuerball, ohne feste Kontinente, Ozeane und eine lebensnotwendige Atmosphäre. Der Planet wurde ständig von großen Materiebrocken aus dem entstehenden Sonnensystem bombardiert, den so genannten Planetesimals. Sie schlugen mit Geschwindigkeiten von über zehn Kilometern pro Sekunde auf der Oberfläche auf und setzten unvorstellbare Energien frei. Diese Materialzufuhr führte zu einem allmählichen

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

Entstehung des Sonnensystems

Eine wirbelnde Wolke aus Staub und Gas steht am Ursprung unseres Sonnensystems.

Durch die Schockwelle einer Supernova oder eine ähnliche Störung kollabiert die Wolke.

Der Druck lässt im Zentrum der Wolke einen Protostern entstehen - die junge Sonne.

In den Außenbereichen der rotierenden Wolke kondensiert die Materie.

Materiebrocken kollidieren und ballen sich langsam zu Protoplaneten zusammen.

Aus diesen entstehen die Protoplaneten. Durch Kollisionen mit Gesteinsbrocken wachsen sie.

Massezuwachs der Erde. Durch Kompression erhöhte sich der Druck im Erdinneren und die Temperaturen stiegen auf 1.000 Grad Celsius an. Vor dieser Erwärmung war das Innere des Planeten noch relativ homogen, die chemischen Elemente waren gleichmäßig in ihm verteilt. Mit den steigenden Temperaturen kam es jedoch zu Gesteinsaufschmelzungen, bei denen die schwereren Elemente, vor allem Eisen, in Richtung des Erdmittelpunktes sanken. Leichtere Elemente wurden dagegen an die Erdoberfläche transportiert und erstarrten dort. Auf diese Weise entstanden erste einfache Kontinente. Vulkane spien Lava, aber auch Gase wie Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff und Kohlenmonoxid. Sie begannen, die ursprüngliche, vorwiegend aus Methan und Ammoniak bestehende Uratmosphäre zu verändern. Nach und nach kühlte die Erde immer weiter ab. Der Wasserdampf in der Atmosphäre kondensierte und es regnete vermutlich über viele tausend Jahre lang. Ein großer Teil des Kohlendioxids aus der Gashülle löste sich dabei in den noch jungen Meeren der Erde und bildete im Laufe der Zeit gewaltige Karbonatablagerungen. Vor rund 3,4 Milliarden Jahren setzte erneut ein tiefgreifender Wandel ein: Das Leben begann sich zu entwickeln. Die ältesten bisher gefunden Spuren von Organismen sind mehr als drei Millarden Jahre alt. Durch sie wurde die erste Atmosphäre nach und nach mit Sauerstoff angereichert. Sie bereiteten so die „Bühne“ für die weitere Entwicklung des Lebens.

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Kapitel 1

1.3 Das Zwiebelprinzip - Der Aufbau der Erde Für die zahlreichen Prozesse, die an der Gestaltung der Erdoberfläche beteiligt sind, spielt der Aufbau der Erde eine wichtige Rolle. So haben Vulkanismus, Erdbeben und andere plattentektonische Vorgänge ihren Ursprung im Inneren der Erde. Doch wie sieht es tatsächlich im Innern der Erde aus? Da Bohrungen nur bis wenige Kilometer in die äußere Haut der Erde eindringen, basieren die heutigen Erkenntnisse über den Erdaufbau auf indirekten Messmethoden der Geophysik. Zu diesen Messmethoden gehören zum einen die Schwerkraft- und Magnetfeldmessungen via Satellit, aber auch die Messung und Auswertung von Erdbeben- und künstlich erzeugten Stoßwellen. Dabei machen sich die Geowissenschaftler den Umstand zunutze, das die Wellen an Grenzen zwischen zwei Gesteinsschichten unterschiedlicher Beschaffenheit teilweise gebrochen oder reflektiert werden. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Erde in mehreren Schalen aufgebaut ist. Grob gesagt wird der feste innere Erdkern von einem flüssigen äußeren Kern umschlossen, dieser wiederum vom ie Schichten der Erde unterscheiErdmantel und ganz außen befindet sich die Kruste. Die physikaliden sich sowohl chemisch als auch physikalisch voneinander schen und chemischen (mineralischen) Eigenschaften unterscheiden sich innerhalb dieser Schichten, so dass eine weitere Untergliederung vorgenommen werden kann. So wird beispielsweise die Erdkruste aufgrund deutlicher UnEuropa terschiede in Dichte, Gesteinsinhalt und Mächtigkeit in die ozeanische und kontinentale Kruste geteilt. Die 4-70 km Biosphäre, die alles Leben auf der Erde umfasst, bildet Afrika Kr 410 km 800°C in us den Übergangsbereich zwischen der obersten Kruste v i l te O ell und der Atmosphäre als dem äußersten Bereich unse670 km 1.900°C in p res Planeten. S t i

D

2.890 km

M an te l

5.150 km

Ke rn

sk w ro e P

flüssig

Fei N

6.200°C Fei N

fest

6.600°C 6.371 km

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4.800°C

Die gesamte Erde ist zu über 90 Prozent aus vier Elementen aufgebaut: Eisen, Sauerstoff, Silizium und Magnesium. Im Laufe der Entwicklung der Erde haben sich diese in Abhängigkeit ihres Gewichtes in Kruste, Mantel und Kern verteilt. Da das schwere Eisen aufgrund der Schwerkraft in Richtung Erdkern abgesunken ist, ist sein Anteil in der Erdkruste gering. Dafür findet man dort vornehmlich leichtere Elemente wie das Silizium, das auch an der Erdoberfläche häufig vorkommt. Deutliche Unterschiede zwischen dem Erdinneren und den äußeren Bereichen herrschen auch in Bezug auf die Temperatur- und Druckverhältnisse. Temperatur und Druck steigen mit zunehmender Tiefe deutlich an, was in einigen Bereichen zum Aufschmelzen von Gesteinen führt. Für die obere Kruste gilt eine Temperaturerhöhung von zwei bis drei Grad

Die Erde - Ein dynamischer Planet

Celsius auf 100 Meter Tiefe. Je weiter man sich dem Erdmittelpunkt nähert, desto höher steigt die Temperatur. Für den inneren Erdkern vermutet man Temperaturen zwischen 4.000 und 5.000 Grad Celsius. Diese hohen Temperaturen resultieren aus einer „Resthitze“ aus der Zeit der Erdentstehung (Akkretionswärme) und dem auch heute noch stattfindenden Zerfall radioaktiver Elemente.

D

er Bohrturm des vom GeoForschungszentrum in Potsdam geleiteten Kontinentalen Tiefbohrprogramm (KTB) in Windischeschenbach

Mit Hilfe von Bohrungen erhalten Forscher wertvolle Erkenntnisse über den Aufbau und die Struktur des Untergrunds. Doch selbst die tiefsten Bohrungen reichen nur rund zwölf Kilometer unter die Erdoberfläche, wie beispielsweise auf der Kolahalbinsel im Nordwesten Russlands. In Deutschland wurde im Rahmen des Kontinentalen Tiefbohrprogramms (KTB) im oberpfälzischen Windischeschenbach bis in eine Tiefe von 9.101 Metern ins kristalline Grundgebirge gebohrt. Die in dieser Tiefe herrschenden Temperaturen von 270 Grad Celsius zwangen die Forscher jedoch zum Stopp der Bohrungen. Eines der wichtigsten Forschungsziele wurde bereits in der Zone unterhalb von 8.000 Metern Tiefe erreicht: in solche Bereiche vorzudringen, in denen sich das Gestein unter dem Einfluss von Druck und Hitze verformt - sich also plastisch verhält, statt wie sonst bei starker tektonischer Beanspruchung zu brechen. Noch nie war es Wissenschaftlern bis dahin gelungen, diesen Formungsprozess außerhalb des Labors zu beobachten. Ähnliche, im Laufe der Erdgeschichte entstandene eindrucksvolle Verformungen von Gesteinsschichten lassen sich heute vielfach auf der Erdoberfläche beobachten – dort, wo die Erosion diese Schichten freigelegt hat. Nach seiner Vorreiterrolle bei diesem erfolgreichen Bohrprojekt übernahm das GeoForschungszentrum in Potsdam auch die Federführung beim internationalen Kontinentalen Bohrprogramm (ICDP), das in Ergänzung zu dem bereits seit den 1960er Jahren durchgeführten „Ocean Drilling Program“ (ODP) die Erforschung der oberen Erdkruste zum Ziel hat.

1.3.1 Erdkern Mit Hilfe der Auswertung von Erdbebenwellen unternehmen auch Geowissenschaftler eine „Reise zum Mittelpunkt der Erde“. Dabei haben sie sich das unterschiedliche Verhalten verschiedener Erdbebenwellen zunutze gemacht, um die Grenzen zwischen Mantel und Kern sowie zwischen innerem und äußerem Kern zu identifizieren. Primärwellen (P-Wellen) sind Kompressionswellen, die sich sowohl in Flüssigkeiten als auch in fester Materie fortpflanzen können. Sekundärwellen (S-Wellen) hingegen bewegen sich nur in festem Gestein und werden von flüssigen Bereichen des Erdinneren „geschluckt“. Bei einem Erdbeben breiten sich P- und S-Wellen aus und werden von den weltweit in zahlreichen Messstationen installierten Seismographen aufgezeichnet. Dabei zeigt sich, dass Sekundärwellen - auch bei stärksten Beben - in bestimmten Regionen nicht mehr aufzuspüren

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Kapitel 1

0° Erdbebenherd

103° en tt ll ha we ns c ä r K e r P ri m d er en

143° 180°

Primärwellen Sekundärwellen

E

rdbebenwellen sind wichtige Hilfsmittel bei der Erkundung des Erdinneren

sind, während Primärwellen dort noch registriert werden. Offensichtlich gibt es eine „Schattenzone“ für Sekundärwellen, da diese im flüssigen äußeren Kern absorbiert werden. Stellt man sich die aufgeschnittene Erde als idealtypischen Kreis vor, lässt sich das Prinzip gut nachvollziehen. Bezugspunkt ist ein Erdbebenherd an der 0 Grad-Position eines Kreises. Die Primärwellen durchlaufen den äußeren Kern ohne Probleme, werden aber an der Kern/Mantel-Grenze gebrochen und teilweise reflektiert. An der Erdoberfläche ergibt sich dadurch im Winkel zwischen 103 und 143 Grad eine so genannte „Schattenzone“ – einen Bereich, in dem die Seismographen keine Primärwellen registrieren. S-Wellen werden vom flüssigen äußeren Erdkern absorbiert und können sich daher nur über den Mantel ausbreiten. Ihre Schattenzone ist erheblich größer: Im gesamten Winkelbereich oberhalb von 105 Grad in Bezug auf den Bebenherd sind diese Wellen nicht mehr messbar.

Anhand von Laufzeitberechnungen der Erdbebenwellen und der Interpretation der „Schattenzonen“ wurde die Grenze zwischen dem flüssigen äußeren Kern und dem festen Mantel (Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität) auf 2.890 Kilometer Tiefe festgelegt. Die Grenze zwischen dem flüssigen äußeren und dem festen inneren Kern befindet sich in 5.150 Kilometern Tiefe, hier werden Primärwellen noch einmal beschleunigt. Mit den Dichteunterschieden (flüssiger oder fester Zustand der Erdbestandteile) ändern sich auch die Temperaturen. So ist die Kern/Mantel-Grenze gleichzeitig auch eine Temperaturgrenze (Thermal boundary layer). Dabei erhöhen sich die Temperaturen vom Mantel zum Kern in diesem Bereich um circa 1.000 Grad Celsius. Der Erdkern ist zu etwa 80 Prozent aus Eisen aufgebaut. Die restlichen 20 Prozent bestehen wahrscheinlich aus Nickel, Silizium, Sauerstoff und Schwefel. Der hohe Anteil an Eisen konnte in Laborversuchen

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

nachgewiesen werden, bei denen das Verhalten von Erdbebenwellen in festem und flüssigem Eisen gemessen wurde. Dabei ergaben sich ähnliche Ergebnisse wie bei Erdbebenwellen, die die Erde durchlaufen. Damit wird auch die bereits erwähnte wissenschaftliche Theorie gestützt, nach der das schwere Eisen während der Erdentstehung zum Erdmittelpunkt abgesunken ist.

1.3.2 Erdmantel Der Erdmantel umfasst 82 Prozent des Erdvolumens und wird hauptsächlich aus Siliziumdioxid (SiO2), Magnesium, Kalzium und Eisen aufgebaut. Er umschließt in einer Tiefe von 2.890 Kilometern den Erdkern und reicht an den mittelozeanischen Rücken bis an die Erdoberfläche. Der obere Mantelbereich - die Asthenosphäre - ist zumindest teilweise aufgeschmolzen. Das belegen die Geschwindigkeiten von Sekundärwellen die hier vom aufgeschmolzenem Material absorbiert werden. Die Untergrenze der Asthenosphäre befindet sich in 200 Kilometer Tiefe. Es folgt eine Zone, in der es aufgrund der hohen Druckverhältnissen zu Mineralumwandlungen kommt. Die Zusammensetzung des unteren Mantels und die Kristallstrukturen der Mineralien ändern sich zwischen 700 und 2.900 Kilometern Tiefe nur wenig. Die Grenze zwischen Mantel und Kern ist wieder durch einen großen Sprung in Bezug auf die Dichte gekennzeichnet. Während der Kern noch eine Dichte von etwa 10 bis 13 Gramm pro Kubikzentimeter besitzt, geht sie im unteren Erdmantel auf unter fünf Gramm pro Kubikzentimeter zurück. Dieser „Dichtesprung“ wird durch den Übergang vom schweren Eisenkern zum leichten Mantel aus Magnesiumund Eisensilikaten erklärt.

S

imulation der Konvektionsströmungen im Erdmantel. blau = kühlere, orange = heißere Strömung

Im Erdmantel liegen die Antriebsmechanismen für die Bewegungen der Lithosphärenplatten. Ursache sind Konvektionsströmungen des glutflüssigen Magmas, die den Temperaturunterschied von Kern zur Erdoberfläche ausgleichen. Dabei handelt es sich um ein Kreislaufsystem, in dem geschmolzenes Gesteinsmaterial ständig aufsteigt und wieder absinkt. Dieser Vorgang kann mit dem langsamen Erhitzen von Wasser auf einer Herdplatte verglichen werden: Das Wasser wird von unten erwärmt, dabei dehnt es sich aus und seine Dichte verringert sich. Es steigt an die

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Kapitel 1

Vor 4,5 Milliarden Jahren ist die Erde ein rotglühender Feuerball ohne Meere oder Kontinente.

Sie ist dem ständigen Bombardement von Meteoriten ausgesetzt, die durch ihre Einschlagsenergie die Erde immer weiter aufheizen.

Durch die Hitze kommt es zu Aufschmelzungen und die schweren Elemente beginnen in Richtung Erdmnittelpunkt zu sinken.

Leichtere Elemente steigen an die Oberfläche. Langsam bilden sich die Erdschichten, der eisenhaltige Erdkern innen, die langsam erstarrende Kruste außen.

Vor rund 3,4 Milliarden Jahren ist die Erdoberflävche abgekühlt und die ersten Kontinente und Meere entstehen.

Erst die Entstehung des Lebens und besonders der ersten Algen, schuf die sauerstoffreiche Atmosphäre, die heute unseren Planeten umgibt.

Oberfläche, breitet sich seitlich aus und sinkt an den Rändern wieder ab, da sich durch Abkühlung an der Oberfläche seine Dichte erhöht. Der Kreislauf beginnt von vorn. Überträgt man dieses Modell auf die Erde, bedeutet dies, dass dort, wo heißes Material nach oben steigt und in gegensätzliche Richtungen seitlich wieder abfließt, die Platten auseinander gezogen werden, sie divergieren. An Stellen, wo zwei Platten aufeinander treffen oder konvergieren, zieht das kälter und schwerer werdende Material eine Platte mit in die Tiefe. Dabei wird in der Regel die schwerere ozeanische Platte unter die leichtere kontinentale Platte gedrückt. Die ozeanische Platte wird subduziert. Andere Hypothesen gehen allerdings davon aus, dass die an den Subduktionszonen absinkenden Platten durch ihr eigenes Gewicht nach unten gezogen werden („slab pull“ = „Platten-Zug“) und ausgehend von Stellen, wo Magma aufsteigt, seitlich weggeschoben werden („ridge-push“ = „Rückendruck“).

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Die Erde - Ein dynamischer Planet

1.3.3 Erdkruste Die Erdkruste ist, der menschlichen Haut vergleichbar, nur ein dünner, spröder Überzug über dem Erdmantel. Die Grenze zwischen Kruste und Mantel, die zwischen zehn und 65 Kilometern unter der Erdoberfläche liegt, wird nach einem Seismologen Mohorovicic-Diskontinuität (kurz Moho) genannt. Unter den hohen Gebirgen erreicht die Erdkruste die größte Mächtigkeit, unter den Ozeanen ist sie am dünnsten. Die äußere „Haut“ unserer Erde wird in die kontinentale und ozeanische Kruste gegliedert. Diese Krustenbestandteile unterscheiden sich deutlich in Dichte, Gesteinsvorkommen, Dicke sowie in Alter und Herkunft. Ozeanische Kruste wird ausschließlich an den Mittelozeanischen Rücken gebildet. Sie besteht hauptsächlich aus basaltischen Gesteinen, die von Tiefseesedimenten überlagert werden. Die leichtere kontinentale Kruste setzt sich vorwiegend aus Graniten zusammen. Die Dichteunterschiede der Krustengesteine sind besonders wichtig, da sie darüber entscheiden, wie sich die Kontinentalplatten an den Plattengrenzen verhalten, denn im Bereich von Subduktionszonen wird die ozeanische Kruste aufgrund der größeren Dichte immer unter die kontinentale Kruste gedrückt. Dies führt zur Entstehung von Tiefseegräben auf der einen und zur Auffaltung von Gebirgen auf der anderen Seite. Während die schwerere ozeanische Kruste maximal 15 Kilometer Mächtigkeit erreicht, ist die leichtere kontinentale Kruste mit bis zu 65 Kilometern Tiefe weitaus dicker. Die ozeanische Kruste ist mit einem maximalen Alter von rund 200 Millionen Jahren geologisch gesehen ziemlich jung, da sie im Bereich ie kontinentale Kruste hat eine der Subduktionszonen abtaucht und dabei wieder völlig aufgeschmolgeringere Dichte als die ozeanizen wir. Sowohl die ozeanischen als auch die kontinentalen Krusten sche, obwohl sie mächtiger ist bilden zusammen mit der starozeanische kontinentale ozeanische Erdkruste Erdkruste Erdkruste ren, festen Schicht des oberen Mantels die Lithosphäre (griech.: lithos = Stein). Die Lithosphäre Kontinentale Kontinentale bildet dabei keine einheitliche SchelfSchelfsedimente sedimente Schicht, sondern gliedert sich in gut ein Dutzend großer Konti0 nentalplatten. Diese wiederum Basalt Basalt 10 „schwimmen“ aufgrund ihrer 20 geringeren Dichte als eigenstän30 ˆ ´ Diskontinuität Mohorovicicdige Einheiten auf der teilweise Grenze Erdkruste/Erdmantel 40 aufgeschmolzenen und damit 50 zähplastischen Asthenosphäre 60 Lithosphäre (bis 100 km Tiefe) (griech.: asthenos = weich). Der 70 Übergangsbereich von der Litho80 zur Asthenosphäre schwankt 90 Asthenosphäre (bis 200 km Tiefe) 100 km dabei zwischen einer Tiefe von 30 bis rund 100 Kilometern.

Erdmantel

Erdkruste

D

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2

Partner im All Die Erde im Sonnensystem

D

ie Erde schwebt nicht alleine im All, sondern sie ist Teil einer „Planetenfamilie“ – des Sonnensystems. Gemeinsam mit acht weiteren Planeten kreist sie um die Sonne, dem Zentralstern dieses Systems. Ohne sie wäre die Erde nur ein eiskalter Gesteinsbrocken ohne Leben und auch die benachbarten Planeten könnten in der jetzigen Form nicht existieren. Die Sonne schöpft ihre Energie aus der Kernfusion. In ihrem Inneren verschmelzen Wasserstoffatome zu Helium und setzen dabei gewaltige Mengen an Energie frei. In jeder Sekunde wandelt die Sonne dadurch fast fünf Millionen Tonnen Materie in Hitze und Strahlung um. Als elektromagnetische Wellen und hochenergetische Teilchenströme verteilt sich diese Energie im gesamten Sonnensystem. Sie liefern der Erde einerseits Wärme und die für alle Organismen benötigte Energie – gleichzeitig aber stellen sie auch eine ständige Gefahr dar, denn die „harte“ Strahlung könnte in kurzer Zeit alles Leben auf der Erdoberfläche zerstören, wenn nicht die Atmosphäre und das irdische Magnetfeld uns wie eine Schutzhülle umgeben würden. Die Schwerkraft der Sonne ist die zentrale Kraft, die die Planeten, ihre Trabanten und alle anderen Himmelskörper im Sonnensystem in ihren Bahnen hält, wobei sich die verschiedenen Himmelskörper teilsweise auch gegenseitig beeinflussen. Die Planeten drehen sich, von oberhalb des Sonnen-Nordpols gesehen, gegen den Uhrzeigersinn und bewegen sich dabei annähernd in einer gleichen Bahnebene.

D

ie Sonne: Zentralstern unseres Sonnensystems und einer der wichtigsten Einflussfaktoren für die Erde

Die einzige Ausnahme ist Pluto, der äußerste Planet des Sonnensystems. Die Bahn des erst 1930 entdeckten Planeten ist nicht nur um 18 Grad gegenüber der Ekliptik gekippt, sie ist auch extrem elliptisch. Wegen seiner geringen Größe und der extremen Umlaufbahn vermuten Astronomen, dass er ursprünglich nicht aus dem Sonnensystem stammt sondern ein Asteroid sein könnte, der von der Schwerkraft der Sonne eingefangen wurde. Im Jahr 2003 entdeckten Astronomen

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Kapitel 2

außerhalb der Pluto-Umlaufbahn einen weiteren „Fremdling“: Sedna oder offiziell „2003 VB12“. Der Planetoid ist der größte um unsere Sonne kreisende Himmelskörper, den Astronomen seit der Entdeckung Plutos aufgestöbert haben. Jetzt wird diskutiert, ob Sedna möglicherweise auch den Planetenstatus erhalten müsste – oder aber ob Pluto vielleicht doch wieder zum bloßen Planetoiden „degradiert“ wird.

S

o könnte der neu entdeckte Planetoid Sedna aussehen. Bisher ist jedoch nur bekannt, dass seine Oberfläche ähnlich rötlich gefärbt ist wie die des Mars

Die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars bilden eine eigene Untergruppe innerhalb des Sonnensystems, denn sie alle bestehen aus fester Materie. Sie werden deshalb auch als terrestrische, erdähnliche, Planeten bezeichnet. Die äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind dagegen Gasplaneten – gewaltige Zusammenballungen von gasförmiger Materie. Der „Außenseiter“ Pluto weicht auch hier wieder vom Muster ab: Er besteht vermutlich aus einem Gemisch aus Stein und Eis. Zwischen Mars und Jupiter liegt der Asteroidengürtel, in dem Geröllbrocken unterschiedlichster Größe und mindestens 7.000 Kleinstplaneten auf mehr oder weniger exzentrischen Bahnen um die Sonne kreisen. Aus ihnen können durch Störeinflüsse der Planeten einzelne Asteroiden herausgeschleudert werden und dann als Meteoriten auch die Erde treffen.

2.1. Ein Planet in Bewegung Weil die Erde nicht isoliert im All schwebt, ist sie auch einer Vielzahl von kosmischen Einflüssen ausgesetzt – und wirkt ihrerseits auch auf ihre „Nachbarn“. Viele irdische Phänomene sind daher eine Folge solcher Wechselwirkungen.

Steckbrief Erde Umfang am Äquator Radius am Äquator Oberfläche Masse Mittlere Dichte Rotationsperiode Umlaufbahn Fliehkraft Schwerkraft Äquator Mittlere Temperatur der Oberfläche Minimaltemperatur Maximaltemperatur Atmosph. Druck

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40.075 km 6.378,14 km 510.065.700 km2 5,973 1024 km 5,515 g/cm3 23,934 Stunden 365,24 Tage 11.180 m/s 9,766 m/sec2 15°C -88°C 58°C 1,013 bar

Die Erde ist ein bewegter Planet, sie steht niemals still. In fortwährender Bewegung umkreist sie ihren Zentralstern, die Sonne. Trotz der enormen Geschwindigkeit von fast 30 Kilometern in der Sekunde braucht die Erde immerhin ein Jahr, um die 940 Millionen Kilometer ihrer Umlaufbahn zurückzulegen. Weil der Erdorbit elliptisch ist, verändert sich während der Umkreisung der Sonne der Abstand der Erde zur Sonne. Zusätzlich ist die Erdachse nicht gerade, sondern um rund 23 Grad zur Bewegungsrichtung der Erde geneigt. Dadurch schwankt die Stärke der Sonneneinstrahlung auf der Erde im Laufe eines Jahres - es entstehen die Jahreszeiten und die verschiedenen Klimazonen. Von Beginn unseres Planeten an haben daher auch kosmische Konstellationen das Gesicht der Erde entscheidend mit beeinflusst. Wie die umgebenden Planeten und Sterne dreht sich auch die Erde um sich selbst. Für eine komplette Rotation braucht sie 24 Stunden – einen Tag. Am Äquator entspricht dies einer Geschwindigkeit von

Partner im All - Die Erde im Sonnensystem 23,27°= Neigung der Rotationsachse gegenüber einer Senkrechten auf der Ekliptik 21. Juni Sommersonnenwende

23. September HerbstTagundnachtgleiche

151,1

Mio.

km

nd bsta ter A größ (Aphel) o. km tand r Abs) e t s n l klei (Perihe 9 Mi

147,0

21. Dezember Wintersonnenwende

U m la u

fbahn (Orbit) 364 5 Tage / 940 Mio. km (G esc h w . 3 9 ,7 8 k m/s)

rund 1.670 Kilometern pro Stunde. Würde ein Flugzeug mit etwa der 1,3-fachen Schallgeschwindigkeit um die Erde Richtung Westen fliegen, könnten die Passagiere so dem Sonnenuntergang immer eine Flügelspitze voraus sein, die Nacht würde sie nicht einholen. Die bei der Rotation entstehenden enormen Fliehkräfte bleiben nicht ohne Auswirkungen: denn weil die Fliehkräfte am Äquator größer sind als an den Polen, verleihen sie der Erdkugel eine leicht abgeplattete Form. Der Erdradius ist daher am Pol 22 Kilometer kürzer als am Äquator.

21. März FrühlingsTagundnachtgleiche

D

ie ständige Veränderung der Sonneneinstrahlung auf der Erde bestimmt die Tageslängen, Jahreszeiten und letztendlich unser gesamtes Klimageschehen

Die Erde erscheint dem Menschen zwar riesig groß, doch mit einer Masse von 5,973 x 1024 Kilogramm gehört sie eher zu den Leichtgewichten des Weltalls. Der Gasplanet Jupiter beispielsweise ist um das 317 fache schwerer als die Erde und selbst einige seiner Monde übertreffen sie. Durch ihre enorme Masse beeinflussen Jupiter und Saturn - die größten Planeten des Sonnensystems - nicht nur die Bahnen und die Geologie ihrer Trabanten, sie wirken sich sogar auf die Erde aus. Die gewaltigen Anziehungskräfte dieser Nachbarplaneten verursachen kleinste Abweichungen in Umlaufbahn und Rotation unseres Planeten. In einem Rhythmus von etwa 41.000 Jahren verändert sich beispielsweise dadurch die Neigung der Erdachse – mit zum Teil weit reichenden Folgen für das irdische Klima.

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Kapitel 2

Zusätzlich „trudelt“ die Erde wie ein großer Kreisel, kurz bevor er umfällt (Präzession). Und auch die Erdumlaufbahn unterliegt großen Schwankungen: Innerhalb von 92.000 Jahren verändert sich die Erdbahn von einer elliptischen hin zu einer fast kreisförmigen Umlaufbahn (Exzentrizität). Diese Schwankungen nehmen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde - bei bestimmten Konstellationen können dadurch sogar extreme Kälteperioden, wie die „Eiszeiten“, eingeleitet werden.

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ie Anziehungskraft des Mondes wirkt auch auf das Wasser der Ozeane und bewirkt so die Gezeiten

Wie die Erde von der Anziehungskraft der Sonne in ihrer Bahn gehalten wird, hält sie ihrerseits durch ihre Schwerkraft den Mond als Trabanten fest. Er umkreist sie auf einer leicht elliptischen Bahn und braucht dabei für eine Umrundung 27,3 Tage – einen Mondmonat. Weil die Masse im Mondkern nicht ganz gleichmäßig verteilt ist, wird eine Seite stärker von der Erde angezogen als die andere, deshalb kehrt der Mond der Erde immer die gleiche Hälfte zu. Die Anziehungskräfte des Mondes und der Sonne bewirken die Gezeiten. Das Wasser der Ozeane - und auch das Gestein der Erdkruste – wird vom Mond und in geringerem Maße auch von der Sonne mal mehr mal weniger stark angezogen, es bilden sich Ebbe und Flut. Auf diese Weise tragen auch Himmelskörper zur Formung der Landschaften unserer Erde bei.

2.2. Nachbarn im All

S

o wie die Erde von der Anziehungskraft der Sonne in ihrer Bahn gehalten wird, hält sie ihrerseits durch ihre Schwerkraft den Mond als Trabanten fest

Aus einem gemeinsamen Urnebel entstanden, haben alle Himmelskörper im Sonnensystem einiges gemeinsam: Sie sind etwa gleich alt, bestehen aus den gleichen Grundbausteinen der Materie - und werden vermutlich auch zur gleichen Zeit zugrunde gehen, nämlich dann wenn die Sonne ihren Lebenszyklus beendet. Doch bei allen Ähnlichkeiten: Kein Planet im Sonnensystem gleicht dem anderen – und die Erde ist auf besondere Weise einzigartig unter ihren „Geschwistern“. Denn auf ihr hat sich ein dynamisches System entwickelt, in dem die Elemente auf eine ganz besondere Weise zusammenwirken, sich gegenseitig beeinflussen, prägen und vor allem das Leben ermöglichen.

2.2.1 Der Mond – irdischen Ursprungs? Der Mond kreist nicht nur in unmittelbarer Nachbarschaft zur Erde, er ist auch höchstwahrscheinlich teilsirdischen Ursprungs. Astronomen gehen davon aus, dass er in der Frühzeit des Sonnensystems entstand, als ein Protoplanet von der Größe des Mars mit der jungen Erde kollidierte. Beide Himmelskörper verschmolzen, doch ein Teil

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Partner im All - Die Erde im Sonnensystem

D

ie Erde und ihre „Familie“: das Sonnensystem

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Kapitel 2

des beim Einschlag herausgeschleuderten Materials sammelte sich unmittelbar in Erdnähe und bildete allmählich den Erdtrabanten. Die sehr erdähnliche chemische Zusammensetzung des Mondgesteins und der nahezu fehlende Eisenkern des Mondes sind Hinweise auf ein solches Szenario.

O

lympus Mons – der größte Vulkan des Sonnensystems liegt auf dem Mars

Doch trotz diesen gemeinsamen Ursprungs scheint der Mond heute nur noch wenig Ähnlichkeit mit der Erde zu besitzen: Er hat weder eine Atmosphäre noch glüht heiße Magma in seinem Inneren – er ist erstarrt. Seine Größe und Dichte reichte nicht aus, um eine Gashülle an sich zu binden und auch für das „In-Gang-halten“ der Hitze in seinem Kern ist er zu klein. Als Folge ist der Mond heute ein lebloser, seit Jahrmilliarden Jahren geologisch inaktiver Himmelskörper.

2.2.2 Die Venus – heiß und tödlich Auch unser nächster Nachbar im All, die Venus, bietet kein besseres Bild: Auf den ersten Blick hat sie vieles mit der Erde gemeinsam: Die Venus ist fast gleich groß und schwer, besteht aus Gestein und besitzt eine Atmosphäre. Doch damit endet auch schon die Ähnlichkeit mit der Erde.

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ie Oberfläche der Venus zeigt starke Spuren tektonischer und vulkanischer Aktivität

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Die Venusatmosphäre ist alles andere als lebensfreundlich: Ein Druck von 90 Atmosphären, so viel wie tausend Meter tief unter der Oberfläche der irdischen Ozeane, lasten auf ihrer Oberfläche. Der Treibhauseffekt der Kohlendioxid-haltigen Gashülle heizt sie bis auf knapp 470 Grad Celsius auf – und macht die Venus damit heißer als den nur halb so weit von der Sonne entfernten Planeten Merkur. Wie die Oberfläche unseres Schwesterplaneten aussieht, wissen wir nur aus Radarmessungen – denn eine dichte Wolkenschicht verbirgt ihr Gesicht. Die Radaraufnahmen zeigen deutliche Spuren einer starken tektonischen und vulkanischen Aktivität. Neben gewaltigen Verwerfungen und Vulkankegeln überziehen so genannte „Coronae“ die Venusoberfläche. Diese runden, von Krustenbruchstellen umgebenen Senken entstehen wahrscheinlich an lokalen „Hot Spots“, Orten, an denen Magma aus dem Inneren des Planeten an die Oberfläche drängt.

Partner im All - Die Erde im Sonnensystem

2.2.3 Der Mars – „kleiner Bruder“ der Erde Der Erde geologisch am ähnlichsten ist nach bisherigen Erkenntnissen der Mars. Doch der „kleine, kalte Bruder“ der Erde ist ein Planet der Extreme: Auf ihm finden sich Landschaftsformen, gegen die der Mount Everest oder der Grand Canyon wie Zwerge wirken. Der größte Vulkan des Mars, der Olympus Mons ist dreimal so hoch wie der Mount Everest, 24 Kilometer weit ragt er aus der ihn umgebenden Ebene in die dünne Marsatmosphäre hinauf - so hoch wie kein anderer Vulkan des gesamten Sonnensystems. Geologen vermuten, dass solche Riesenvulkane deshalb auf dem Mars entstehen können, weil sich seine Kruste nicht, wie auf der Erde, ständig im Rahmen plattentektonischer Vorgänge bewegt und verändert. Aufsteigendes Magma kann sich daher, so die Hypothese, ungestört weitaus höher auftürmen als bei uns. Zwar gibt es Anzeichen für starke Wassererosion in der Vergangenheit, allerdings sind es heute vor allem Staubstürme, die die Oberflächenformen des Mars beeinflussen und verändern. Aber nicht nur bei seinen Gebirgen ist der Mars rekordverdächtig, auch wenn es um Tiefe geht, kommt ihm an Dramatik kaum ein Planet gleich: Wie ein gewaltiger Einschnitt erstreckt sich über ein Fünftel seiner gesamten Oberfläche eine Schlucht von nahezu unvorstellbaren Ausmaßen: Valles Marineris. 4.000 Kilometer lang, 600 Kilometer breit und sieben Kilometer tief ist sie. Das gesamte Himalaya-Gebirge hätte in diesem Canyon Platz, nur die höchsten Gipfel würden noch herausragen.

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alles marineris, der „Grand Canyon“ des Mars ist mehr als sechs Kilometer tief

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er Südpol des Mars ist von gefrorenem Kohlendioxid und geringen Mengen Wassereis bedeckt

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Kapitel 2

Die Planeten des Sonnensystems

Merkur: Der sonnennächste Planet ist der Merkur. Auf der Sonnenseite herrschen Temperaturen bis 430 Grad Celsius. Nach dem Pluto ist er der zweitkleinste Planet des Sonnensystems.

Venus: Die Venus leuchtet als Morgen- oder Abendstern heller als alle anderen Planeten und Fixsterne. Sie ist der Schwesterplanet der Erde.

Erde: Von der Sonne aus gesehen ist die Erde der dritte und größte der inneren Planeten. Mit etwa 30 Kilometern pro Sekunde umkreist sie die Sonne. Als einziger Planet im Sonnensystem enthält die Erdatmosphäre einen für Lebensvorgänge ausreichenden Sauerstoffanteil.

Mars: Der Mars ist der nächste Planet außerhalb der Erdbahn. Zusammen mit Merkur, Venus und Erde gehört er zu den terrestrischen Planeten, die aus Metallen und Gesteinen zusammengesetzt sind. Er besitzt eine dünne Atmosphäre, die zu 95 Prozent aus Kohlendioxid besteht.

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Partner im All - Die Erde im Sonnensystem

Neptun: Der Neptun ist der äußerste der vier sogenannten „Riesenplaneten“. Seine mittlere Entfernung zur Sonne beträgt 4.500 Millionen Kilometer und eine Reise zu ihm würde in einer Raumsonde 31 Jahre dauern.

Pluto: Stellt man sich die Sonne als Körper mit einem Meter Durchmesser vor, so hätte der Pluto etwa die Größe eines Stecknadelkopfes. In diesem Maßstab wäre er rund vier Kilometer von der Sonne entfernt.

Uranus: Obwohl der Uranus zu den größten Planeten zählt, wurde er erst 1781 entdeckt. Eine Reise in einer Raumsonde zu diesem Planeten würde etwa 16 Jahre dauern.

Jupiter: Der Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems. Er ist ungefähr 317 mal schwerer als die Erde und sein Durchmesser fast elf mal größer. Der rote Fleck mit etwa 40.000 Kilometern Durchmesser ist ein mächtiger Wirbelsturm

Saturn: Hauptsächlich Wasserstoff und Helium bauen den Gasriesen Saturn auf. Der zweitgrößte Planet wird von Eis, Stäuben und anderen Bruchstücken umkreist. Sie bilden die charakteristischen, nur wenige Kilometer dicken Ringe. Sie haben einen Durchmesser von fast 280.000 Kilometern.

31

Kapitel 2

Eines der ungewöhnlichsten und bis heute rätselhaftesten Phänomene des Mars ist sein „Januskopf“. Der Planet teilt sich in zwei sehr unterschiedliche Hälften: Während die südliche Halbkugel durch kraterübersäte, zerklüftete Hochebenen geprägt ist, besteht die durchschnittlich sechs Kilometer tiefer liegende nördliche Halbkugel aus sanfterem, flacherem und jüngerem Terrain. Planetengeologen vermuten, dass möglicherweise ein Meteoriteneinschlag in der Frühzeit des Planeten für diese seltsame Zweiteilung verantwortlich sein könnte.

B

lick auf marsianisches Terrain, aufgenommen vom NASA-Marsfahrzeug „Spirit“

Das kalte Klima und die dünne Atmosphäre machen heute die Existenz von flüssigem Wasser an der Oberfläche des Roten Planeten nahezu unmöglich. Doch gewaltige Ausflusssenken, Netzwerke aus ausgetrockneten Flussbetten und Spuren austretenden Wassers an Kraterrändern zeugen von einer wasserreichen Vergangenheit. Der Wandel von einer warmen, feuchten und lebensfreundlichen Umgebung in einen kalten und trockenen Planeten trat vermutlich irgendwann vor rund 3,5 Milliarden Jahren ein – warum, ist bis heute nicht geklärt.

2.3 Die Milchstraße

D

ie Andromeda-Galaxie liegt zwei Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt

Die Erde und mit ihr das Sonnensystem mit allen seinen Planeten und Asteroiden sind wieder Teil eines größeren Ganzen, unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. In ihr kreisen mehr als 200 Milliarden Sterne um ein gemeinsames Zentrum. An ihrer breitesten Stelle reicht die Milchstraße rund 100.000 Lichtjahre weit ins All hinaus. Das Sonnensystem mit der Erde liegt dabei gerade mal in ihrem äußeren Drittel – gewissermaßen in einem „ruhigen Vorort“ der Galaxie. Die Erde braucht daher mehr als 200 Millionen Jahre, um das galaktische Zentrum vollständig zu umrunden. Am nächtlichen Himmel ist die Milchstraße als ein helles Band zu sehen, das in der nördlichen Hemisphäre von Süden nach Norden verläuft. Doch auch die Milchstraße ist nur eine von Milliarden anderer Galaxien, die sich durch den interstellaren Raum bewegen. Sie selbst wird in einer Entfernung von 200.000 Lichtjahren von zwei kleineren Nachbargalaxien umkreist, der großen und der kleinen Magellanschen Wolke. Die nächste größere Galaxie, Andromeda, liegt zwei Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Sterne, Galaxien und Gaswolken gibt es in unserem Universum offensichtlich reichlich – doch wie sieht es mit Planeten aus? Lange Zeit war das Sonnensystem die einzige uns bekannte Planetenansammlung im All. Heute mehren sich die Hinweise darauf, dass es sowohl in der Milchstraße als möglicherweise auch in anderen Galaxien weitaus mehr

32

Partner im All - Die Erde im Sonnensystem

W

asserplanet Erde: Ist sie der einzige belebte Himmelskörper im gesamten Universum?

I

m Zentrum der Milchstraße (oben links) könnte sich ein supermassives Schwarzes Loch verbergen

Planetensysteme geben könnte als bislang angenommen. Allein bis Juli 2004 haben Astronomen 123 extrasolare Planeten entdeckt. Sie gehören alle zu den Gasriesen, sind aber noch größer als Jupiter und Saturn und umkreisen ihre Zentralsterne meist in relativ geringer Entfernung. Kleinere, erdähnliche Planeten mit fester Kruste sind dagegen bisher noch nicht nachgewiesen worden. Aber nach Ansicht von Astronomen könnte es durchaus auch solche „Erdzwillinge“ im Weltall geben - die Auflösung unserer heutigen Teleskope reicht nur noch nicht aus, um sie zu finden.

D

ie Milchstraße ist nur eine von Milliarden Galaxien im Kosmos. Als Spiralen, Ellipsen oder unregelmäßige Sternenhaufen sind auch diese nicht wahllos verteilt, sondern bilden meist Galaxienhaufen, die so genannten Cluster

I

nfrarot-Blick auf unsere Milchstraße. Das Zentrum ist als rund 30.000 Lichtjahre dicke Aufwölbung zu erkennen

33

3

Zeitzeugen Das Alter der Gesteine

K

orallen im Rheinischen Schiefergebirge, reißende Flüsse in der Sahara, Palmen in der Antarktis und tonnenweise Eis über Norddeutschland - es klingt vielleicht verrückt, aber das hat es alles einmal gegeben. Viele Geschichten aus der Chronik der Erde sind nicht mehr nur den Forschern bekannt: Geschichten von den Dinosauriern, wie sie lebten und wie sie zu Grunde gingen, die Entwicklung des Menschen oder wie sich der gewaltige Himalaja auftürmte gehören inzwischen längst zum Allgemeinwissen. Doch eines bleibt oft im Unklaren: Woher wissen die Forscher, was vor Jahrmillionen geschah? Die Berichte sind meistens so plastisch und so detailliert, dass man glauben könnte, jemand wäre dabei gewesen. In den meisten „Geo-Geschichten“ ist dies natürlich vollkommen unmöglich. Denn uns, Homo sapiens, gibt es erst seit 115.000 Jahren. Die beschriebenen Ereignisse dagegen liegen Millionen, ja sogar Milliarden Jahre zurück. Die Helfer der Geowissenschaftler heißen „Stein, Fossil und Co.“. Sie sind wichtige Zeitzeugen der Vergangenheit, die von den Entwicklungen und Veränderugnen im Laufe der Erdgeschichte erzählen. Ihre Sprache wird jedoch erst nach und nach gedeutet und enträtselt. Puzzlestück für Puzzlestück entsteht so mithilfe dieser Zeugen das

C

ephalopoden (links) in einem Bett aus Epidauruskalk. Der Fundort liegt in der Region um Epidaurus im Osten des griechischen Peloponnes

F

ossile Korallen, wie hier aus Bergisch Gladbach, liefern wertvolle Hinweise auf die ökologischen Bedingungen vergangener Zeitalter

35

Kapitel 3

E

in Ammonit - „Helfer“ der Geowissenschaftler

Bild der Vergangenheit unseres Planeten und seiner Bewohner. In den letzten 100 Jahren haben die Geowissenschaftler dank der modernen Methoden der Alterbestimmung enorme Fortschritte gemacht. Damals tappte man dagegen bei der zentralen Frage, wie alt unser Planet ist, noch vollends im Dunkeln. Ohne die Hilfe moderner Technologie mussten sie sich die Forscher bei der Frage nach dem Erdalter mit anderen Methoden behelfen. Der Ire John Joly ermittelte im Jahr 1899 das Alter der Erde über den Salzgehalt der Meere. Es war bekannt, dass Flüsse Salz in die Meere transportieren und das der Salzgehalt der Ozeane etwa 3,5 Prozent betrug. Joly schätzte, dass die Ströme etwa 90 Millionen Jahre benötigt haben mussten, um den damals aktuellen Salzgehalt zu erreichen und setzte diesen Wert mit dem wahrscheinlichen Alter der Erde gleich. Eine vergleichsweise bescheidene Zahl, verglichen mit dem heute bekannten Erdalter von 4,5 Milliarden Jahren. Wo lag sein Fehler? Er bedachte nicht, dass die in die Meere transportierten Salze wieder zu festem Gestein werden können und so der Salzgehalt keinen großen Schwankungen unterworfen ist. Damit hätte sich auch gleich die Frage geklärt, wie das Salz in die Meere kommt und warum die Meere mit der Zeit nicht immer salziger werden. Auch wenn John Joly mit seinen Berechnungen weit daneben lag, vertrat er doch damals bereits das Prinzip des Aktualismus und damit ein bis heute ebenso gültiges wie einfaches Prinzip. Es wurde vom schottischen Landwirt Hutton im Buch „Theory of the earth“ aufgestellt und später vor allem durch Charles Lyell bekannt gemacht. Das Prinzip besagt: „Die Gegenwart ist der Schlüssel zur Vergangenheit“. Es bedeutet, dass heute ablaufende geologische Prozesse nach genau den selben Gesetzen ablaufen, wie vor einigen Tagen, Wochen oder auch Jahrmillionen. Demnach ist ein Sandstein mit deutlichen Schichtungen vor Millionen von Jahren genauso durch den Transport und die Verfestigung von Sandkörnchen entstanden, wie es heute zum Beispiel an einer Düne am Strand in der Gegenwart geschieht.

36

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

3.1 Eine Frage des Alters So wie die Gegenwart der Schlüssel zur Vergangenheit ist, können die Prozesse der Vergangenheit ebenso helfen, Entwicklungen der Zukunft zu prognostizieren. Daher werden heute Computermodelle mit den Klimadaten der Vergangenheit gefüttert, um zukünftige Entwicklungen zu simulieren. Ähnlich wie Historiker die Geschichte in allen Epochen verstehen wollen, versuchen daher Geowissenschaftler und Forscher anderer Fachbereiche, die Umweltverhältnisse seit der Entstehung der Erde zu durchschauen. Es gilt, eine 4,5 Milliarden Jahre lange Geschichte in detektivischer Arbeit zu entschlüsseln: Der Fall Erde wird aufgeklärt. Dabei ist die Bestimmung des Alters von Schichten und Gesteinen besonders wichtig. Grundsätzlich gibt es zwei Methoden der Altersbestimmung: Die Relative (ein Gestein ist jünger oder älter als ein anderes) und die Absolute (ein Gestein ist 300 Millionen Jahre alt).

ünensand auf Sylt - das Alter liegt zwischen zwei und sieben Millionen Jahren

D

3.1.1 Altersbestimmung Nicolaus Steno stellte schon im 17. Jahrhundert Grundprinzipien für Ablagerungs- oder Sedimentgesteine auf, die sich mit der Altersbestimmung befassten. Das erste Prinzip besagt, dass in einer Folge übereinander liegender Sedimentschichten immer die unteren auch gleichzeitig die älteren sind („Lageregel“). Für die Forscher heißt das: Je tiefer sie bohren oder graben, desto weiter können sie in die Vergangenheit schauen. Damit erklärt sich auch die vielleicht offene Frage, warum so viele Geowissenschaftler scheinbar immer und überall buddeln, bohren und graben. Dass Sedimentgesteinsschichten immer horizontal abgelagert werden, besagt das zweite Prinzip Stenos. Da aber zum Beispiel der Sand einer Düne meist in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche abgelagert wird, ist die zweite Regel Stenos nicht generell für alle Ablagerungen gültig. Für die meisten Sedimente gilt aber, dass sie mit Winkeln von weniger als 45 Grad abgelagert werden. Findet man also Sedimentschichten mit größeren Winkeln zur Oberfläche, wurden die Schichten nach ihrer Verfestigung verschoben oder verstellt. Mit diesen beiden Prinzipien lassen sich mehrere aufeinander liegende Schichten in eine zeitliche Reihenfolge bringen - zum Beispiel in einem Steinbruch. Die Beschreibung der Lagerungsverhältnisse, deren Klassifizierung und der Vergleich der Schichten ist die so genannte Stratigraphie, eine Teildisziplin der Geologie, die sich mit dem Schichtaufbau und der daraus resultierenden Altersbestimmung befaßt. Wenn sich zwei Gesteinsschichten in einer Region ähneln, können diese und die darüber- oder darunter lagernden Schichten unter bestimmten Umständen in einen zeitlichen Zusammenhang zuein-

37

Kapitel 3

Grundregeln der Stratigraphie Ablagerung

Faltung

Abtragung

Störung

Intrusion

Abtragung

Tonschiefer

Sandstein

Kalksandstein

Kalkstein

Muschelkalk

Magma

Sieht man eine Gesteinsfolge im Gelände, ist nicht immer sofort zu erkennen, ob eine Schicht jünger oder älter ist als eine andere. Einige geologische Grundregeln erleichtern die Bestimmung. Sedimentgesteine werden in den meisten Fällen horizontal abgelagert. Die unterste Schicht ist also immer älter als die darüber liegende. Die abgelagerten Sedimente können durch seitliche Einengung gefaltet werden. Es entstehen Mulden und Sättel. Im Laufe der Zeit werden die Erhebungen durch die Verwitterung und Erosion wieder eingeebnet. An Klüften und Störungen kommt es zu Verschiebungen der Gesteinsschichten. In diesem Fall handelt es sich um eine Abschiebung. Störungen sind immer jünger als die Schichten in denen sie liegen. Aufsteigendes Magma dringt in die überlagernden Gesteine ein. Da sich diese magmatischen Gesteine in den Sedimentgesteinen befinden, sind sie auf jeden Fall jünger. Würde man nach einer nochmaligen Abtragung über die Oberfläche dieses kleinen Ausschnitts gehen, würde man Gesteine aus drei verschiedenen Zeiten überschreiten.

38

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

ander gebracht werden. Diese Bestimmung des relativen Alters durch Vergleich funktioniert aber nur bei geringer räumlicher Entfernung der Vergleichsschichten voneinander. Denn Gesteinsschichten in zwei weit voneinander entfernten Gebieten können zwar zur selben Zeit gebildet worden sein, aber dabei ein völlig anderes Erscheinungsbild besitzen, da hier auch andere Faktoren wie beispielsweise lokale Klima- und Umwelteinflüsse eine wichtige Rolle spielen.

Es ist daher zumindest mit dieser Methode nicht möglich, diese weit entfernten Schichten in Einklang zu bringen. Treten aber in beiden Schichtarten gleiche Fossilien auf, ist dies ein stichhaltiges Indiz für dasselbe Alter. Damit ein Fossil für die Altersbestimmung genutzt werden kann, muss es aber mindestens drei Voraussetzungen erfüllen: Es muss leicht zu finden sein, zu seiner Zeit weit verbreitet gewesen sein und sich schnell von einer Art zur anderen entwickelt haben. Diese Fossilien nennt man Leitfossilien. Durch die Kombination aus Leitfossilvorkommen und der Stratigraphie wurde die weltweit anwendbare geologische Zeitskala entwickelt.

S

chrägschichtung des Navajo Sandstein im Zion National Park, USA. Für die relative Altersbestimmung gilt das Prinzip der horizontalen Ablagerung. Auch wenn Schichtfolgen unter einem bestimmten Winkel zueinander stehen

Doch wann genau lebte das Leitfossil und wann starb es aus? Diese Frage beantwortet die relative Altersbestimmung natürlich nicht. Die Entdeckung des radioaktiven Zerfalls durch Antoine Bequerel im Jahr 1895 brachte den entscheidenden Durchbruch. Bestimmte Elemente,

39

Kapitel 3

zum Beispiel Uran, Thorium oder Strontium, zerfallen und bilden unabhängig von Druck und Temperatur andere Atomarten als Zerfallsprodukte. Das zerfallende Isotop ist dabei das Mutter-, das entstehende das Tochterisotop. Die Zeit, in der aus einem Mutterisotop ein Tochterisotop wird, ist für die verschiedenen Elemente 14 14 bekannt und vor allem konstant. N C Kohlenstoff-14 zerfällt relativ schnell zu Stickstoff-14. Es dauert Neutronen Elektronen Protonen „nur“ 5.730 Jahre bis die Hälfte des Kohlenstoff-14 zerfallen ist. er radioaktive Zerfall. Ein GlücksDiese Zeitspanne ist die so genannte Halbwertszeit. Für andere Elefall für die Altersbestimmung mente liegt sie im Bereich von mehreren Milliarden Jahren. Werden nun in einem Gestein oder auch in einem Knochen die Verhältnisse von Mutter- und Tochterisotopen gemessen, lässt sich über die bekannten Halbwertszeiten bestimmen, wann das Element und damit oft auch das Gestein oder der Knochen entstanden sind. Eine absolute Zeitangabe ist damit möglich. 6 Protonen 8 Neutronen

7 Protonen 7 Neutronen Abgabe

D

R

adiometrische Altersbestimmung Mit den verschiedenen Halbwertzeiten werden unterschiedliche Materialien datiert

40

Es gibt jedoch bei Gesteinen und hier ausschließlich bei Feinsedimenten noch weitere Möglichkeiten das absolute Alter zu bestimmen. Wissenschaftler nutzen hier, wenn möglich, die Warven-Chronologie. Eine Warve ist eine aus hellen und dunklen Lagen bestehende Sedimentschicht in einem See. Die hellen Schichten enthalten Kalzitkris-

Mutterisotop

Tochterisotop

Halbwertszeit (in Jahren)

Datierbarer Zeitraum (in Jahren)

Beispiel datierbarer Materialien

235

206Pb

4,5 Mrd.

10 Mio bis 4,6 Mrd.

Zirkon, uranhaltige Mineralien

47 Mrd.

10 Mio bis 4,6 Mrd.

Glimmer, Gesamtgesteine (Metamorphite und Magmatite) Glimmer, Gesamtsteine (Vulkanite)

U (Uran)

(Blei)

87 Rb

87 Sr

(Rubidium)

(Strontium)

40

K (Kalium)

40

Ar (Argon)

1,3 Mrd.

50.000 bis 4,6 Mrd.

147 SM (Samarium)

143 ND (neodyn)

106 Mrd.

100 Mio. bis 4,6 Mrd. Granat, Hornblende

14C

14 N

5.730

100 bis 70.000

(Kohlenstoff)

(Stickstoff)

Torf, Holz, Kohle, kalkhaltige Sedimente und Schalen, Knochen, CO2 - haltiges Gletschereis

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

talle, die im Sommer abgelagert werden. Die Ablagerung der dunklen Schichten findet im Winter statt. Eine Warve umfasst damit genau ein Jahr. Ähnlich wie bei den Jahresringen eines Baumes kann über die Zählung der Warven daher das Alter des Sedimentes bestimmt werden. Auch Pollen von Bäumen und Sträuchern eignen sich als Alterszeugen: Ihre abgestorbenen Reste sind oft in Seesedimente, in Moore oder in Böden eingebettet. Aus dem Artenspektrum der Pollen und ihrer Verteilung können Wissenschaftler auf die Klimaverhältnisse rückschließen, die zur Zeit ihrer Ablagerung herrschten. Da mittlerweile die Vegetationsverhältnisse des jüngsten erdgeschichtlichen Zeitabschnitts, des Quartär, sehr gut bekannt sind, werden hier Pollen sogar für die absolute Altersdatierung genutzt.

3.1.2 Die geologische Zeitskala Die geologische Zeitskala, die auf den Altersbestimmungen von Gesteinen basiert, hilft geologische Prozesse und Ereignisse der Erdgeschichte zeitlich einzuordnen. Sie fasst mit ihren verschiedenen Erdzeitaltern Zeitabschnitte zusammen, in denen sich Ablagerungen von Gesteinen gleichen oder bestimmte Tier- und Pflanzenarten zum ersten Mal aufgetreten sind. Die Abgrenzungen der unterschiedlichen Erdzeitalter stellen meist einen Zeitpunkt besonderer Veränderungen dar. So ist zum Beispiel der Übergang vom Präkambrium zum Kambrium durch das Erscheinen schalentragender Tiere begründet. Auch das Aussterben von Tieren, so genannte Faunenschnitte, und das Verschwinden von Pflanzen dient zur Abgrenzung der Erdzeitalter. In der Erdgeschichte ist es zu mehrmaligen großen Massenaussterben gekommen, bei denen teilweise bis zu 95 Prozent aller Arten ausgelöscht wurden. Das größte Sterben fand an der Grenze von Perm und Trias vor rund 250 Millionen Jahren statt.

G

eschichtete Sedimente eines Sees. Wie die Jahresringe eines Baumes lässt sich auch hier das Alter bestimmen

P

ollen von Pflanzen lassen Rückschlüsse auf die Vegetation vergangener Zeitalter zu

41

Ära

Kapitel 3

Periode Epoche

Mio. Jahre vor heute

Bilder der Zeit

Eiszeiten (Glaziale) und Zwischen-Eiszeiten (Interglaziale) prägen die letzten 2,5 Mio. Jahre (Quartär). Die Ablagerungen aus dieser Zeit haben weltweit die größte Verbreitung. Entwicklung und Verbreitung des modernen Menschen, Aussterben kälteangepasster Tier- und Pflanzengemeinschaften. Die Erde entwickelt sich langsam zu ihrem heutigen Bild.

Holozän

Quartär Känozoikum

Was geschah?

Pleistozän

1,8 Pliozän

Eozän (vor 50,2 Mio. Jahren)

Das „Zeitalter der Säugetiere“ (auch „Tertiär“ zur Abgrenzung gegenüber Quartär), starke Entwicklung und Verbreitung der Säugetiere. Auch die Hauptfaltung der Alpen und die Kollision Indiens mit Tibet fallen in diese Zeit. Weitere tektonische Vorgänge waren das Auftauchen Islands oder die Öffnung des Roten Meeres.

Miozän

Tertiär Paläozän Eozän Paläozän

65 Meeresbewohnende Algen und Tiere bauen während der Kreidezeit mächtige Kalkablagerungen auf. Riesensaurier beherrschen das Land. An der Wende Kreide/Tertiär sterben sowohl die Dinosaurier als auch etwa drei Viertel der Meereslebewesen aus (Vermutliche Ursache: Meteoriteneinschlag). Der Siegeszug der Säugetiere kann beginnen.

Obere

Kreide Untere

Mesozoikum

142 Im Jura beginnt der Superkontinent Pangaea zu zerfallen. Der Nordatlantik öffnet sich, Afrika und Südamerika beginnen sich voneinander zu trennen, Afrika-Australien und Indien lösen sich vom Superkontinent. Die Saurier beherrschen mit ihren Riesenformen alle Lebensräume. Erste Vögel (Archäopteryx) treten auf. Es ist die Blütezeit der Ammoniten.

Oberes Mittleres

Jura Unteres

Jura (vor 152 Mio. Jahren)

200 Obere

Die Trias wurde nach der für Mitteleuropa zutreffenden Folge von Land-Meer-Land benannt. Der Superkontinent Pangaea besteht nach seiner Bildung im Perm weiterhin und verändert sich demgegenüber auch nur wenig. Die ersten Säugetiere und Dinosaurier treten auf. Es dominieren Säugerähnliche Reptilien.

Mittlere

Trias Untere

251 Durch den Zusammenschluss aller Landmassen bildet sich im Perm der Superkontinent Pangaea. Im Süden des Kontinentes, der sich fast vom Nord- bis zum Südpol erstreckt, gibt es Vergletscherungen. Es kommt zum größten Massenaussterben der Erdgeschichte. Fast 95 Prozent der Meeresbewohner und über 70 Prozent der Landlebewesen sterben aus.

Paläozoikum

Lopingian Guadalupian

Perm Cisuralian

296

42

Perm (vor 255 Mio. Jahren)

Bilder der Zeit

Was geschah?

Mio. Jahre vor heute

Im Karbon entstehen wirtschaftlich bedeutsame Kohlenlagerstätten. In Europa, das sich damals in Äquatorlage befindet, herrscht ein (sub-)tropisches Klima. In den Sümpfen entwickeln sich riesige Baum- und Samenfarne, die zuerst zu Torf und im Laufe der Zeit zu Kohle umgewandelt wurden. Erste Reptilien und zahlreiche Insekten entwickeln sich.

Periode Epoche

Ära

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

Pennsylvanian

Karbon Mississipian

358 „Zeitalter der Fische“ oder „Zeitalter der Farne“. Pflanzen beginnen das Land zu besiedeln und Farne bilden im späteren Devon sehr große Formen und sogar ganze Wälder aus. Fische sind die Hauptraubtiere der Devonmeere. Erste Insekten und erste Amphibien treten auf.

Oberes Mittleres

Devon Unteres

Bis zur Mitte des Silur spielt sich das Leben vorwiegend in den Meeren ab. Wirbellose Meerestiere haben größten Artenreichtum. Mit den Urfarnen oder Psilophyten treten erste primitive, an Land lebende Gefäßpflanzen auf. Skorpione und Tausendfüßler folgen den Pflanzen als erste Landtiere.

Pridoli Ludlow

Silur Wenlock

Paläozoikum

417,5 Silur (vor 425 Mio. Jahren)

Llandovery

443 Ordovizium (vor 458 Mio. Jahren)

Das Ordovizium ist einer der kältesten Abschnitte der Erdgeschichte. Nach Meeresrückzügen werden die Kontinente wieder überschwemmt. Mitteleuropa liegt vollständig unter Wasser. Die ersten Wirbeltiere, kieferlose Fische treten auf.

Oberes Mittleres

Ordovizium Unteres

495 Die Atmosphäre wird weiter mit Sauerstoff angereichert und erreicht etwa die heutige Konzentration von 21 Prozent. Es kommt zu weiten Meeresvorstößen mit einem Maximum im Mittel-Kambrium. In den zahlreichen Flachmeeren bilden sich schalentragende Meeresbewohner; es ist das Zeitalter der Trilobiten.

Furongian Mittleres

Kambrium Unteres

545 Proterozoikum (vor 650 Mio. Jahren)

Proterozoikum: Im Proterozoikum treten die ersten Wirbellosen und die ersten Pflanzen, die Algen auf. Langsam reichert sich die Atmosphäre mit Sauerstoff an. Archaikum: Der älteste Abschnitt der Erdgeschichte ist das Archaikum. Es reicht von der Erdentstehung vor 4,5 Milliarden Jahren bis etwa 2,5 Milliarden Jahre vor heute.

Präkambrium

4.500

43

Kapitel 3

3.2 Die Zeugen Im Zeugenstand stehen: Fossilien, Gesteine und Böden. Ihnen gemeinsam ist, dass sie ähnlich einem Archiv Informationen aus der Vorzeit enthalten. Der Vergleich von Fossilien mit ihren heutigen Nachkommen lässt oft Rückschlüsse auf das vorzeitliche Leben zu, gewaltige Schichten aus Kalk verraten uns das ehemalige Vorhandensein von Meeren und nicht zuletzt sind auch die Böden geschichtsträchtig, denn sie geben ebenfalls Auskunft über die Umweltbedingungen der Vergangenheit.

3.2.1 Lebendig begraben? – Fossilien

D

iese fossilen Seelilien aus Tafilatet in Marokko wurden vor rund 400 Millionen Jahren relativ rasch sedimentiert und fossilisiert. Dadurch sind die Stengel und Kelche dieser am Meeresboden lebenden Stachelhäuter noch gut zu erkennen

Auch wenn es die Überschrift vielleicht nahe legt, Fossilien müssen nicht unbedingt lebendig begraben werden, damit sie sich „Fossil“ nennen dürfen. Es handelt sich bei diesen wichtigen Helfern der Geowissenschaftler um die Überreste von Lebewesen, die irgendwann in der erdgeschichtlichen Vergangenheit von Material bedeckt wurden und so der Zersetzung entgangen sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Knochen, Zähne, Pflanzenabdrücke oder Schalen von wirbellosen Tieren handeln. Solche Relikte finden sich allerdings nur in Ablagerungsgesteinen, in Sedimenten beispielsweise von ehemaligen Meeren oder Seen, nicht aber in vulkanischen Gesteinen oder solchen, die durch Metamorphose verändert wurden. Dank der Konservierung im Untergrund tauchen sie, teilweise nach Jahrmillionen, versteinert oder als Abdruck in einem Gestein wieder auf. Was man von einem Lebewesen nach langer Zeit tatsächlich noch sieht, hängt davon ab, wie sich das Fossil gebildet hat. Als Beispiel dient hier ein Seeigel. Frühe Formen dieser noch heute am Meeresboden lebenden Tiere gab es schon vor über 250 Millionen Jahren. Sie tragen eine Schale aus Kalk, an der Stacheln zum Schutz und zur Fortbewegung verankert sind. Ein Seeigel, der am Meeresboden stirbt, wird mehr oder weniger schnell von einer Sandschicht überlagert. Ab

44

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

D

Seeigel-Gehäuse mit Sediment gefülltes Gehäuse

Aufgelöstes Gehäuse mit Sedimenten

Durch Mineral ersetztes Gehäuse mit Sedimenten

ie zahlreichen Wege der Fossilisation eines Seeigels

leeres Gehäuse

Gehäuse mit Mineral gefüllt

Durch Mineral ersetztes Gehäuse

Originalhohlraum durch anderes Mineral ersetzt

Hohlraum nach Auflösung des Gehäuse

Durch Mineral ausgefüllte Form

diesem Zeitpunkt gibt es viele Wege, die zu ganz unterschiedlichen Fossilien des Seeigels führen. So kann sich Sediment in seinem Innern ansammeln, die Schale auflösen und das später gefundene Fossil erscheint als Innenabdruck des Seeigels. In einem anderen Fall können aber auch kalkhaltige Schalenteile von anderen Mineralen ersetzt werden. Dann enthält das spätere Fossil nicht die Originalschale, sondern eine „nachgebildete“. Ebenso ist es möglich, dass sich die Schale auflöst und der Hohlraum mit einem anderen Mineral ausgefüllt wird. Oft ist in den Gesteinen ein ganzer „Zoo der Erdgeschichte“ zu Stein geworden und das vielfältige Leben am Meeresboden eines Zeitalters gleichsam für immer „eingefroren“ und in Stein verpackt. Einen Blick auf den Meeresboden des Devon erlaubt ein Fossil aus dem Bergischen Land in Nordrhein Westfalen zu Beginn dieses Kapitels. Der so genannte Eulenkopf, ein Brachiopode, ist ein Meeresbewohner mit einem muschelartigen Gehäuse, der mit einem beweglichen Verbindungsglied am Meeresboden festsitzt. Brachiopoden gibt es auch heute noch, sie leben aber im Gegensatz zu ihren fossilen Vertretern in tieferen Meeresbereichen. Deutlich zu erkennen sin d die kalkhaltigen Reste von Korallen, die zusammen mit den Stromatoporen in lichtdurchfluteten Flachmeeren ganze Riffe aufgebaut haben. Der Fund dieser Fossilien lässt auf ein ehemaliges Riff und damit auf flaches Wasser und Temperaturen um 20 Grad Celsius schließen. 380 Millionen Jahre vor unserer Zeit gab es in Teilen Nordrhein Westfalens ähnliche Verhältnisse wie heute am australischen Great Barrier Reef.

45

Kapitel 3

bgleich von Schichten durch das Vorkommen von Leitfossilien. Nach dem stratigraphischen Prinzip liegen bei ungestörter Lagerung die ältesten Schichten unten und die jüngeren Schichten oben

Stratigraphie: Fossilien, Schichten, Zeiten G

Ort C

D Ort B

C

G

km

Ort A

1O

O

G

20

C

F D

D E B

F E

C

Zeit

A

C B D B

A

Ort A

Ort B

C

Ort C

A

Stratigraphie

3.2.2 Sprechende Steine So wertvoll Fossilien als Datierungshilfe für die Geologen und Paläontologen auch sind, sie decken nur einen begrenzten Zeitraum in die Vergangenheit ab – und nicht jede erdgeschichtliche Epoche ist gleichermaßen reich an „lebendigen“ Zeitzeugen. Geht es um Prozesse oder Ereignisse, die viele hundert Millionen oder sogar einige Milliarden Jahre zurückliegen, sind die Gesteine der Erdkruste die zuverlässigsten und meist auch einzigen Zeugen. Sie geben Auskunft über die geologischen Verhältnisse, die zur Zeit ihrer Entstehung geherrscht haben müssen. Gesteine sind ein Gemisch verschiedener Mineralien. Von diesen gibt es zwar viele tausend Arten, jedoch sind nur etwa 30 von ihnen an der Gesteinsbildung beteiligt. Zu den Hauptbestandteilen der Gesteine gehören vor allem Feldspäte, Quarz, Glimmer sowie Pyroxene und Amphibole. Gesteine werden abhängig von der Art und Weise ihrer Entstehung in drei große Gruppen unterteilt, Magmatite, Sedimentite und Metamorphite, die alle über einen großen Kreislauf miteinander verbunden sind. Magmatite entstehen bei der Erstarrung von Gesteinsschmelzen im Erdinnern. In den tiefen Bereichen der Erdkruste aber auch im oberen Erdmantel steigen die Temperaturen bis auf nahe 1.000 Grad. Das Gestein wird unter diesen Bedingungen aufgeschmolzen. Gelangt dieses Magma in kühlere Bereiche der Erdkruste, ohne jedoch die Erdoberfläche zu erreichen, beginnen die Minerale zu kristallisieren - ein Magmatit entsteht. Gelangt das Magma dagegen an die Erdo-

46

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

berfläche, kühlt es sich verhältnismäßig schnell ab; die Minerale haben kaum Zeit zu kristallisieren. Die dadurch entstehenden Gesteine werden Vulkanite genannt. Basalt, das mit Abstand häufigste Gestein der Erdkruste, gehört zu den Vulkaniten, es ist zu Stein gewordene, abgekühlte Lava. Sedimentite, die zweite große Gruppe der Gesteine, sind dagegen das Ergebnis von Abtragungs- und Ablagerungsprozessen. Sie entstehen, wenn sich, beispielsweise am Grunde eines Sees, Material absetzt das dann im Laufe großer Zeiträume komprimiert und verfestigt wird. Dieser Prozeß der Diagenese lässt aus sandigen Ablagerungen einen Sandstein entstehen und aus kalkhaltigen Schalen von Organismen oder der chemischen Ausfällung von Kalziumkarbonat einen Kalkstein. Die dritte Gesteinsgruppe, die Metamorphite oder Umwandlungsgesteine, bilden sich demgegenüber aus schon vorhandenen Gesteinen, wenn diese durch starken Druck und/oder hohe Temperaturen umgewandelt werden. Solche Verhältnisse treten zum Beispiel an den Plattengrenzen der Erdkruste auf, dort, wo sich eine Krustenplatte unter eine andere schiebt. Das hinuntergedrückte Gestein wird so stark erhitzt und komprimiert, dass sich seine chemischen und physikalischen Eigenschaften verändern. Auf diese Weise kann aus einem Sedimentit, beispielsweise einem Kalkstein, durch extrem hohen Druck Marmor entstehen. Der Kreislauf der Gesteine beginnt mit dem aufgeschmolzenen Magma im Erdinneren. Gelangt Magma an die Erdoberfläche, erstarrt es durch die Abkühlung und ein magmatisches Gestein entsteht. Durch

G

esteine können nach ihrer Entstehung in drei große Gruppen gegliedert werden: Magmatite, Metamorphite und Sedimentite. Magmatite entstehen aus Gesteinsschmelzen, Sedimentgesteine aus verfestigten Ablagerungen an Land und im Meer, Metamorphite bilden sich durch hohe Drücke und Temperaturen

Gebirgsbildung

Vulkanite Eruption

Verwitterung und Abtragung Hebung Sedimentation

Magmatite Intrusion Magma

Sedimente Metamorphite

Teilweise Aufschmelzung (Anatexis)

Verfestigung, Versenkung Diagenese

Metamorphose Zunahme von Druck und Temperatur

Erdmantel

47

Kapitel 3

Sprechende Steine Petrified Forest Die Baumstämme im Vordergrund wurden nicht eben gerade in handliche Stücke zerschnitten und sie sind auch nicht aus Holz. Es sind Teile eines „versteinerten Waldes“ im Petrified Forest Nationalpark in Arizona. Während des Trias, vor etwa 250 bis 200 Millionen Jahren - Arizona lag am Äquator - überdeckten Sedimente die umgestürzten Bäume so schnell, dass sie nicht zersetzt werden konnten. Im Wasser gelöste Kieselsäure sickerte durch die Baumstämme. Dabei wurden die Zellwände oder die Zellen selbst durch auskristallisierenden Quartz nach und nach ersetzt, so dass heute die Bäume vollständig versteinert sind - detailgetreu bis auf die Zelle.

Findling (links) Der „Goße Stein von Altentreptow“ gehört mit zu den größten Findlingen Norddeutschlands. Der 360 Tonnen schwere Koloss wurde mit den Gletschern der letzten Eiszeit nach Mecklenburg-Vorpommern „getragen“ und ist damit ein Zeuge der unglaublichen Kräfte der Eismassen. Kalkalpen (rechts) Wo heute lüftige Höhen zum Wandern einladen, lagerten sich vor Jahrmillionen diese Kalkgesteine in einem Meer ab.

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Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

Gips Wenn Meerwasser verdunstet, steigt nach und nach die Konzentration der Salze an. Bei anhaltend starker Verdunstung kristallisieren die Minerale am Meeresboden aus. Zuerst Carbonate dann Calciumsulfate (Gips) und später das Steinsalz. Dieser Gips belegt also das Vorhandensein eines längst ausgetrockeneten Meeres.

Dünen Dünen gibt es nicht nur am Meer und in der Wüste, auch mitten in Deutschland treten diese „großen Sandhaufen“ auf - oft als Standort für besondere, Trockenheit vertragende Pflanzen . Die Dünen bildeten sich während der letzten Eiszeit aus feinen Gletscherablagerungen, die vom Wind aufgetürmt wurden.

Rippelmarken Rippelmarken sind die welligen Muster, die Wind und Wasser im Sand hinterlassen. Hier handelt es sich um einen ehemaligen Strand, unweit von Köln im Bergischen Land. Die polygonförmigen Strukturen sind Trockenrisse, wie man sie auch heute im ausgetrockneten Lehmböden beobachten kann.

49

Kapitel 3

Verwitterung und Erosion wird das Gestein in seine Bestandteile zerlegt. Diese kleineren Materialien, wie zum Beispiel Quarzsande, werden von Flüssen transportiert und entweder an Land oder im Meer abgelagert. Die dadurch entstehenden Sedimente oder Lockergesteine werden durch weitere auflagernde Schichten diagenetisch verfestigt; es bilden sich Sedimentgesteine. Kommen die entstandenen Sedimentgesteine durch Absenkungsbewegungen, beispielsweise an einer Plattengrenze, in Bereiche mit höheren Temperaturen und Drücken, wird das Gestein umgewandelt. Bei einer schwachen Metamorphose spiegelt sich die Druckrichtung in der Gesteinsstruktur wieder, der Mineralbestand bleibt jedoch erhalten. Erst bei sehr hohen Beanspruchungen durch Druck und Temperatur verändert sich auch der Mineralbestand. So können selbst Metamorphite wieder vollständig eingeschmolzen werden. Der Kreislauf beginnt von vorn.

3.2.3 Böden: Die Haut der Erde

R

endzina – ein Gebirgsboden, bei dem die Humusschicht dem kalkhaltige Gestein direkt aufliegt

50

Böden sind die Haut unserer Erde. Die Bezeichnung „Haut“ trifft gleich in zweierlei Hinsicht zu. Denn zum einen reichen die Böden nicht sehr tief in die Erde, sie bilden mit einigen wenigen Metern eine relativ dünne Schicht. Zum anderen ist die Haut das größte und überlebenswichtigste Organ des Menschen. Und genauso wie die Haut des Menschen für viele Austausch- und Ausgleichsprozesse verantwortlich ist, übernehmen auch die Böden wichtige Funktionen in den Ökosystemen. Als Grenzschicht zwischen den verschiedenen Sphären der Erde haben sie sogar eine zentrale Stellung. Doch nicht nur für das Funktionieren der Ökosysteme sind Böden wichtig: Ohne Böden wäre auch menschliches Leben undenkbar. Allein die Tatsache, dass Böden den Pflanzen als Standort dienen, macht schon klar, dass unsere Ernährung ohne Böden vollständig zusammenbrechen würde. Aber was ist eigentlich ein Boden? Böden sind ein Verwitterungsprodukt der oberen Erdkruste. Ein Fels oder ein Gestein wird durch die Wirkung von Niederschlägen oder

Zeitzeugen - Das Alter der Gesteine

B

Sonnenstrahlung

Klima

Vegetation

Mensch

is sich ein Boden entwickelt, dauert es manchmal mehrere Tausend Jahre. Welche Böden sich bilden wird gesteuert durch die Faktoren: Ausgangsgestein, Klima, Relief, Bodenlebewesen, Vegetation und schließlich auch der Mensch

Niederschlag Gase

Relief

Bodenlebewesen

Rohboden Ausgangsgestein Zeit 11.500 Jahre vor heute

heute

Tonschiefer

Sandstein

Kalksandstein

Kalkstein

Muschelkalk

Magma

häufigen Temperaturwechseln nach und nach in seine Bestandteile zerlegt. Mit diesem Verwitterungsprozess beginnt die Bodenbildung. Ist das Gestein erst einmal zerkleinert, dauert es meist nicht lange bis sich darin die ersten Pflanzen ansiedeln. Ihre abgestorbenen Teile bauen im Laufe der Zeit gemeinsam mit den Resten von tierischen Bodenbewohnern eine erste, sehr dünne, dann aber immer mächtiger werdende Humusschicht auf. Bodenkundler bezeichnen die Schichten eines Bodens als Horizonte.

F

ossiler Boden aus Nordwestdeutschland, bei dem der dunkle Humushorizont mit Flusssanden aus der letzten Eiszeit überdeckt ist

Im Auflage-Horizont und dem darunter liegenden humusreichen Oberboden sowie in geringerem Maße natürlich im gesamten Boden wird Wasser gespeichert und es werden Nährstoffe bereit gestellt, die den Pflanzen eine Lebensgrundlage bieten. Unterhalb des so genannten Auflage-Horizontes (O-Horizont) liegt der Auswaschungshorizont (A-Horizont), aus dem durch das versickernde Wasser Stoffe mitgerissen oder herausgelöst werden. Sie lagern sich im Anreicherungshorizont (B-Horizont) wieder ab. Bei einigen Böden ist der Auswaschungshorizont deutlich entfärbt, wirkt gräulich und fahl, der Anreicherungshorizont hingegen ist aufgrund der sich ablagernden oxidierten Metalle oft rötlich-braun. Unterhalb dieser beiden Horizonte befindet sich das Ausgangsgestein (C-Horizont), das Material, aus dem sich der Boden einst entwickelte. Bis die Bodenentwicklung so weit vorangeschritten ist, dass sich die Böden als Waldstandort oder für eine landwirtschaftliche Nutzung eignen, können Tausende von Jahren vergehen - Böden sind daher nicht vermehrbar. Schädigungen, die der Mensch jetzt den Böden der Welt zuführt, können in vielen Hundert oder Tausend Jahren nicht mehr repariert werden.

51

52

4

Formen gebend Wer was bewirkt

A

usgedehnte Wüsten, tiefe Schluchten, gewaltige Gebirge, Gletscher und Seen – das Gesicht der Erde besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Landschaftsformen. Die Kräfte, die diese Formenvielfalt geschaffen haben, wirken zum Teil von außen auf die Erde ein, zum Teil stammen sie aus dem Erdinneren selbst. Schon seit Jahrmillionen wird die Erdoberfläche durch Wasser, Eis und Wind geformt. Sie sind die Hauptakteure der Verwitterung, der Abtragung und des Transports. Wasser, das in gewaltigen Mengen auf unserem Planeten vorhanden ist, nimmt eine besondere Stellung bei der Gestaltung der Erdoberfläche ein. So graben sich Flüsse durch Erosion tief in den Untergrund ein. Sie formen Täler, transportieren abgetragene Sedimente und lagern das Material schließlich an anderer Stelle wieder ab. Die Gezeiten sind für die Formen der Küsten verantwortlich. In gefrorenem Zustand schiebt sich Wasser in Form von Gletschern über die Landschaft, wobei es beträchtliche Mengen an Gestein vor sich her schieben kann.

W

asser und Frost formen die bizarren, Hoodoos genannten Säulen im Bryce Canyon in Utah, USA

D

as Yosemite-Tal, im Westen der USA, wurde während der letzten Eiszeit durch Gletscher überformt

Starke Regenfälle können Massenbewegungen wie Erdrutsche oder Schlammströme auslösen, bei denen große Mengen an Erde und Gestein in sekundenschnelle ins Tal stürzen. Im Gegensatz zu der enormen Kraft des Wassers scheint der Wind eine untergeordnete Rolle zu spielen. Schließlich ist er weder in der Lage, riesige Täler zu bilden, noch kann

53

Kapitel 4

er Gesteinsbrocken bewegen. Wer jedoch einmal einen Sandsturm miterlebt hat, wird die Kraft des Windes als Transportmittel für feinkörniges Material nicht mehr unterschätzen. Ob nun eine Landschaft vorwiegend von Wind oder Wasser geformt wird, von Eis, Sand oder Vegetation bedeckt ist, hängt vor allem von den klimatischen Bedingungen dieser Region ab. Doch auch auf die Verwitterung und somit auf die Abtragung von Gestein hat das Klima einen enormen Einfluss. Der Motor all dieser exogenen Prozesse ist letztendlich die Strahlungsenergie der Sonne, die die Klimaelemente Niederschlag, Temperatur und Wind steuert.

D D

ie Kraft der Gezeiten formt die Gestalt der Küste

er Annapurna ist der zehnthöchste Berg der Welt. Der Himalaya entstand bei der Kollision des Indischen Subkontinents mit Eurasien

54

Zu den Faktoren, die von außen auf die Erde einwirken, gehören auch wir Menschen, die die Landschaft durch den Bau von Siedlungen und Verkehrsnetzen, durch Landwirtschaft oder die Begradigung von Flüssen verändern. In selteneren Fällen nimmt sogar das All Einfluss auf die Gestaltung der Erde. Meteoriten schlagen zwar nicht alltäglich auf die Erdoberfläche auf, die Spuren, die sie hinterlassen, können jedoch noch Millionen von Jahren nach dem Zusammenprall sichtbar sein. Würden nur diese äußeren Kräfte wirken, hätte die Oberfläche der Erde heute eine völlig andere Gestalt. Sämtliche Gebirge wären bereits abgetragen und die Erde besäße kein Relief. Der Grund, warum dies nicht so ist, liegt tief im Inneren der Erde.

Formen gebend - Wer was bewirkt

Der Boden unter unseren Füßen ist keineswegs so fest und starr, wie es den Anschein hat. Kontinente sind ständig in Bewegung, Gebirge falten sich auf, Gesteine bilden sich neu und Meeresböden dehnen sich aus. Natürlich geschieht dies alles gewissermaßen in Zeitlupe, die Folgen dieser Prozesse sind jedoch über Jahrmillionen auf der Erde sichtbar. Die Energie für die Bewegung der Kontinente stammt aus dem Erdinneren. Hier heizt die „Resthitze“, die von der Bildung der Erde und dem ständigen Zerfall radioaktiver Elemente stammt, die Gesteine des Erdmantels von innen immer wieder auf. Es bilden sich Konvektionsströmungen, durch die heißeres Magma nach oben steigt. Diese Strömungen sind der Motor für die Bewegungen der Kontinentaloder Lithosphärenplatten. Die Magmenströme sind gleichzeitig der Grund für das Auftreten von Erdbeben und Vulkanausbrüchen, die ihrerseits Spuren auf der Erdoberfläche hinterlassen. In den meisten Fällen liegen sie an den Grenzen von Lithosphärenplatten. Bei der Kollision zweier Platten entstehen Gebirge. Diese unterliegen direkt nach ihrer Geburt der Abtragung durch Wind, Wasser und Eis. So formen die endogenen und exogenen Prozesse gleichermaßen die Gestalt der Erde.

V

ulkanausbrüche und Erdbeben entstehen durch Magmenströme unterhalb der Erdkruste

D

er 6.187 Meter hohe Tashi-Laptsa in Nepal. Gebirge werden nach ihrer Auffaltung von den erosiven Kräften geformt

55

Kapitel 4

4.1 Plattentektonik - die Theorie der Theorien „Völliger Blödsinn!“ – so wie der Präsident der angesehenen amerikanischen philosophischen Gesellschaft reagierte 1912 die Mehrheit der wissenschaftlichen Welt auf eine Veröffentlichung des deutschen Meteorologen und Polarforschers Alfred Wegener. Er stellte darin die revolutionäre These auf, dass die Kontinente nicht unverrückbar an immer der gleichen Stelle der Erdkruste bleiben, sondern ihre Lage im Laufe der Erdgeschichte verändern können. Der junge Forscher stieß damit in ein Wespennest und löste ähnlich wie Galileo Galilei oder Charles Darwin mit ihren Theorien eine hitzige Diskussion aus. Seine Idee von den wandernden Kontinenten widersprach so ungefähr allem, was in den damaligen Geowissenschaften als unumstößlich galt. Entsprechend heftig waren die Reaktionen. Doch wie war Alfred Wegener auf diese ungewöhnliche Idee gekommen? Welchen Grund hatte er, an der Unbeweglichkeit der Kontinente zu zweifeln?

A

lfred Wegener war Meteorologe und Polarforscher – mit seiner Theorie der Plattentektonik stellte er das gesamte geowissenschaftliche Weltbild auf den Kopf

Das Problem war, dass es Anfang des 20. Jahrhunderts einige noch ungelöste Rätsel über die geologischen Vorgänge der Erde gab. Warum zum Beispiel schienen die Küsten Südamerikas und Afrikas wie zwei Puzzlestücke zusammen zu passen? Und mehr noch: auf beiden Kontinenten fanden Wissenschaftler zu Beginn des 20. Jahrhunderts gleich alte Gesteine, Gebirge und Spuren vergangener Eiszeiten, so genannte Tillite. Der seltsamste Fund waren fossile Überreste des Reptils Mesosaurus aus dem Zeitalter des Paläozoikum. Nirgends sonst auf der Erde gab es derartige Funde, nur in Südamerika und Afrika. Es musste also in früheren Zeiten eine Landbrücke zwischen diesen beiden Kontinenten bestanden haben, oder aber beide Kontinente bildeten irgendwann einmal eine zusammenhängende Landmasse. Von dieser Hypothese ging Wegener aus. Er vermutete, dass Kontinente auseinanderbrechen können und sich danach weiter voneinander entfernen oder auseinander driften. Diese Vorstellung hatte einige Vorteile, denn sie erklärte nicht nur die Funde in Afrika und Südamerika, sondern lieferte zusätzlich eine plausible Erklärung für die Bildung von Gebirgen. Der Ha-

56

Formen gebend - Wer was bewirkt

ken an der Sache war nur, dass Wegener weder Beweise für seine Hypothese liefern konnte, noch einen Mechanismus parat hatte, der erklärte, warum die Erdteile sich überhaupt bewegen. Er stellte sich vor, dass die Kontinente auf einer Schicht aus dichterem Material schwimmen – ähnlich wie Eisschollen auf dem Meer. Der Mechanismus und Motor der Bewegung blieb allerdings zunächst im Dunkeln. Erst viel später – in den 1960er Jahren – begann die Theorie der Plattentektonik langsam die letzten Zweifler zu überzeugen. Inzwischen waren eine Vielzahl weiterer Indizien aufgetaucht, die Wegeners Theorie unterVerlauf des Verbreitung des über 2 Mrd. Jahre stützten. Bereits 1925 entdeckte Ur-Amazonas Glossopteris-Farns alte Gesteine das deutsche Forschungsschiff Verbreitung fossile Steinüber 2 Mrd. Jahre Meteor mithilfe von EcholotmesMesosaurus kohlenwälder alte Gebirgszüge sungen einen langgestreckten Gebirgszug in der Mitte des AtGletscherschliff fossile Moränen lantiks – den mittelatlantischen Rücken. Ausgehend von den mitür eine Kontinentaldrift wurden telozeanischen Rücken, die sich wie die Nähte eines Tennisballs rings zahlreiche Beweise angeführt um die Erde ziehen, entwickelte der amerikanische Geologe Harry Hess die Idee, dass diese mittelozeanischen Rücken nichts anderes waren, als der Ort, an dem neuer Ozeanboden entstand. Durch Risse in der Erdkruste gelangt nach seiner Theorie an diesen Stellen heißes Magma an die Oberfläche und drückt den bestehenden Meeresboden zu beiden Seiten auseinander. In den Tiefseegräben sinkt das erkaltete Material langsam wieder in die Tiefe. Wie ein Förderband kann diese Bewegung auch die aus leichterem Material bestehenden Kontinente mit sich tragen.

F

Hess’ Hypothese bot endlich eine Erklärung für den Motor von Wegeners Theorie. Inzwischen gab es sogar Belege dafür, dass sich an den mittelozeanischen Rücken neuer Meeresboden bildete. Bei der Beweisführung kam den Forschern unverhofft das Magnetfeld der Erde zur Hilfe... Mit fast einem halben Jahrhundert Verspätung wurden Wegener und seine visionäre Theorie endlich anerkannt. Doch der Meteorologe und Polarforscher erlebte seinen Triumph nicht mehr. Er war bereits 1930 auf einer Grönlandexpedition ums Leben gekommen.

57

Kapitel 4

5,6

1,8 2,3

Nordamerikanische Platte 5,5

Juan-de-FucaPlatte

Karibische Platte

9,2 CocosPlatte Pazifische Platte

Eurasische Platte

Chinesische Arabische Platte Platte 3,7 5,4

3,0

Pazifische Platte

2,0 Afrikanische Platte

2,5 3,0

11,7 17,2

Nordamerikanische Platte

Philippinische Platte

2,0

6,0

10,1 Nazca18,3 Platte

Südamerikanische Platte

2,5

4,1

10,5

11,1

Indisch-Australische Platte

1,7

3,7

6,2

10,3

7,3

1,3 3,3

Antarktische Platte

Antarktische Platte

Bewegungsrichtung der Platte (2,0 Geschwindigkeit in cm pro Jahr) Plattengrenzen (z.T. vermutet)

Mindestens zwölf große Lithosphärenplatten und eine Vielzahl kleinerer Platten werden gegeneinander abgegrenzt. Sie bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf dem weichen Erdmantelmaterial. Je nach Plattentyp und Bewegungsrichtungen der Platten zueinander entstehen dabei charakteristische Landschaftsformen. Die Pazifische Platte stößt fast überall auf andere ozeanische oder auch kontinentale Platten und wird daher bei der Kollision subduziert und aufgeschmolzen. Dies geschieht nicht überall mit der gleichen Geschwindigkeit. An den Aleuten sind es etwas mehr als fünf, nördlich von Neu-Guinea sind es über zehn Zentimeter im Jahr.

58

Formen gebend - Wer was bewirkt

Kontinentlagen in der Erdges hichte Perm (vor 255 Mio. Jahren) Sibirien

Alaska Panthalassa

Nordchina Pangäa

Vor 255 Millionen Jahren hatte die Erde noch ein völlig anderes Gesic ht. Zu dieser Zeit vereinigten sich alle Kontinente zu dem Superkontinent Pangäa.

Paläo-Tethys Südchina Afrika

Südamerika

Türkei Iran Tibet

Gondwana Südafrika

Indien

Australien

Antarktis

Jura (vor 152 Mio. Jahren)

Sibirien Alaska Laurasia Europa Nordamerika

Nordchina Südchina Tibet

Türkei

Pazifik Tethys Afrika Arabien

Südamerika

Etwa 100 Millionen Jahre später, gegen Ende des Jura war der Superkontinent Pangäa bereits auseinandergefallen. Nun beginnt auch der Südkontinent Gondwana zu zerbrechen. Südamerika und die Antarktis driften nach Westen, Afrika und Indien nach Norden bzw Nordosten.

Indien Australien Antarktis

Eozän (vor 50,2 Mio. Jahren)

Grönland Europa

Nordamerika

Asien NordAtlantik Pazifik

Arabien Afrika

Himalaja Indien

Südamerika

Südamerika und Afrika sind nun endgültig getrennt. Die Form der Kontinente, Gletscherspuren, Gebirge gleichen Alters und Fossilienfunde weisen allerdings noch darauf hin, dass diese Landmassen einmal zusammenhingen. Es sind Indizien für die Theorie der Plattentektonik.

Indischer Ozean

SüdAtlantik

Australien

Antarktis

59

Kapitel 4

4.1.1 Der Beweis – die Erde als Magnet Ohne das Magnetfeld der Erde wäre jeder Kompass völlig nutzlos. Nicht nur der Mensch, auch Zugvögel, Wale und sogar Bakterien brauchen das Erdmagnetfeld zur Orientierung. Dass es jedoch einmal die Entstehung neuen Meeresbodens an ozeanischen Rücken und damit Alfred Wegeners Theorie der Plattentektonik beweisen würde, hätte vermutlich keiner erwartet.

D

ie Kompaßnadel zeigt zum magnetischen Nordpol und nicht zum geographischen Pol, der durch die Rotationsachse der Erde definiert ist

D

ie Längsachse des Magnetfelds ist um etwa 11 Grad gegenüber der Rotationsachse der Erde geneigt

60

Doch wie kommt es überhaupt dazu, dass die Erde wie ein gigantischer Stabmagnet wirkt? Die Antwort liegt tief im Inneren der Erde, in einem Wechselspiel zwischen dem äußeren und dem inneren Erdkern. Während letzterer aus festem Eisen besteht, ist das Eisen des äußeren Kerns flüssig und in ständiger Bewegung. Und diese Strömung ist für den Erdmagnetismus verantwortlich. Zur Erzeugung eines Magnetfeldes muss nämlich nicht zwingend ein Magnet vorhanden sein. Bei einem Fahrraddynamo wird ein elektrischer Leiter in einem Magnetfeld in Rotation versetzt. Auf diese Weise wird Strom erzeugt. Der erzeugt ein Magnetfeld, das wiederum das bereits vorhandene Magnetfeld verstärkt. Ähnlich sind die Verhältnisse im Innern der Erde: die fortwährende Bewegung des elektrischen Leiters entspricht im Erdinneren den Konvektionsströmungen im flüssigen Kern. Sie erzeugen einen Strom, der letztendlich für das Magnetfeld der Erde verantwortlich ist. Vermutlich bildete sich das Magnetfeld schon bald nach der Entstehung der Erde, zumindest weisen 3,5 Milliarden Jahre alte magnetisierte Gesteine darauf hin. Auch wenn das Magnetfeld durch einen sehr komplizierten Prozess im Erdinneren entsteht, verhält es sich ungefähr so, als würde sich ein riesiger Stabmagnet im Erdinneren befinden. Die Längsachse des Magneten ist um etwa elf Grad gegenüber der Rotationsachse der Erde geneigt, so dass die geographischen und die magnetischen Pole nicht am selben Ort liegen. Die Abweichung von der magnetischen Nordrichtung zu der geographischen wird Deklination genannt. Dieser Winkelbetrag ist für jeden Ort auf der Erde unterschiedlich. Doch die Kompassnadeln werden nicht für immer in die gleiche Richtung zeigen. Das Magnetfeld der Erde ist nämlich nicht konstant. Es hat sich im Laufe der Erdgeschichte häufig verändert – und es verändert sich auch weiterhin. Seit Mitte des letzten Jahrhunderts hat sich zum Beispiel der magnetische Nordpol um ungefähr 1.000 Kilometer ver-

Formen gebend - Wer was bewirkt

Änderungen des Magnetfeldes

1831

1960

Magnetischer Pol

1975 1980

2000

Geomagnetischer + Pol

Geographischer + Nordpol

Wanderung des magnetischen Nordpols Seit der Mitte des letzten Jahrhunderts hat sich der magnetische Nordpol um ungefähr 1.000 Kilometer verschoben.

Umpolung des Magnetfeldes Vor der Umpolung beginnt sich das Magnetfeld abzuschwächen. Dann bricht die geordnete zweipolige Struktur des bisherigen Magnetfelds zusammen. Die Magnetlinien bilden chaotische Strukturen - für kurze Zeit können dabei drei, vier oder sogar mehr Pole gleichzeitig entstehen. Erst dann beginnen sich die Magnetlinien langsam zu stabilisieren. Es bilden sich zwei Pole an den entgegengesetzten Enden der Erdkugel - allerdings in genau umgekehrter Polung wie zuvor.

61

Kapitel 4

F

eine Bestandteile von Gesteinen werden bei ihrer Entstehung nach dem jeweilig herrschenden Erdmagnetfeld ausgerichtet. Da der Ozeanboden beiderseits des Rückens entsteht, spiegeln sich die Richtungsmuster an der Rückenachse

Rü c ac ken hs e

Island

60°N

Atlantischer Ozean 30°W

schoben. Und mehr noch: Im Laufe der Zeit kann es sogar zu kompletten Umpolungen kommen. Der Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt. Etwa alle 500.000 Jahre finden diese Umpolungen statt, die von kürzeren Umpolungsphasen, sogenannten Events, unterbrochen werden. Der Verlauf und der Mechanismus dieser Veränderungen des Erdmagnetfeldes, die während der Erdgeschichte wahrscheinlich mehrere hundert oder tausend Mal stattgefunden haben, muss noch genau erforscht werden. Aber was hat das Ganze jetzt mit der Plattentektonik zu tun? Geologen entdeckten auf dem Meeresboden in der Nähe der mittelozeanischen Rücken ein erstaunliches Phänomen. Zu beiden Seiten der Rücken bildeten die unterschiedlich gepolten Gesteine ein symmetrisches Magnetstreifen-Muster. Die Magnetstreifen zeigen die Orientierung eisenhaltiger Kristalle im Gestein an. Im abkühlenden Magma richten sich die Kristalle jeweils wie Kompassnadeln nach dem aktuellen Magnetfeld aus. Sobald das Gestein erstarrt, wird diese magnetische Richtung im Gestein konserviert – sie ändert sich dann bei einer Umpolung des Magnetfeldes nicht mehr. Die Magnetstreifen werden ausgehend von den mittelozeanischen Rücken in Richtung der Kontinente immer älter. Der Beweis für das Seafloor-Spreading war erbracht: Neue Erdkruste entsteht im Bereich der mittelozeanischen Rücken; dabei werden die Kontinente zur Seite gedrückt.

62

Formen gebend - Wer was bewirkt

4.1.2 Seafloor-Spreading An windstillen Tagen täuscht die glatte Wasseroberfläche über die gewaltigen Prozesse hinweg, die sich auf dem Grund des atlantischen Ozeans abspielen. Der Ort des Geschehens wurde erst nach dem Zweiten Weltkrieg bei der Erforschung des Meeresbodens entdeckt: in der Mitte des Atlantik erstreckt sich ein riesiges unterseeisches Gebirge, das den Ozean von Norden nach Süden durchzieht. Und dieser mittelatlantische Rücken ist nicht der einzige. Wie ein Netz durchziehen die mittelozeanischen Rücken die Weltmeere. An diesen Stellen befinden sich Spalten in der festen, äußeren Erdkruste, der Lithosphäre. Heißes Magma dringt hier aus etwa drei bis sechs Kilometer tieferliegenden Magmenkammern entlang von Aufstiegskanälen nach oben – bis auf den Grund des Ozeans. Abrupt wird das glühende Magma in dem kalten Wasser der Tiefsee abgekühlt und erstarrt zu festem Gestein. Der obersten Schicht sieht man die extremen Bedingungen seiner Bildung an. Die dicke, kopfkissenförmige Oberfläche dieser Pillow-Lava dokumentiert die schlagartige Abkühlung der aufsteigenden Magmablase. Beim Erkalten schweißt sich das Magma an die Ränder der beiden Platten der auseinandergebrochenen Plattenhälften an und schiebt diese immer weiter auseinander. Auf diese Weise wird neuer Meeresboden gebildet und der Ozean wächst. Dieser Vorgang wird SeafloorSpreading genannt. Die Geschwindigkeit des Seafloor-Spreadings ist nicht an jeder Spreizungszone identisch. Am Ostpazifischen Rücken ist sie am größten – hier rücken die beiden Platten pro Jahr ganze zwölf Zentimeter auseinander. Am geringsten ist die Geschwindigkeit mit zwei Zentimetern am Mittelatlantischen Rücken. Dementsprechend rücken auch Europa und Nordamerika pro Jahr zwei Zentimeter auseinander, denn die leichteren Kontinentalplatten werden bei dieser Bewegung mitgeschleppt.

vor ca. 300 Mio. Jahren

vor ca. 230 Mio. Jahren

vor ca. 80 Mio. Jahren

O

zeane wie der Atlantik entstehen durch Seafloor-Spreading. Dabei steigt heißes Magma an Brüchen der Erdkruste an die Oberfläche; es kommt zu Grabenbrüchen und einer seitlichen Verschiebung der Platten

A

n den Ozeanrücken dringt basaltisches Magma an die Oberfläche. Durch die rasche Abkühlung erkaltet das Material in einer Form, die an ein Kopfkissen (engl.: pillow) erinnert. Daher der Name Pillow-Lava

Das Auseinandergleiten zweier Platten tritt auch auf dem Festland auf. Das Ostafrikanische Grabensystem etwa liegt zwischen der afrikanischen und der somalischen Platte, die sich auseinander bewegen. Möglicherweise wird hier in einigen

63

Kapitel 4

I

n Ostafrika entfernen sich gleich drei Platten voneinander. Die tektonische Aktivität wird durch die vielen Vulkane entlang der Plattengrenzen sichtbar

tes

Ro

Millionen Jahren ebenfalls ein neuer Ozean entstanden sein – auch Nordamerika und Europa gehörten einmal zu derselben Landmasse. Das Rote Meer stellt heute ein Zwischenstadium zwischen dem Ostafrikanischen Graben und dem Atlantik dar: Hier driften die Afrikanische und die Arabische Platte auseinander, während der Ostafrikanische Graben durch Eurasische das Auseinanderdriften einer Platte innerafrikanischen Plattengrenze entsteht. Der noch schmale Ozean hat sich – zumindest nach Arabische Platte erdgeschichtlichen Dimensionen – gerade erst gebildet und wird sich wahrscheinlich noch erweitern. Dass die Vorgänge an den mittelozeanischen Rücken für das Auseinanderdriften von Kontinenten verantwortlich sind, wurde erst in den 1960er Jahren durch Altersbestimmunn e d gen am Meeresboden bewiesen. nA Golf vo Dabei stellte sich heraus, dass die Gesteine rechts und links der gewaltigen Erdspalten dasselbe Alter haben. Je weiter man sich von den Rücken in Richtung der Kontinente bewegt, desto älter werden die Gesteine. Der bislang älteste auf der Welt gefundene Meeresboden weist ein Alter von 160 bis 190 Millionen Jahren auf, Afrikanische Platte die Gesteine stammen demnach (Somalischer Teil) aus dem Jura. Das entspricht gerade mal vier Prozent des Gesamtalters der Erde. er

Me

Afrikanische Platte (Nubischer Teil)

Afar Dreieck

Dennoch gab es bereits vor mehr als 190 Millionen Jahren schon Ozeanböden, nur wurden diese älteren ozeanischen Erdkrusten im Laufe der Erdgeschichte wieder an den Subduktionszonen vernichtet. Bewegungsrichtung der Platten Ostafrikanische Grabenzone

64

Vulkane .

Formen gebend - Wer was bewirkt

4.1.3 Verschluckt - Subduktion Tiefseegräben reichen über 10.000 Meter tief unter die Wasseroberfläche. Kein Lichtstrahl dringt mehr in diese Regionen. Hier findet ein dramatischer tektonischer Prozess statt, der erklärt, warum Tiefseebohrungen auch nach zwanzigjähriger Suche noch kein Gestein zutage brachten, das älter als 190 Millionen Jahre ist: denn die ozeanische Kruste überlebt nicht besonders lange – sie wird an Subduktionszonen wieder vernichtet. Während die mittelozeanischen Rücken ständig neue Erdkruste produzieren, wird an den Subduktionszonen das Krustenmaterial in die Tiefe gedrückt und wieder aufgeschmolzen. An diesen Stellen im Meer kollidieren zwei Platten miteinander. Die schwere ozeanische Platte wird gewissermaßen überfahren und taucht nach unten ab. Dabei gelangt Erdkruste in größere Tiefen – die Temperaturen steigen. In einer Tiefe von 100 Kilometern herrschen zwischen 1.000 und 1.500 Grad Celsius, die abtauchende Kruste schmilzt auf. Der Marianengraben entstand in einer solchen Subduktionszone, hier prallen zwei ozeanische Platten in einer Ozean-Ozean-Kollisionen aufeinander. Dabei taucht die Pazifische Platte jedes Jahr um 1,2 Zentimeter unter die Philippinische Platte ab. Bei diesem Vorgang entstehen Magmen mit geringer Dichte. Das flüssige Gesteinsmaterial steigt auf und bildet Vulkane. Ein Inselbogen entsteht. Die japanischen Inseln und die Philippinen sind Beispiele für solche Inselbögen, entstanden durch Ozean-Ozean-Kollision. Wenn eine ozeanische und eine kontinentale Platte aufeinanderprallen, taucht die ozeanische Platte grundsätzlich unter die leichtere kontinentale Platte ab. Durch die enormen Kräfte, die bei dieser Ozean-Kontinent-Kollision wirken, kann sich die kontinentale Kruste auffalten – riesige Gebirge entstehen. So sind etwa die Anden beim Zusammenstoß und der damit verbundenen Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter die Südamerikanische Platte entstanden. Die so entstandenen Gebirge sind durch aktiven Vulkanismus und durch Magmenintrusionen gekennzeichnet. Im unteren Teil der Platte sind die Drücke und Temperaturen so groß, dass das Gestein schmilzt und die leichten Schmelzen nach oben steigen. Es entstehen Vulkane. Doch einige Magmen bleiben innerhalb der kontinentalen Kruste als Intrusionen stecken. Diese „steckengebliebenen“ Magmen heißen Batholithe.

Marianengraben

Philippinische Platte

Pazifische Platte

Marianen

Philippinische Platte

Marianengraben

Pazifische Platte

Marianen Marianengraben

Philippinische Platte

Pazifische Platte

B

eim Zusammenstoß zweier ozeanischer Platten taucht die eine unter die andere ab. Die abtauchende Platte beginnt in einer Tiefe von rund 100 Kilometern zu schmelzen

V

or den Anden taucht die ozeanische Nasca-Platte unter die Südamerikanische Platte ab. Im Zuge der Kollision wurden die Anden aufgefaltet. Ihre Vulkane sind Teil des pazifischen Feuerrings

65

Kapitel 4

4.1.4 Karambolage - Kollidiert Anden Pazifischer Ozean

Südamerika

Atacamagraben

B

ei einer Ozean-Kontinent-Kollision taucht immer die ozeanische unter die kontinentale Platte ab, da diese eine größere Dichte besitzt

D

er Himalaya entstand durch eine Kontinent-Kontinent-Kollision. Dabei wurde das Urmeer Thetys nahezu vollständig verschluckt

Am 29. Mai 1953 stand Sir Edmund Hillary als erster Mensch auf dem höchsten Berg der Welt - dem Gipfel des Mount Everest. Das Himalaja-Gebirge, das sogenannte Dach der Welt, verdankt seine Entstehung der Kollision zweier kontinentaler Platten. Seit dem Zerfall des Urkontinents Pangäa strebte der Indische Subkontinent unaufhaltsam auf Eurasien zu. Zunächst wurde dabei der ozeanische Krustenteil der indischen Platte subduziert. Heißes, geschmolzenes Gestein stieg bei dieser Ozean-Kontinent-Kollision auf und drang an die Erdoberfläche – zahlreiche Vulkane entstanden. Bei einer Kontinent-Kontinent-Kollision dagegen taucht keine der beiden Platten ab. Stattdessen stapeln sich die in Späne zerbrechenden Platten übereinander. Bei der Entstehung des Himalaja erreichte die Dicke der Kruste dabei die doppelte Größe. Beim Übereinanderstapeln entstehen komplizierte Falten- und Bruchstrukturen. Sedimente, die vorher in den Meeren zwischen den Kontinenten abgelagert wurden, treten dabei an die Erdoberfläche und nehmen am Aufbau des sich auftürmenden Gebirges teil. So bilden paläozoische Sedimente vom Meeresgrund, die vor mehr als 250 Millionen Jahren vor der ehemaligen indischen Küste abgelagert wurden, heute die höchsten Erhebungen im Himalaja. Die Alpen entstanden auf ähnliche Weise bei der Kollision von Europa und Afrika. Das über 7.000 Kilometer lange und bis zu 700 Kilometer breite Gebirge der Anden zieht sich entlang der südamerikanischen Westküste. Dort taucht die ozeanische Nazca-Platte mit über elf Zentimetern pro Jahr unter die kontinentale südamerikanische Platte ab. Bei der Subduktion entstehen nicht nur zahlreiche Vulkane, sondern auch einige der stärksten Erdbeben

Himalaya Indien

Indischer Ozean

66

Tibet

Formen gebend - Wer was bewirkt

Inselbögen, wie Japan (oben) und die indonesische Insel Timor (unten) entstehen bei der Subduktion

67

Kapitel 4

4.1.5 Geschrammt - Transformstörungen

A

n Transformstörungen gleiten zwei Platten aneinander vorbei, daher sind Transformstörungen auch immer erdbebengefährdete Gebiete

D

as pazifische Hawaii-Archipel besteht aus 18 Inseln, die alle denselben vulkanischen Ursprung haben. Mit zunehmender Entfernung von dem Hot Spot haben die Inseln ein höheres Alter

Am 18. April 1906 liegen die Einwohner San Franciscos noch friedlich schlafend in ihren Betten, als plötzlich gegen fünf Uhr morgens ein Erdstoß die Stadt erschüttert. Einige Sekunden später folgt ein zweites Beben. Mit einer Intensität von 8,3 auf der Richterskala ist das zweite Beben sogar noch stärker als der vorausgegangene Erdstoß. Dann ist die Erde auf einmal wieder ruhig. Doch plötzlich steigen Rauchsäulen in den Himmel, ausgelöst durch zerbrochene Gasrohre und Kurzschlüsse. Schnell breitet sich das Feuer über die Stadt aus. Innerhalb von drei Tagen vernichtet es 30.000 Häuser, ein Viertel aller Bewohner werden obdachlos, 1.500 Menschen sterben, dann endlich verlöschen die Flammen. Die Ursache für das Beben liegt einige Kilometer unterhalb der Golden Gate Bridge. Hier wird die Pazifische Platte gegen die Nordamerikanische Platte verschoben. An solchen Transformstörungen, an denen zwei Lithosphärenplatten aneinander vorbei schrammen, wird weder Erdkrustenmaterial vernichtet wie bei der Subduktion, noch entstehen hohe Gebirge wie bei den Kontinent-Kontinent-Kollisionen. Reibungsfrei läuft dieser Vorgang aber nicht ab, daher sind Gebiete, in denen sich Transformstörungen ereignen auch immer erdbebengefährdete Gebiete. An der San-Andreas-Störung, die das große Erdbeben von 1906 in San Francisco ausgelöst hat, werden die Lithosphärenplatten um etwa 5,5 Zentimeter pro Jahr gegeneinander verschoben. Das klingt nicht besonders spektakulär, im Laufe von Millionen Jahren kann eine solche Verschiebung zwischen zwei ehemals zusammenhängenden Punkten jedoch mehrere Hundert Kilometer betragen. Nicht alle Transformstörungen treten auf dem Festland auf. Auf dem Meeresboden sind sie besonders im Bereich der mittelozeanischen Rücken vorhanden, die daher keine ununterbrochene Linie bilden.

4.1.6 Hot Spots Der Berg Mauna Kea auf der Insel Hawaii ist riesig. Dieser größte Vulkan der Erde ragt 10.000 Meter über dem Mee-

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Formen gebend - Wer was bewirkt

resboden auf – mit der Basalt-Lava, aus der er besteht, könnte die gesamte Schweiz flächendeckend mit einer ein Kilometer mächtigen Gesteinsschicht bedeckt werden. Zusammen mit den anderen Hawaii-Inseln ist der Mauna Kea ein Glied innerhalb einer langen Kette zusammengehörender Vulkane. Nur: wie kommt es, dass mitten im Ozean auf einmal eine ganze Kette von Vulkanen aufragt? Die hawaiianischen Inseln liegen inmitten der Pazifischen Platte, weit entfernt von jeder Plattengrenze. Subduktion oder Seafloor-Spreading kommen daher als Ursache für die Entstehung nicht in Frage. Die Antwort liegt tief im Innern der Erde, an der Grenze zwischen Erdkern und –mantel. Dort befinden sich bis zu einige hundert Kilometer breite, schlauchförmige Magmen-Aufstiegskanäle, die Manteldiapiere. An diesen so genannten Hot Spots steigt heißes Magma auf und durchdringt die Erdkruste – ein Vulkan entsteht. Da sich über einem Hot Spot, der seine Position nicht verändert, die Lithosphärenplatten hinwegbewegen, bildet er im Laufe der Zeit eine ganze Kette von Vulkanen. Das Alter der so entstandenen Vulkane steigt mit zunehmender Entfernung vom Hot Spot.

D

ie sichtbaren Hawaii-Inseln sind bereits über den Hot Spot hinweggezogen. Einige 100 Kilometer südwestlich der Hauptinsel schichtet sich auf dem Meeresboden bereits ein neuer Berg auf

Ausgehend von der Insel Hawaii wird die in nordwestlicher Richtung verlaufende linienförmige Kette der Vulkaninseln mit zunehmender Entfernung vom Hot Spot älter. Mit der Bestimmung des Alters der vulkanischen Gesteine und der Entfernung der Inseln vom Hot Spot kann berechnet werden, mit welcher Geschwindigkeit die Pazifische Platte über den Hot Spot hinüber gleitet.

Nordamerikanische Platte Eurasische Platte

Nordamerikanische Platte Juan-de-FucaPlatte

Arabische Platte

Karibische Platte

CocosPlatte

Chinesische Platte

Afrikanische Platte

Pazifische Platte NazcaPlatte

H

ot Spots finden sich überall auf der Welt, unabhängig von den heutigen Plattengrenzen, an denen sich normalerweise der Vulkanismus konzentriert

Pazifische Platte Philippinische Platte

Südamerikanische Platte Indisch-Australische Platte

Antarktische Platte Antarktische Platte

Hotspots Plattengrenzen (z.T. vermutet)

69

Kapitel 4

4.2 Wasser, Eis und Wind

N

iederschlagswasser kann einen Bach sehr schnell in einen reißenden Fluss verwandeln. Dadurch steigt dessen erosive Kraft

G

letscher bewegen sich zwar nur langsam, sie besitzen aber dennoch eine große erosive Kraft

Noch während ein Gebirge durch plattentektonische Prozesse aufgefaltet wird, ist es bereits den Kräften von Wasser, Eis und Wind ausgesetzt. Ohne diese drei wichtigsten von außen einwirkenden Landschaftsformer hätten Gebirge wie der Himalaja oder die Alpen eine völlig andere Form. Nicht nur das, ein Großteil aller Landschaftsformen der Erde wird durch das Einwirken von Wasser, Eis und Wind gebildet oder zumindest verändert. Verwitterung, Transport und Ablagerung finden nur dann statt, wenn eine oder mehrere dieser Kräfte wirken. Fast drei Viertel unseres Planeten sind von Wasser bedeckt – kein Wunder dass es als Landschaftsformer eine Sonderstellung einnimmt. Mit einem Volumen von über 1,3 Milliarden Kubikkilometern kommt Wasser in einer riesigen Menge auf der Erde vor. Es erreicht im Wasserkreislauf durch Niederschläge, Verdunstung und Abfluss fast jeden Ort der Erde – wenn auch mitunter erst im Laufe von vielen Millionen Jahren. Für die Gestaltung der Landschaft sind die ablaufenden Flüsse der wichtigste Faktor, denn sie transportieren abgetragene Sedimente und sind in der Lage, sich tief in den Untergrund einzugraben. Weltweit transportieren die Flüsse in einem Jahr etwa 13 Milliarden Tonnen an Sedimenten in die Meere. Das Meerwasser greift dann die Küsten mit der Brandung an. An steilen Küsten sorgen die Brandungswellen für die Erosion der Kliffs, an flachen Stränden dagegen überwiegt die Ablagerung von feinkörnigem Material. Doch auch gefrorenes Wasser formt die Landschaft. Mehr als 75 Prozent des Süßwassers auf der Erde sind als Eis in den gefrorenen Gebieten der Antarktis und Grönlands oder in den Gebirgsgletschern gespeichert. Gletscher bewegen sich zwar nur langsam, können aber wie gewaltige Planierraupen beträchtliche Gesteinsmassen mitführen. Was sich ihnen in den Weg stellt wird platt gewalzt oder mitgeschleppt. Meterdicke FIndlinge, die von Skandinavien aus über 1.000 Kilometer von den Gletschern transportiert und beim Abschmelzen abgelagert wurden, zeigen die gewaltige Kraft des Eises. Wind ist zwar nicht in der Lage, tiefe Schluchten in den Fels zu graben oder meterdicke Felsblö-

70

Formen gebend - Wer was bewirkt

cke zu transportieren – dennoch wurden ganze Landschaften beinahe ausschließlich durch den Wind geformt. Über 200 Meter hohe Dünen und mehrere 100 Meter dicke Lössdecken zeigen die Kraft, die vom Wind ausgeht. Fast 40 Millionen Tonnen Staub und Sand wehen jährlich aus der Sahara nach Südeuropa und sogar der tropische Regenwald in Südamerika erhält einen Teil seiner Nährstoffe über den Wind, der feinkörnigen, mineralhaltigen Sand aus Afrika quer über den ganzen Atlantik weht. Auch die Schleifwirkung des Windes formt die Oberfläche mit.

4.3 Verwitterung und Erosion Ohne die Kräfte von Verwitterung und Erosion könnten wir alte griechische Tempel oder das römische Kolosseum möglicherweise heute noch in ihrem ursprünglichen Zustand bewundern. Doch die Prozesse der Verwitterung haben dafür gesorgt, dass die Gesteine angegriffen und zerstört werden. In Gebirgen finden die selben Vorgänge statt. Erst durch die Zerkleinerung selbst riesiger Gesteinsmassen sind Wind, Wasser und Eis überhaupt in der Lage, ihre Erosionskräfte zu entfalten und die Bruchstücke transportieren zu können. Die Intensität der Verwitterung ist neben den Gesteinen und Böden von zahlreichen Faktoren abhängig. Wichtig sind die zur Verfügung stehende Wassermenge, die Vegetationsbedeckung, der Gehalt an Säuren im Wasser und die dem Boden zugeführte Energie aus der Sonneneinstrahlung. Der Grad der Abtragung durch Erosion (linienhaft) und Denudation (flächig) ist abhängig von der Widerstandsfähigkeit der Gesteine, von der Steilheit der Hänge und wie bei der Verwitterung vom Klima und der Vegetationsbedeckung.

0,002 % = Atmosphäre und Organismen 0,02 % = Wasser in Seen und Flüssen 0,58 % = Grundwasser, Bodenfeuchte 2,01 % = Polareis, Gletscher = 2,6 % Süßwasser

97,39 % = Weltmeere

D

ie Kontinente nehmen nur 29 Prozent der Erdoberfläche ein, der Rest ist von Wasser bedeckt. Nur ungefähr 2,6 Prozent der globalen Wassermassen sind Süßwasser

I

n der anatolischen Region Kappadokien wurden durch erosive Kräfte aus den vulkanischenTuffablagerungen die Erdpyramiden geformt

4.3.1 Physikalische Verwitterung Wer schon einmal eine Wasserflasche im Gefrierschrank vergessen hat, konnte sich vermutlich von der Kraft der physikalischen Verwitterung anschaulich überzeugen. Da Eis ein größeres Volumen hat als Wasser, steigt beim Gefrieren der Druck in einer Glasflasche immer weiter an – sie zerspringt. Dasselbe passiert in Hochgebirgen und in

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Kapitel 4

Formen der Verwitterung

In den Hochlagen der Gebirge, wie hier an den Drei Zinnen in den Dolomiten trägt die Frostsprengung zur Gesteinszerkleinerung bei, wobei sich der Gesteinsschutt unterhalb der Felswände sammelt.

Erdpyramiden entstehen durch Erosion an Steilhängen. Das vom Regen durchfeuchtete Erdreich rutscht allmählich den Hang herab. Felsblöcke schützen einen kleinräumigen Bereich vor dem Regen und verlangsamen die Erosion an dieser Stelle.

Die Badlands im Death Valley wurden durch Niederschläge geformt, wobei das Wasser oberflächlich abfliesst und dabei die weichen Schichten aus Ton- und Schluffstein erodiert.

Gebieten mit häufigem Frostwechsel. Wasser, das in Gesteinsspalten gefriert, führt zur Frostsprengung – auf diese Weise werden Gesteine in scharfkantigen Blockschutt zerlegt. Salzsprengung, ebenfalls eine mechanische Verwitterungsart, beruht auf der Ausdehnung von Salzen, wenn sie Wasser aufnehmen. Doch auch ohne Wasser ist physikalische Verwitterung möglich. Gerade in Wüsten sind die Temperaturen tags und nachts sehr unterschiedlich. Durch die Volumenänderung bei der Erhitzung und Abkühlung der Gesteine entstehen Brüche und Risse. Festes Gestein wird bei der physikalischen Verwitterung immer durch mechanische Vorgänge gelockert oder zerkleinert. Die chemische Zusammensetzung der Gesteine bleibt dabei immer gleich.

4.3.2 Chemische Verwitterung Anders als bei der physikalischen, werden bei der chemischen Verwitterung Lockersedimente, Böden und Gesteine durch die Reaktion mit Wasser und den darin gelösten Stoffen chemisch verändert. Einige Mineralien werden vom Wasser schneller aus dem Gestein herausgelöst als andere. Wasser lagert sich in das Kristallgitter der Mineralien ein und schwächt auf diese Weise das Gestein. Im Wasser gelöste Säuren (zum Beispiel Kohlendioxid) beschleunigen den chemischen Verwitterungsprozess. Die Intensität dieser Verwitterung ist abhängig vom Vorhandensein von Wasser und der Temperatur. Je trockener

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Formen gebend - Wer was bewirkt

Besonders in ariden Gebieten werden die Gesteine durch häufige Wechsel von Erhitzung und Abkühlung stark beansprucht. Durch Volumenzu- und -abnahmen entstehen Spannungen im Gestein, die zu regelrechten Sprengungen führen.

Chemische Verwitterung findet häufig an kalkhaltigen Gesteinen, wie hier in den italienischen Alpen statt. Die Rillen entstehen durch Lösung bei ablaufenden Regenwasser.

Baumwurzeln können in Gesteinsklüfte eindringen und durch weiteres Wachstum zur Aufweitung dieser Spalten beitragen.

und kälter es ist, desto geringer ist auch die chemische Verwitterung. Die stärksten Auswirkungen hat die chemische Verwitterung in den ständig feuchten Tropen. Hier sind die Böden der Verwitterung zum Teil schon seit Jahrmillionen ausgesetzt. Im Gegensatz zu unseren heimischen Böden sind die Böden der Tropen daher sehr tiefgründig – unverwittertes Gestein in geringer Tiefe, das durch Verwitterung neue Mineralien nachliefern kann, fehlt. Das ist der Grund, warum die Böden der Tropen extrem nährstoffarm sind. Zwischen den Tropen und der polaren Zone gibt es eine breite Übergangszone, in der die chemische Verwitterung zeitweise, jahreszeitlich abhängig, sehr stark, in anderen Fällen nur mäßig wirkt. Grundsätzlich können die chemische und physikalische Verwitterung nicht getrennt werden, da sie in der Regel in Kombination miteinander auftreten.

4.3.3 Biogene Verwitterung Die Einwirkung von Lebewesen spielt ebenfalls eine Rolle bei der Verwitterung. Kleinräumig ist die biogene Verwitterung sehr bedeutend, ihr Anteil an der Landschaftsformung ist aber gering. In den Städten wird die biogene Verwitterung an den Bäumen sichtbar, die mit ihren Wurzeln den Asphalt durchbrechen. Doch auch andere Gesteine können auf diese Weise gesprengt werden. Ebenfalls von Bedeutung sind die von Bodenorganismen abgegebene Säuren, die Gesteine angreifen und damit die die chemische Verwitterung beschleunigen.

73

Kapitel 4

4.4 Gravitation und Massenbewegung Sommer 1987 – schwere Unwetter sind über den Alpen niedergegangen, tagelang hat es nur geregnet. Auf einmal lösen sich riesige Gesteinsmassen von rund 40 Millionen Kubikmetern und stürzen mehr als 1.000 Meter in die Tiefe. Der mit einer Geschwindigkeit von 400 Kilometern pro Stunde niedergehende Bergsturz ist von einer orkanartigen Druckwelle begleitet, der Wälder und Kirchtürme knickt wie Streichhölzer. Der italienische Fluß Adda staut sich zu einem gewaltigen See auf, der unterhalb gelegene Orte zu überfluten droht. 20.000 Menschen werden blitzartig evakuiert, die einzigen Opfer sind schließlich acht Menschen, die sich geweigert hatten, ihre Häuser zu verlassen. Dieser Erdrutsch im italienischen Adda-Tal ist eine der gewaltigsten geologischen Katastrophen des letzten Jahrhunderts in den Alpen.

M

uren sind breiartige und oft sehr schnellen Ströme aus Fels, Eis, Schlamm und Gerölle können eine breite Schneise der Zerstörung an den Hängen hinterlassen

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Massenbewegungen wie Schlammströme, Muren oder Bergstürze entstehen durch den Einfluss der Gravitation. Natürlich wirkt die Schwerkraft grundsätzlich auf alle Körper der Erde, in Kombination mit mehr oder weniger steilen Hängen kann sie jedoch verheerende Folgen haben. Neben der Steilheit der Hänge sind für Massenbewegungen die Lagerung und die Art der Gesteine, der Wassergehalt der rutschenden Schicht oder das Vorhandensein von Gleitschichten im Untergrund von Bedeutung. Bevor jedoch eine Masse ins Rutschen gerät, muss der Reibungswiderstand überwunden werden. Auslöser von Bewegungen sind daher oft starke Regenfälle oder Erdbeben. Die Klassifizierung von Massenbewegungen ist oft schwierig. Als Kriterien werden das sich bewegende Material (fest oder locker), die Geschwindigkeit und die Art der Bewegung (fließend, gleitend oder stürzend) verwendet. Bei schnellen Bergstürzen lösen sich die Gesteine an Klüften und Schichtfugen aus dem Gesteinsverband und fallen oft im freien Fall hinab. Der Abbruch von mehr oder weniger großen Blöcken führt mit der Zeit zu großen Schutthalden vor dem Hang. Ganz anders als Bergstür-

Formen gebend - Wer was bewirkt

B

ei dieser Schuttrutschung bewegte sich lockeres Material gleitend mit einer hohen Geschwindigkeit den Hang herab

B

ei Bergstürzen lösen sich die Gesteine an Klüften und Schichtfugen aus dem Gesteinsverband und fallen oft im freien Fall hinab

ze laufen die Rutschungen ab. Hier bewegen sich die Gesteinsmassen eher gleitend als stürzend und bleiben während der Bewegung im Zusammenhang. Besonders auf tonigen Schichten beginnen ganze Gesteinsblöcke im Verband zu gleiten. Die Menge, die bei solchen Massenbewegungen verlagert wird, liegt nicht selten bei über einer Million Kubikmeter Gesteins- und Schlammmaterial. Diese Menge entspricht ungefähr einem voll beladenen Güterzug mit einer Länge von 150 Kilometern – etwa der Entfernung Frankfurt/Köln. Wenn sich wasserdurchtränkte Schuttmassen in Bewegung setzen, spricht man von Muren oder Murgängen. Diese breiartigen Schuttströme können in Hochgebirgen teilweise verheerende Auswirkungen haben. Im Norden Perus ging 1970 eine Mure mit einer Geschwindigkeit von fast 300 Kilometern pro Stunde talwärts, 70.000 Menschen starben bei dieser Katastrophe. Schnelle Massenbewegungen laufen auch bei der Entstehung von Erdschlipfen ab, die Größenordnungen sind jedoch geringer. Böden und locker gelagerte Gesteine bewegen sich dabei auf tonigen Gleitbahnen oder wasserundurchlässigen Schichten abwärts. Sie bilden am Hang eine halbkreisförmige Abrissnische und dort, wo sie zum Stehen kommen, einen Wulst. Diese zungenartigen Gebilde verlieren ihre Bewegungsenergie entweder dadurch, dass sie in flacheres Gelände gleiten, oder dann, wenn der Wassergehalt abnimmt. Die langsamste Massenbewegung ist das Bodenkriechen. Die oberen Bodenschichten werden, wenn sie mit Wasser gesättigt sind, instabil und bewegen sich bergab. Die Geschwindigkeiten liegen bei meist weniger als einem Zentimeter in einem Jahr. In Gebieten, in denen die Böden permanent gefroren sind, wird diese Bewegung Solifluktion genannt. Der ebenfalls wassergesättigte, aufgetaute Boden „kriecht“ dort auf gefrorenen Schichten. Solifluktion findet schon bei Hangneigungen unter fünf Grad statt.

D

as Bodenkriechen ist die langsamste und ungefährlichste Massenbewegung

B

ei Massenbewegungen auf Inseln können große Mengen an Gestein ins Meer stürzen. Mitunter sind riesige Flutwellen, sogenannte Tsunamis, die Folge

Lanzarote La Palma

Teneriffa

La Gomera El Hierro

Fuerteventura Gran Canaria Afrika

Mega-Erdrutsch Bewegungsrichtung

75

Kapitel 4

4.5 Klima als Landschaftsgestalter Wasser, Eis und Wind sind zwar für viele Landschaftsformen verantwortlich, ob Wasser jedoch als Eis oder in flüssiger Form vorliegt oder der Wind über eine Sandwüste oder über einen Kiefernwald weht, bestimmt ein ganz anderer Faktor – das Klima. Alle Landschaftsformen der Erde werden daher in irgendeiner Art und Weise durch die klimatischen Verhältnisse beeinflusst. Karten der Klimazonen helfen, den komplizierten Wärme- und Wasserhaushalt auf der Erde vereinfacht darzustellen. Auf diese Weise kann jedem Ort der Welt mithilfe seines Klimadiagramms ein Klimatyp zugeordnet werden. In den meisten Fällen basieren die Abgrenzungen der unterschiedlichen Klimazonen auf Grenzwerten von Temperaturen, Niederschlägen und der Verdunstung. In einem ersten Schritt wird die Erde nach der Klimaklassifikation von Köppen und Geiger anhand von Jahresdurchschnittstemperaturen in fünf große Zonen eingeteilt. Diese erste grobe Einteilung wird zusätzlich durch weitere Faktoren wie Niederschlag oder Verdunstung verfeinert.

4.5.1 Tropen

D

ie tiefgründigen Tropenböden sind durch anhaltende Verwitterungsprozesse extrem nährstoffarm

76

In den Tropen gibt es keine Jahreszeiten. Die Durchschnittstemperatur beträgt das ganze Jahr über 20 Grad Celsius. Die Tropen befinden sich ungefähr zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. In Äquatornähe regnet es täglich – bis über 5.000 Milliliter Niederschlag fallen hier pro Jahr. Das ist rund zehnmal mehr als in Mitteleuropa. In Richtung der Wendekreise nehmen die Niederschläge immer weiter ab, so dass an den Wendekreisen nur noch während maximal zwei Monaten im Jahr die Niederschläge höher sind als die Verdunstung. In den humiden Tropen, in denen mehr Regen fällt als verdunstet, liegt der tropische Regenwald. Durch die hohen Temperaturen und enormen Mengen an Wasser ist die Verwitterung hier enorm. Täler und Hänge werden intensiv umgeformt und in kalkhaltigen Gebieten ist die Verkarstung extrem. Die chemische Verwitterung erreicht hier die Böden

Formen gebend - Wer was bewirkt

noch in einer Tiefe von mehr als 100 Metern. Aus diesem Grund sind die tropischen Böden extrem nährstoffarm, denn den tiefgründigen Böden fehlt ein Gestein nahe der Oberfläche, das durch Verwitterung für Nachschub an Mineralien sorgen kann. Mineralstoffe in den oberen Bodenhorizonten werden laufend vom Regen gelöst und ausgewaschen, während sich in den unteren Horizonten wasserunlösliche Quarz-, Aluminium- und Eisenoxide ansammeln. Diese chemischen Elemente sind für die rote Färbung verantwortlich. Nach der Abholzung des Waldes erodiert schnell die obere, fruchtbare Humusschicht des Bodens - aus dem zurückbleibenden verhärteten Lateritgestein kann sich in absehbarer Zeit kein neuer Boden entwickeln.

D

ie Tropen liegen im Gebiet zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis. Während die Temperaturen dort im Jahresmittel überall mehr als 20 Grad Celsius betragen, sind die Niederschlagsmengen in dieser Klimazone sehr variabel

Die üppige Vegetation täuscht darüber hinweg, aber die Humusschicht im tropischen Regenwald ist nur wenige Zentimeter dick. Dabei wachsen auf einem Hektar Regenwald bis zu 800 Tonnen pflanzlicher Biomasse. Eine solche Menge an Pflanzen müsste eine meterdicke Schicht Humus erzeugen, di e vor Nährstoffen nur so strotzt. Dieses scheinbare Paradoxon kommt dadurch zustande, dass abgestorbenes Pflanzenmaterial in einem schnellen Nährstoffkreislauf sofort recycelt wird und auf diese Weise innerhalb kürzester Zeit zersetzt und wieder von den Pflanzenwurzeln aufgenommen wird. Eine dicke Humusschicht bildet sich auf diese Weise in den Tropen nicht.

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Kapitel 4

Klimaklassifikation und Landschaftsformung Erster Buchstabe E Eisklimate (wärmster Monat unter 10°C) D Schneeklimate (wärmster Monat über 10°C, kältester Monat unter -3°C) C Warmgemäßigte Klimate (kältester Monat 18°C bis -3°C) B Trockenklimate A Tropische Klimate (alle Monate über 18°C Mitteltemperatur)

E Cfc

E E

E

Dfc

Dfb BSk

Dfc

Dfc Dfc

Dfb Dfa

Csb Cfa

Cfc Cfb Csb Csa

Aw

BWh

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BSh Aw'' Am

Af Cw

Dwd Dfc

Aw

BWk

Cw h Cfa k BSk Cfb

Steppenklima

W Wüstenklima f

Aw

Cf Af

Af Aw Cwb Cwa BWh Cwb Cfa

Cf Af

Af BSh

Cw

BWh Cfa BSh Csb BSk Cfb Cfb Dritter Buchstabe a wärmster Monat über 22°C b wärmster Monat unter 22°C, mind.

alle Monate ausreichender Niederschlag

4 Monate über 10°C

m Urwaldklima trotz Trockenzeit (z.B. Monsun)

c

weniger als 4 Monate über 10°C

s

d

desgl., kältester Monat unter -38°C

w Trockenzeit im Winter der Halbkugel

h

trockenheiß, Jahrestemp. über 18°C

(w) desgl. auf die andere Halbkugel übergreifend

k

trockenkalt, Jahrestemp. unter 18°C

Trockenzeit im Sommer der Halbkugel

s' w' einfache Regenzeit zum Herbst verschoben w'' größere Trockenzeit im Winter, kleine im Sommer

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Dfc

Dfb BSk BSk Dwb Dfa BWk Dsa h E h Cfa BWh Cwb Cwa BWh Aw Am Am BSh Aw

Cfc Zweiter Buchstabe S

Dfd

Dwc

BWh Cw

Klimazonen der Erde – Klassifikation nach Köppen und Geiger (unten). Verschiedene Klimazonen (rechts) haben einen unterschiedlichen Einfluss auf die Landschaftsformen. Prozesse wie Verkarstung, Frostverwitterung oder Talformung sind je nach Klimazone unterschiedlich ausgeprägt.

Formen gebend - Wer was bewirkt

Gebiete mit Formung durch Gletscher: Polare/kalte Gebiete mit Inlandvergletscherung vergletscherte Hochgebirge Gebiete mit starker Frostverwitterung: Feuchte Subarktisch-kalte und extrem winterkalte gemäßigte Gebiete Trockene Gebiete mit mäßiger chemischer und Frostverwitterung Feuchtgebiete mit ständiger Formung mäßig warme winterkühle Gebiete Trockengebiete mit episodischer Formung Dauerfeuchte Gebiete mit ständiger Formung und intensiver Verkarstung subtropische Gebiete Winterfeuchte Gebiete mit periodischer Formung Trockengebiete mit episodischer Formung Gebiete der intensiven chemischen und physikalischen Verwitterung Dauerfeuchte Gebiete mit sehr intensiver Tal- und Hangformung und Verkarstung Wechselfeuchte Gebiete mit sehr intensiver Flächenbildung und intensiver Verkarstung Trockengebiete mit periodisch intensiver Tal-, Hang und Fußflächenverformung

79

Kapitel 4

4.5.2 Subtropen

N

eben der Lage in den Klimazonen kann auch das Relief die Bildung von Wüsten begünstigen, etwa wenn hohe Bergketten einen Großteil der Wolken abfangen

Nördlich und südlich an die Tropen schließen sich die Subtropen an. Die Temperaturen liegen hier im Jahresdurchschnitt zwischen 12 und 20 Grad Celsius. Aufgrund der jährlichen Temperaturschwankungen werden sie in drei verschiedene Zonen eingeteilt. Die maritimen Subtropen haben einen ausgeglichenen Jahresgang der Temperatur mit Schwankungen der Monatsmittelwerte zwischen 10 und 20 Grad. Zu den typischen maritimen Regionen zählt beispielsweise das Mittelmeergebiet, für das relativ milde, und zeitweise regenreiche Winter sowie heiße, trockene Sommer typisch sind. Kontinentale und hochkontinentale Subtropen haben weit höhere Temperaturschwankungen, die zeitweise über 40 Grad betragen können. Zu den hochkontinentalen ariden Subtropen zählen bekannte Wüstengebiete, wie die nördliche Sahara, die Große Sandwüste in Australien, die Namib und die Kalahari. Besonders in den ariden Subtropen ist die mechanische Verwitterung durch Frostsprengung und Insolationsverwitterung die vorherrschende Art der Gesteinszersetzung.

4.5.3 Gemäßigte Zone

D

ie maritimen Subtropen kennzeichnen relativ milde und zeitweise regenreiche Winter sowie heiße und trockene Sommer

Die gemäßigten Zonen befinden sich auf der Nordhalbkugel zwischen dem 40. Breitenkreis und dem Polarkreis. Auf der Südhalbkugel liegen nur Patagonien, Neuseeland und einige Inseln innerhalb dieser Klimazone, die durch Temperaturen zwischen 0 und 12 Grad im Jahresmittel definiert wird. Sie sind durch starke jahreszeitliche Wechsel und über das ganze Jahr verteilte Niederschläge charakterisiert. In Meeresnähe sind die Sommer kühl und die Winter mild, im Inneren der Kontinente jeweils heiß und kalt. Die Lage auf dem Breitengrad ist jedoch nicht allein für das Klima verantwortlich. New York liegt zum Beispiel auf demselben Breitenkreis wie Portugal - in der nördlichen gemäßigten Zone. Während es aber in New York im Winter Schneestürme geben kann, ist das Klima in Portugal subtropisch. Dieser Unterschied wird durch den Golfstrom verursacht, der als eine Art Fernwärmeheizung warmes Wasser aus dem tropischen Westatlantik bis vor die Küsten Großbritanniens und Skandinaviens bringt. Ohne diese Meeresströmung wäre das Klima in Mittel- und Nordeuropa deutlich kühler. Die sich fast über 30 Breitengrade erstreckende Klimazone wird in eine südliche warmgemäßigte und eine nördliche kühlgemäßigte Zone gegliedert. In der warmgemäßigten Zone herrschen Laubwälder vor, es gibt warme Sommer und milde Winter. In der nördlichen Laubwaldregion des warmgemäßigten Klimas tritt bereits ein erheblicher Anteil verschiedener Nadelhölzer auf. Diese Mischwälder stellen den Übergang zur sich in Richtung der Pole anschließenden kalten Zone

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Formen gebend - Wer was bewirkt

dar. Da die Erdoberfläche gemäßigter Regionen normalerweise mit einer geschlossenen Pflanzendecke überzogen ist, wird die mechanische Verwitterung behindert, die chemische und biogene dagegen begünstigt.

4.5.4 Kalte Zone In der Polarregion ist das Eis der bestimmende Faktor bei der Gestaltung der Landschaftsformen. In den polaren Zonen liegen die Temperaturen im Durchschnitt unter Null Grad Celsius, die Niederschläge fallen den größten Teil des Jahres als Schnee. Die schlechten Temperaturverhältnisse und eine sehr kurze Vegetationsperiode lassen kein ausgedehntes Pflanzenwachstum zu. Die borealen Nadelwälder der kühlgemäßigten Mittelbreiten werden durch die aus Zwergsträuchern, Flechten und Moosen bestehende Tundra abgelöst. Die Böden dieser Region sind oft gefroren. Im Sommer tauen die Perma- oder Dauerfrostböden auf, eine ideale Voraussetzung für die Solifluktion, da der gefrorene Untergrund eine gute Gleitfläche für den Oberboden ist.

4.5.5 Klimatische Höhenstufen Auf dem Gipfel des Kilimandscharo liegt Schnee, dabei befindet sich der Berg in den Tropen. Nicht immer ist das Klima von den Breitenkreisen abhängig - die Hochgebirge nehmen in allen Klimazonen eine besondere Stellung ein. Da die Temperaturen mit der Höhe um etwa 0,6 Grad pro 100 Meter abnehmen, kommt es zur Ausbildung von Höhenstufen. Die klimatischen Verhältnisse ändern sich innerhalb dieser Stufen so stark, dass sogar in äquatorialen Lagen polare Klimaverhältnisse anzutreffen sind - natürlich erst in sehr großen Höhen. Die Änderung des Klimas mit der Höhe zeigt sich am auffälligsten in der Ausprägung verschiedener Vegetationsstufen.

D

ie Lofoten liegen nördlich des Polarkreises vor der norwegischen Küste. Dank des Golfstroms sind die Gewässer eisfrei, während auf dem gleichem Grad südlicher Breite bereits ewiges Eis vorherrscht

D

ie Baumgrenze im Gebirge ist der Übergang von der Wald- in die Mattenstufe. Ihre Höhe variiert je nach Klimazone, sie wird aber auch durch lokale Verhältnisse beeinflusst

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5

Aus dem Inneren Vulkanismus und Erdbeben ulkanausbrüche gehören zu den spektakulärsten Naturereignissen, die unser Planet zu bieten hat: Rotglühende Lava, die Hunderte von Metern in die Luft geschleudert wird, Kilometer hohe Wolken aus heißer, feiner Asche oder das Feuerwerk eines ausbrechenden Vulkans lassen uns die unbändigen Kräfte aus dem Erdinnern nur erahnen. Ebenso Furcht erregend und gewaltig wie die Feuerberge sind Erdbeben, deren Energie und Zerstörungskraft kaum zu beziffern ist. Sie haben zwar einen viel geringeren Anteil an der Landschaftsformung als die Vulkane, treten aber oft in den selben Regionen auf.

V

D

Noch kann niemand Extremereignisse wie Erdbeben oder Vulkanausbrüche genau vorhersagen - meist werden die Menschen von der Kraft aus dem Erdinnern überrascht. So war es auch am 20. Februar 1943: An diesem Tag war der mexikanische Bauer Dionisio Pulido Augenzeuge der Entstehung eines Vulkans. Während der Arbeit auf seinem Feld tat sich unter lautem Zischen und Getöse eine Erdspalte auf. Die Erde um ihn herum blähte sich auf, Rauch und Asche schossen aus der Spalte hervor. Binnen kurzer Zeit türmte sich auf seinem ehemaligen Feld ein hoher Vulkan auf, der Paricutin. Ähnlich verblüfft wie der mexikanische Bauer waren isländische Forscher, als sich fast vor ihrer Haustür eine neue Insel bildete. Am 14. November 1963 begann sie Meter für Meter aus dem Atlantik empor zu wachsen

A

er Stromboli bietet mit seinen vulkanischen Aktivitäten ein sehenswertes nächtliches Schauspiel

usbruch des Ätna am 30. Oktober 2002. Die Eruption gehörte zu den heftigsten seit Jahren

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Kapitel 5

und erreichte schon nach drei Tagen die stattliche Höhe von 40 Metern. Zuvor hatte sich der kleine Vulkan rund 3.600 Meter vom atlantischen Meeresboden bis an die Oberfläche gekämpft und machte nun mit einer zwölf Kilometer hohen Eruptionssäule auf sich aufmerksam.

D

ie Insel Surtsey wird „geboren“. Eine zwölf Kilometer hohe Eruptionssäule begleitet das Spektakel

Doch warum bildete sich der eine Vulkan in Mexiko und der andere als Insel südlich vor Island? Was geht dabei im Erdinneren vor? Welche Formen entstehen durch Vulkanismus und Erdbeben? Auch wenn sich die Forscher bei der Vorhersage von Vulkanausbrüchen und Erdbeben schwer tun, die Mechanismen ihrer Entstehung sind sehr gut bekannt. Denn sowohl Vulkanismus als auch die Erdbeben stehen in einem engen Zusammenhang mit den Bewegungen der Erdplatten. Dort, wo die starren Platten aufeinander stoßen oder wo die Erdkruste zerreist und Kontinente immer weiter auseinander driften, treten diese Phänomene auf.

5.1 Vulkanismus

D

rei Viertel der kanarischen Insel Lanzarote sind von Lava bedeckt. Nach einer sehr aktiven Phase von 1730 bis 1736 ereignete sich der letzte Ausbruch im Jahr 1824

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Im Innern der Erde, in Tiefen von 100 Kilometern und mehr, sind die Temperaturen so hoch, dass Gesteine zum Teil oder auch vollkommen aufgeschmolzen werden. Je nach Druck und Wassergehalt geht beispielsweise Basalt bei etwa 1.000 Grad Celsius langsam in den flüssigen Zustand über.

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

W

ie ein Springbrunnen spuckt hier der Stromboli seine Lavafetzen aus

Wenn sich die glutflüssige Gesteinsschmelze, das Magma, ihren Weg aus der Tiefe an die Erdoberfläche bahnt, bildet sich meist im oberen Erdmantel eine immer größer werdende so genannte Magmenkammer - ein Reservoir aus geschmolzenem Gestein. Von hier aus sucht sich die Schmelze ihren weiteren Weg nach oben, meist entlang von Schwächezonen im Gestein oder sie brennt sich - einem Schneidbrenner gleich - direkt durch das umgebende Gestein. Ähnlich geschah es auch am Mount St. Helens/USA. 123 Jahre nach dem letzten Ausbruch zeigte der Berg im Mai 1980 wieder vulkanische Aktivitäten. Die aufsteigende Magma drückte die Nordflanke des Berges jeden Tag zwei bis drei Meter weiter heraus. Begleitet von kleineren Erdbeben wurde die „Beule“ immer größer, Wasserdampf und Asche drangen aus dem Berg. Die Geowissenschaftler waren längst gewarnt, als die Nordflanke des Berges auf bedrohliche 150 Meter angewachsen war. Am 18. Mai um 8:32 Uhr setzte sich die Katastrophe fort. Ein größeres Erdbeben löste eine Kettenreaktion aus, bei der die gesamte Nordflanke weggesprengt wurde. Über 500 Grad Celsius heiße Aschenwolken breiteten sich mit enormer Geschwindigkeit aus. Darauf folgte eine zweite Eruption mit einer 18 Kilometer hohen Aschenwolke. Zahlreiche Ströme aus Schlamm und Schutt schossen die Hänge hinunter und verwüsteten Wälder und Straßen. Nach dem Ausbruch fehlten dem zuvor fast 2.950 Meter hohem Berg rund 400 Meter Höhe. Der Mount St. Helens liegt innerhalb des so genannten „Ring of fire“, einer Zone höchster vulkanischer Aktivität, die den gesamten Pazifik umschließt. Da hier die pazifische Platte an andere Platten grenzt, sind Vulkanismus und Erdbeben unausweichlich – etwa die Hälfte aller Vulkane an Land liegen an dieser Nahtstelle der Erdkruste.

D

er Mount St. Helens vor und nach seinem verheerenden Ausbruch. Fast 200 zerstörte Häuser, über 50 Tote und eine vollkommen verwüste Landschaft waren die Folge

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Kapitel 5

5.1.1 Vulkanformen Kein Vulkan gleicht dem anderen und kein Vulkan bricht auf die gleiche Weise aus. Der Mount St. Helens ist genauso wie der Pinatubo, der Krakatau oder der Vesuv ein „Einzelfall“. Dennoch folgen die Formen der Vulkane, der Ablauf ihrer Ausbrüche und die Materialien, die durch sie ans Tageslicht befördert werden, bestimmten Gesetzmäßigkeiten. Diese hängen von zahlreichen Faktoren ab. Die Eruptionsformen, die Explosivität und auch die damit in Verbindung stehenden Förderprodukte der Vulkane hängen von der Zähflüssigkeit der Lava ab. Der Gehalt an Kieselsäure (SiO2) entscheidet maßgeblich darüber, ob ein Vulkan friedlich seine Lava ausfließen lässt oder ob ein ganzer Berg bei einer Eruption mit in die Luft gesprengt wird. Diese Unterschiede spiegeln sich natürlich auch beim Aufbau und der Form der Feuerberge wieder. Eine Lava, die wenig Kieselsäure enthält, ist dünnflüssig und kann sich mit einer Geschwindigkeit bis zu 100 Kilometer pro Stunde bewegen. Diese sehr flüssige, säurearme Lava bildet keinen steilen Vulkankegel aus, da sich das geschmolzene Gestein sehr schnell zu den Seiten hin ausbreitet. Tritt die dünnflüssige Lava an Spalten aus, bildet sie vulkanische Decken, die Plateaubasalte. Sie nehmen im indischen Dekkan Trapp eine Fläche von mehr als einer Million Quadratkilometer ein. Hier fanden vor etwa 65 Millionen Jahren gewaltige Eruptionen statt, die auch als mögliche Ursache für das Aussterben der Dinosaurier diskutiert werden. Durch mehrfache Förderung von dünnflüssigen Lava-Strömen entstehen Schildvulkane. Der Mauna Loa auf Hawaii ist ein solcher Schildvulkan. Er ist der größte Schildvulkan weltweit. Dieser immer noch aktive Feuerberg hat aber auch noch einen weiteren Rekord zu bieten: Er ist genau genommen der höchste Berg der Erde - allerdings nur, wenn man die etwa 5.000 Meter unter der Meeresoberfläche zu den 4.170 Metern über dem Meeresspiegel addiert.

N

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ächtliches Farbenspiel durch den Austritt von Lava am Ätna

Ganz anders als die flachen Schildvulkane sind die Aschenvulkane oder Schlackenkegel. Bei den Ausbrüchen dieser steilen und auf den Kontinenten weit verbreiteten Vulkanform, ist kieselsäurereiche Magma beteiligt. Sie ist extrem zähflüssig und gelangt meist gar nicht als Lavafluss an die Oberfläche, stattdessen staut sie sich unterhalb der Erdoberfläche auf. Gibt das darüber liegende Gestein nach, entlädt sich die geballte Energie in heftigen Explosionen. Durch die Wucht der Explosion werden Aschen und Schutt herausgeschleudert und bauen beim Herabfallen den Vulkankegel auf. Schicht- oder Stratovulkane entsprechen wohl am ehesten der allgemeinen Vorstellung von einem Vulkan. Staub, Asche und anderes lockeres Material lagern sich an den Vulkanhängen ab, bevor sich darüber die dann ausfließende Lava ergießt.

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

Aschekegel

Caldera

Linearvulkan

Maar

Dieser Wechsel von Lockermaterial und Lava ist charakteristisch und Namen gebend für die kegelförmigen Vulkane, zu denen Ätna, Vesuv oder der Fudschijama gehören. Die Giganten unter den Vulkanen sind die Supervulkane. Ein solcher schlummert bis heute verborgen unter dem Yellowstone Nationalpark im Westen der USA. Einerseits begeistert er die Menschen mit Geysiren und vielen anderen vulkanischen Erscheinungen, andererseits birgt er eine gewaltige Gefahr. Vor 630.000 Jahren brach er mit einem gigantischen Donnerschlag aus. Das Magma, das sich in einer gewaltigen Kammer unterhalb des Vulkans gefüllt hatte, entließ nahezu 1.000 Kubikkilometer vulkanisches Material über zahlreiche

Strato-

vulkan

Schildvulkan

D

ie Formen von Vulkanen beschränken sich keineswegs auf den klassischen Kegel. Die chemische Zusammensetzung der Magma und die Art des Ausbruchs bedingen ihr späteres Erscheinungsbild

87

Kapitel 5

Mount St. Helens

Vesuv Ätna

Santorini

Pinatubo Taal Nevado del Ruiz

Krakatau Tambora Lamington

88

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

Inferno aus Feuer und Asche - historische Vulkanausbrüche Santorini, 1650 v. Chr. Der explosive Ausbruch des Santorini beendet die Hochblüte der minoischen Zivilisation, lässt fast die ganze Insel im Meer versinken und löst gewaltige Flutwellen in großen Teilen des Mittelmeers aus. Das Ereignis wird als Ursprung der Legende von Atlantis diskutiert. Vesuv, 79 n. Chr. Der Vesuv stößt glühende Asche und Rauch aus. Die römischen Städte Pompeji und Herkulaneum werden unter einer sieben bis neun Meter dicken Aschenschicht begraben. Tambora, 1815 Die beim Ausbruch des Tambora in Indonesien ausgeschleuderten Aschenwolken verdunkeln die Atmosphäre und verursachen ein “Jahr ohne Sommer”. Mehr als 80.000 Menschen sterben an der Hungersnot und den Krankheiten, die auf den schweren Ausbruch folgen.

L

avafontaine am Kilauea, Hawaii. Der Rekord dieser Fontainen liegt bei einer Höhe von 580 Metern

Krakatau, 1883 Beim Ausbruch des Krakatau wird die Hälfte der gleichnamigen Insel in die Luft gesprengt. Die Eruption ist noch in 5.000 Kilometern Entfernung zu hören. Eine 40 Meter hohe Flutwelle überschwemmt die umliegenden Inseln. Lamington, 1951 Völlig unvermittelt explodiert dieser vermeintlich schlafende Stratovulkan. Glutlawinen rasen mit 100 Kilometer pro Stunde die Hänge hinab, zerstören mehr als 200 Quadratkilometer Land ringsherum und töten 3.000 Menschen. Die Hitze der Glutwolken ist so groß, dass ihre Ablagerungen noch zwei Jahre später heiß sind. Mount St. Helens, 1980 Der Ausbruch des Mount St. Helens im US-Bundesstaat Washington am 18. Mai 1980 befördert Asche- und Gaswolken bis zu 18 Kilometer hoch. Eine glühendheiße Lawine aus Staub und Gas rast mit 500 Kilometern pro Stunde den Berg hinab.

F

euer und Wasser - Lava mündet im Ozean. Das Meerwasser verdampft sofort und reißt in den Dampfwolken Lavafetzen mit sich

Nevado del Ruiz, 1985 Die Eruption schmilzt Eis und Schnee am Gipfel des 5.000 Meter hohen Vulkanberges und löst gewaltige Schlammlawinen aus. Sie erreichen die Stadt Armero und fordern viele Menschenleben. Pinatubo, 1991 Der Ausbruch des Pinatubo auf den Phillippinen schleudert eine gewaltige Aschewolke bis zu 30 Kilometer hoch in die Atmosphäre, der feine Staubschleier verteilt sich rund um den Globus.

89

Kapitel 5

Gänge nach oben. Die sich immer weiter leerende Magmakammer wurde immer instabiler und brach schließlich wie ein Gewölbe ohne Stütze ein. Dabei bildete sich eine Caldera von unglaublichen Ausmaßen. Sie hat eine Länge von 75 Kilometern und eine Breite von 37 Kilometern. Auch die griechische Insel Santorin ist ein typisches Beispiel für einen solchen Caldera-Vulkan. Der gewaltige Ausbruch im Jahr 1450 vor Christus sprengte zudem einen großen Teil des Berggipfels ab. Heute erhebt sich nur noch ein halbkreisförmiger Ring aus dem Meer empor.

M

aarsee in der Vulkaneifel. Im jüngsten Vulkangebiet Mitteleuropas „schlafen“ die Feuerberge. Die letzten Ausbrüche liegen 10.000 bis 11.000 Jahre zurück

U

nter dem Yellowstone Nationalpark wartet ein Supervulkan auf seinen Ausbruch. Die gewaltige Caldera ist nicht zu sehen, wohl aber die weltberühmten Geysire und heiße Quellen

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Vulkanische Aktivitäten können sich auch in Explosionen ohne Materialförderung äußern: Kommt es im Untergrund zum Kontakt von Magma und Grundwasser, verdampft das Wasser in Bruchteilen einer Sekunde. Der dabei entstehende Druck sprengt das darüber liegende Gestein weg. So entsteht ein Explosionstrichter, der von einem Wall aus zertrümmertem Gestein, vermischt mit Schlacken und Aschen, umgeben ist. Diese als Maare bezeichneten Sprengtrichter füllen sich später oft mit Wasser. In der Eifel zeugen heute zahlreiche Maarseen von der einstigen vulkanischen Tätigkeit, die bis vor rund 11.000 Jahre vor heute andauerte und sich auch heute noch, wenn auch weniger imposant, in Kohlensäure-Entgasungen, beispielsweise im Laacher See zeigt.

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

L

ava schlängelt sich in am Mauna Loa die Hänge herunter. Der Fluss aus geschmolzenem Gestein hat eine Breite von bis zu 50 Metern

5.1.2 Ausbruchstypen Prinzipiell werden zwei Ausbruchstypen unterschieden, die explosiven und die effusiven (ausfließenden). Je dünnflüssiger das Magma, desto weniger neigt ein Vulkan zur Explosion. Da die hawaiianischen Vulkane mit ihren scheinbar endlosen Lavaflüssen ein Paradebeispiel für den effusiven Typ sind, wurde dieser Ausbruchstyp nach ihnen benannt. Einige Vulkanologen sprechen vom „gutmütigen“ Kilauea, Hawaiis größtem Vulkan, was im Vergleich zu manch anderem Vulkan durchaus berechtigt erscheint.

D

er Mount St. Helens bricht am 18. Mai 1980 mit einer 18 Kilometer hohen Aschenwolke aus

Der Pinatubo liegt etwa 100 Kilometer nordwestlich der philippinischen Hauptstadt Manila. Im Sommer 1991 brach er nach längerer Ankündigung aus und produzierte dabei eine Eruptionssäule, die 19 Kilometer in die Höhe reichte. Nur die vorbildliche Evakuierung der Bevölkerung verhinderten hier eine größere Katastrophe. Die gewaltigen Säulen aus Asche und Staub des Pinatubo entanden durch hochexplosive, plinianische Eruptionen, die meist auf zähflüssiges Magma im Untergrund schließen lassen. Solche Eruptionssäulen können Extremhöhen von über 60 Kilometern erreichen. Feinste Aschen-Partikel schaffen es bis in die Stratosphäre. Sie bleiben mitunter monate- bis jahrelang in der Atmosphäre und können dadurch sogar Klimaveränderungen hervorrufen. So auch beim Ausbruch des indonesischen Tambora im Jahr 1815, der für den Nordosten der USA, Kanada und Westeuropa ein „Jahr ohne Sommer“ folgen ließ. Bei den so genannten vulkanianischen Eruptionen handelt es sich

91

Kapitel 5

ebenfalls um explosive Ausbrüche, die besonders scharfkantige Lava-Fragmente liefern. Da die Lava zähflüssig ist, erstarren die Förderprodukte schnell und es werden oft große Gesteinsbomben herausgeschleudert. Besonders heftige explosive Eruptionen entstehen, wenn Magma mit Wasser in Berührung kommt. Aufgrund der hohen Temperaturen des Magmas beginnt das Wasser (oft Grundwasser) in Sekundenbruchteilen zu verdampfen. Die enorme Ausdehnung, die es dabei erfährt, führt dann zum Wegsprengen des darüber liegenden Materials. Ausbrüche dieser Art werden phreatomagmatische Eruptionen genannt.

V

5.1.3 Lava, Asche und Co.

I

Zu den tückischsten Phänomenen eines Vulkanausbruchs zählen die pyroklastischen Ströme. Dabei handelt es sich um Glutwolken aus Gasen, Stäuben und heißem Aschenmaterial, die ähnlich einer Lawine mit Geschwindigkeiten von mehr als 200 Kilometern pro Stunde an den Vulkanhängen hinunter rasen. Aufgrund der Temperaturen von fast 800 Grad Celsius und ihrer enormen Geschwindigkeit sind sie für alle Lebewesen eine tödliche Gefahr.

ulkanianische Eruption am Tavurvur Vulkan, Papua Neu Guinea. Dieser Ausbruchtyp und die „Feuerberge“ selbst haben ihren Namen von der italienischen Insel Volcano, Heimat des griechischen Gottes des Feuers

92

n einem kleinen Lavasee auf Hawaii entsteht neues Gestein

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

In ihren Auswirkungen fast ebenso gefährlich wie die pyroklastischen Ströme sind die Lahare. Mit diesem indonesischen Wort werden alle Strömungen an einem Vulkanhang bezeichnet, die aus Wasser und Gesteinstrümmern bestehen. Sie entstehen, wenn heiße Aschenströme große Schnee- und Eismassen an den hohen, mit Gletschern bedeckten Vulkanen in kürzester Zeit auftauen und diese Mischung mit Gesteinen beladen den Vulkanhang herunterströmt. Aus der Sprache der Hawaiianer stammen die Namen zweier grundlegender Typen basaltischer Lava. Die Pahoehoe-Lava hat eine mehr oder weniger glatte, oft wulstartige Oberfläche. Ein Pahoehoe-Lavastrom bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von maximal einem Meter pro Minute. Die Aa-Lava soll ihren Namen erhalten haben, weil „Aa“ der erste Laut ist, den man von sich gibt, wenn man die Lava barfuß betritt. Sie ist sehr scharfkantig und schlackenähnlich. Sie tritt weiter entfernt von ihrem Herkunftsort auf und ist deshalb zum Zeitpunkt ihrer Erstarrung weitgehend entgast. Das Spektrum der Gesteine die durch Vulkanismus entstehen, ist ebenso vielfältig wie die Vulkanformen und Ausbrüche selbst. Das bekannteste vulkanische Gestein ist der nahezu schwarze Basalt. Er entsteht, wenn eine basal-

P

yroklastischer Strom. Wie auf einem Luftkissen rasen unglaubliche Mengen an glühender Asche den Vulkanhang hinab

E

in erkalteter großer Lavastrom auf Lanzarote

93

Kapitel 5

Vulkanische Förderprodukte

L

avadome entstehen, wenn das Magma in einem Vulkanschlot so zähflüssig ist, dass es nicht abfließt und wie ein Pfropf auf dem Schlot sitzen bleibt. Durch den Druck werden diese Staukuppen dann plötzlich in einer gewaltigen Explosion zerrissen.

A

ls Tephra werden alle festen Bestandteile bezeichnet, die bei einer Eruption ausgeschleudert werden. Ihre Größe kann sehr unterschiedlich sein: Die Spannbreite reicht von zwei Meter großen Lavabomben bis zur feinen vulkanischen Asche.

A

schenwolke und Eruptionssäule: Ein explosiver Vulkanausbruch schleudert oft Millionen von Kubikmetern Staub und Asche in Höhen bis zu 65 Kilometern. Die feinsten Partikel können monate- bis jahrelang in der Atmosphäre bleiben und Klimaveränderungen hervorrufen.

Aschewolke

Tephra

Eruptionssäule

Saurer Regen

Lavadom

Aschenstrom Schlot

Lavastrom Lahar Hangrutschung

Magmenkammer

L

avaströme können je nach Lavatyp langsam und träge oder dünnflüssig und schnell fließen. Besonders schnell werden sie in Lavakanälen oder Tunneln; auf Hawaii erreichen solche Lavaströme Geschwindigkeiten bis zu 155 Metern pro Sekunde.

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L

ahars und Hangrutschungen entstehen, wenn Schnee und Eis am Vulkangipfel durch einen Ausbruch plötzlich schmelzen oder wenn Aschen- und Erdschichten an den Hängen des Berges ins Rutschen kommen.

A

schenströme oder pyroklastische Ströme sind Glutwolken aus bis zu 800°C heißen Gasen, Stäuben und Aschen. Sie können mit Geschwindigkeiten 200 Kilometern pro Stunde und mehr talwärts rasen.

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

tische, also kieselsäurearme Magma in Form eines Spaltenergusses an die Erdoberfläche gelangt. Dabei kommt es zu keiner Eruption, es bilden sich vielmehr ausgedehnte Lavadecken mit Mächtigkeiten bis zu 3.000 Metern. Durch die relativ rasche Abkühlung ist der Basalt sehr feinkörnig. Entlang der Abkühlungsfläche zieht sich das Material zusammen und es bilden sich die charakteristischen, in ihrem Querschnitt polygonförmigen Basaltsäulen.

P

eles Haar, Lapilli und eine vulkanische Bombe - vielfältig sind die vulkanischen Förderprodukte

Das feinste Material, das ein Vulkan ausstößt, sind die Aschen. Sie wurden den Bewohnern von Herkulaneum und Pompeji zum Verhängnis, als sich die Aschenwolken des Vesuv-Ausbruchs von 79 n. Chr. wie ein meterhoher Teppich über die beiden Städte legte. Viele Bewohner konnten sich vor den nahenden Aschenwolken nicht mehr retten und wurden in ihren Häusern verschüttet.

U

nerwartet traf es die Bewohner der Städte Pompeji und Herkulaneum in der Nähe von Neapel. Mindestens 2.000 Menschen kamen bei der Katastrophe um

95

Kapitel 5

G

iants Causeway in Nordirland. Einer Sage nach pflasterte ein Riese diesen Weg zu seiner Geliebten

B

eim Ausströmen heißer vulkanischer Gase lagern sich schwefelhaltige Verbindungen ab – ein Solfatar entsteht

Ihre Körper hinterließen in den sich verfestigenden Aschen charakteristische Abdrücke. Sie wurden nach ihrer Entdeckung mit Gips ausgegossen und zeigen die Bewohner heute, rund 2.000 Jahre später, in ihrem Todeskampf erstarrt. Das nächstgrößere Förderprodukt eines Vulkans sind die Lapilli, kleine Kügelchen, die zwischen zwei und 65 Millimeter groß sind und durch die Drehung in ihrem Flug abgerundet werden. Ähnlich entstehen die deutlich größeren runden „Bomben“. Wie der Name verrät, haben sie mit ihrem weitaus größeren Durchmesser bereits eine ernst zu nehmende Durchschlagskraft.

5.1.4 Vulkanische Erscheinungen Vulkane können auch nach vielen tausend Jahren Ruhe erneut ausbrechen. In diesen Ruhephasen, aber auch nach ihren Ausbrüchen, zeigen sie ihre „Lebendigkeit“ durch eine Reihe von dauerhaften vulkanischen Erscheinungen, wie leichten Erdbeben oder dem Ausströmen von Gasen. Klingt der Vulkanismus allmählich ab, treten häufig noch für lange Zeit heiße Gase aus Öffnungen im Erdboden aus. Ausgasungen mit einem hohen Anteil an Wasserdampf und Temperaturen zwischen 200 und 1.000 Grad Celsius werden Fumarolen genannt. Die weniger heißen Solfataren besitzen einen hohen Gehalt an Schwefelverbindungen, die sich als reiner Schwefel neben

96

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

den Austrittsstellen absetzen. Die tückischsten aller Ausgasungen sind jedoch Mofetten. Sie fördern das in hohen Konzentrationen giftige Kohlendioxid. Da es geruchslos ist und nicht an auffällige Spalten oder andere Austrittsstellen gebunden ist, können sowohl Pflanzen, Tiere als auch der Mensch im unmittelbaren Umfeld von Mofetten erheblichen Schaden nehmen.

D

Eine typische Erscheinung in abklingenden Vulkangebieten sind Geysire. Sie stoßen, oft in regelmäßigen Zeitabständen, eine Wasser- und Dampf-Fontäne von teilweise mehreren Zehn Metern in die Höhe. Das Wasser wird im Untergrund durch das noch heiße Gestein aufgeheizt, es dehnt sich aus, steigt nach oben und zischt wie aus einem Schornstein als Fontaine in die Luft. Der Geysir Old Faithful im Yellowstone Nationalpark stößt alle 65 Minuten bis zu 60 Meter hohe Fontainen aus.

B

ie Grand Prismatic Spring (nächste Seite) ist mit einem Durchmesser von mehr als 100 Metern die größte heiße Quelle im Yellowstone Nationalpark, USA

eheeve Geysir im Yellowstone Nationalpark

Im selben Park finden sich auch bizarr geformte Sinterterrassen. Sie entstehen, wenn warmes, an Kalk übersättigtes Wasser an die Oberfläche gelangt. Da das an der Luft abkühlende Wasser nicht in der Lage ist, den Kalk weiter in Lösung zu halten, wird er abgelagert. Die größte und wohl schönste Quelle ist die „Grand Prismatic Spring“. In der Mitte hat sie eine Temperatur von etwa 87 Grad Celsius, was das Überleben für die meisten Organismen an diesen Stellen unmöglich macht. In den kühleren Bereichen siedeln dagegen Cyanobakterien und hitzetolerante Algen, die für die außergewöhnlichen Färbungen verantwortlich sind. So funktioniert ein Geysir Krater

Kraterkanal bei Erhitzung mit Wasserdampf gefüllt

Grundwasser in Gesteinsklüften Heißes Gestein

97

Kapitel 5

98

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

99

5.2 Bebende Erde

E

in Seismograph im Einsatz. Nicht nur Erdbeben, sondern alle Erschütterungen, wie auch die von Atombombentests, werden weltweit aufgezeichnet

Erdbeben entstehen durch plötzliche Bewegungen in der Erdkruste. Sie sind auf der Erde keineswegs zufällig verteilt, sondern konzentrieren sich, ebenso wie Vulkane und Gebirgsketten, in bestimmten Gebieten. Die Karte der Erdbebenverteilung auf der Erde zeigt eine deutliche Häufung an den Rändern der Kontinentalplatten der Pazifikregion, Süd- und Nordamerikas sowie in Südeuropa und Südasien. Nahezu frei von Erdbeben sind dagegen die Ozeane mit Ausnahme der Mittelozeanischen Rücken, das Innere der großen Landmassen wie Australien, die Antarktis, Grönland, weite Teile Afrikas und der Norden Europas sowie Asiens. Den Entstehungsort eines Erdbebens in der Tiefe der Erdkruste bezeichnet man als Hypozentrum. Das Epizentrum, der Ort der maximalen Erdbebenstärke auf der Erdoberfläche, liegt in gerader Linie darüber. Die meisten Bebenherde liegen in Tiefen von 0 bis 70 Kilometern. Weitaus seltener sind Tiefbeben, die unterhalb von 70 Kilometern bis in eine Tiefe von 700 Kilometern auftreten. Sie kommen vor allem an den Inselbögen des Pazifiks, aber auch unter den südamerikanischen Anden vor - überall dort, wo durch die langsame Bewegung der Platten Krustenmaterial an Plattengrenzen in die Tiefe gedrückt wird (Subduktionszonen). An Orten, wo zwei Platten ohne Vernichtung oder Neubildung von Krustenmaterial aneinander vorbeigleiten (Transformstörungen), finden meist Flachbeben statt. Sie können ohne vulkanische Aktivitäten vorkommen wie an der San-Andreas-Störung, in der Türkei oder in viel kleinerem Maßstab in der Niederrheinischen Bucht. An den Mittelozeanischen Rücken werden Erdbeben häufig von Vulkanismus begleitet.

E

rdbeben treten nicht zufällig verteilt auf der Welt auf. Sie konzentrieren sich an den Plattengrenzen Die Farben geben die Tiefe der jeweiligen Bebenherde an

0

100

300

750 km

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

5.2.1 Ursachen der Bodenbewegung Bricht Gestein an einer tektonischen Störung unter dem Druck der aufgestauten Spannung, wird die frei werdende Energie in Form von Wellen abgegeben - die Erde bebt. Auch wenn fast täglich die Erde bebt, oft liegt die Stärke des Bebens unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsgrenze. Etwa 90 Prozent der rund 800.000 registrierten Erdbeben pro Jahr sind gleichen Ursprungs. Drei Prozent der Beben entstehen dagegen durch Einstürze von Gesteinsdecken in Gebieten mit Kalkgesteinen, Salz oder Gips. Sieben Prozent stehen im engen Zusammenhang mit Vulkanausbrüchen. EMSIntensität I II

Modified Mercalli Bezeichnung (MM) I II

III

V

IV V

VII

VII

Kaum wahrnehmbar

Vereinzelt spürbar (obere Geschosse von Hochhäusern), hängende Gegenstände pendeln leicht.

Schwach

Vor allem von ruhenden Personen deutlich gespürt, Vibrationen ähnlich den Erschütterungen durch Fahrzeuge.

Allgemein spürbar

In Häusern allgemein spürbar, Gegenstände schwanken, Fenster klirren.

Stark

Schlafende erwachen, Gebäude zittern, Türen schlagen, Fenster zerspringen, hängende Gegenstände pendeln stark.

Leichte Schäden

Starkes Beben, leichte Gebäudeschäden, Putzrisse, schwere Möbelstücke bewegen sich.

Schäden

Menschen flüchten ins Freie, mäßige Gebäudeschäden, Kamine und leichte Trennwände stürzen ein, Risse entstehen im Mauerwerk.

starke Schäden

Große Spalten im Mauerwerk, ältere Häuser und Giebelteile stürzen ein, Bäume schwanken, in weichen Böden werden Wellen sichtbar.

Zerstörend

Wand- und Dacheinstürze auch bei gutgebauten Häusern, Erdrutsche, Bodenrisse, in weichem Boden werden Wellen sichtbar.

Stark zerstörend

Backsteinbauten werden zerstört, Bodenspalten bis zu einem Meter, Dämme und Deiche werden beschädigt, Schienen verbogen.

Verwüstend

Nur wenige Gebäude stehen noch, auch erdbebensichere Gebäude erleiden schwere Schäden, Rutschungen und breite Bodenspalten.

Völlig verwüstend

Völlige Zerstörung von Gebäuden, Veränderung der Bodentopographie, Bebenwellen auf der Bodenoberfläche sichtbar.

VIII VIII IX IX X X XI XI XII XII

Auswirkungen Nur mit Instrumenten nachweisbar.

VI VI

ie Intensität eines Erdbebens beschreibt die Auswirkungen der Erdbeben auf Menschen, Gebäude und die Erdoberfläche

Nicht wahrnehmbar

III IV

D

101

Kapitel 5

T

iefe Spalten und Risse können sich infolge eines Bebens bilden. Oft werden Schichten horizontal gegeneinander versetzt

Die häufig wahrgenommene Abfolge von Schütteln, Rollen und Schaukeln bei einem Beben geht auf unterschiedlich schnell aufeinanderfolgende Wellenformen zurück. Bei den sich am schnellsten ausbreitenden Wellen, den P- oder Primärwellen, schwingen die Gesteinspartikel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, das Gestein wird wechselweise komprimiert und gedehnt. Im Gegensatz zu Wasser oder Luft kann Gestein aber auch seitlich schwingen. Bei dieser Schwingung, den so genannten Transversal- oder S- (Sekundär-) Wellen, bewegen sich die Bodenteilchen quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen. Das Gestein wird dadurch horizontal oder vertikal verformt und geschüttelt. Während die P-Wellen sich in Flüssigkeiten und fester Materie gleichermaßen fortpflanzen können, kann die SWelle nur in festem, scherbaren Gestein wandern und wird daher von den flüssigen Bereichen des Erdinneren „geschluckt“. Erreichen die S- und P-Wellen die Oberfläche oder die Grenzschicht einer geologischen Struktur, werden sie reflektiert oder in Oberflächenwellen umgewandelt. Bei diesen wird die Energie ausschließlich entlang oder nahe der Oberfläche geleitet, tiefer im Untergrund ist die Gesteinsbewegung meist nur minimal. Zwei Haupttypen von Oberflächenwellen werden unterschieden: Die Love-Wellen, benannt nach dem englischen Physiker Augustus E. H. Love, verformen das Gestein in horizontaler Richtung. Durch ihre oft großen Amplituden gehören diese seitlichen Schwingungen des Bodens zu den zerstörerischsten Wellen eines Bebens. Besonders an Gebäuden können sie enorme Schäden anrichten. Der 1885 zuerst von Lord Rayleigh beschriebene und nach ihm benannte zweite Typ von Oberflächenwellen erzeugt rollende Bewegungen des Untergrunds. Während einer Rayleigh-Welle bewegen sich die

Mittelozeanischer Rücken Subduktion

E

rdbeben entstehen vor allem dort, wo sich Platten aufeinander zu, aneinander vorbei oder auseinander bewegen

102

Transformstörung Kollision

Intraplattenbereich

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

D

ie Auswirkungen eines Erdbebens werden an den Zerstörungen von Häusern besonders deutlich

103

Kapitel 5

H

angrutschungen sind eine der vielen Folgen eines Erdbebens

Gesteinspartikel elliptisch auf einer vertikalen Ebene. Da alle diese Wellen eine jeweils leicht unterschiedliche Laufzeit haben, besteht ein Erdbeben aus einer Abfolge unterschiedlicher Bodenbewegungen. Die zuerst eintreffenden P-Wellen erzeugen eine Auf- und Abbewegung des Bodens, richten aber keine großen Zerstörungen an. Einige Zeit ertikaler Versatz von Schichten entlang einer Störungszone später folgt das heftige seitliche Rütteln der horizontalen und vertikalen S-Wellen, das etwas länger anhält als die P-Wellen. Kurz darauf treffen die Love-Wellen, gefolgt von den Rayleigh-Wellen, ein.

V

Die bebenden und rollenden Bewegungen dieser Oberflächenwellen halten relativ lange an. Sie bilden den Hauptteil eines Erdbebens. Der Abschluss eines Bebens ist meist eine Mischung aus unterschiedlichsten Wellentypen, die durch mehrfache Brechung und komplexe Gesteinsstrukturen zeitlich verzögert eintreffen.

Bewegungen von Erdbebenwellen

Longitudinalwellen (P-Wellen)

Transversalwellen (S-Wellen)

Love-Welle

D

ie verschiedenen Formen der Erdbebenwellen haben auch unterschiedliche Bewegungen an der Erdoberfläche zur Folge

104

Rayleigh-Welle

Fortpflanzungsrichtung

Aus dem Inneren - Vulkanismus und Erdbeben

agamaran. 700 Menschen starben durch eine Tsunamiwelle, die den flachen Küstenabschnitt auf breiter Front verwüstete

P

V

ollkommen verwüstet wurde dieser Landstrich in der Nähe von Anchorage beim so genannten „Good Friday“-Erdbeben von 1963

D

ie Folgen der Riesenwellen auf der Insel Leworahang

5.2.2 Auswirkungen Die Auswirkungen eines Erdbebens zeigen sich nicht nur in Zerstörungen an Gebäuden und Verkehrswegen, sondern auch an Landschaftsveränderungen. Erdbeben verursachen Verschiebungen und Verformungen in der Erdkruste, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung verlaufen können. Ein horizontaler Versatz wird von den Geowissenschaftlern Blattverschiebung genannt, wobei die Strecke zwischen zwei verschobenen Orten als Versatzbetrag bezeichnet wird. Sie können im Laufe der Erdgeschichte mehrere hundert Kilometer betragen. Bei den vertikalen Bewegungen handelt es sich um Abschiebungen und Aufschiebungen. Bei diesen Bewegungen entstehen Geländestufen. Beben mit starken vertikalen Verschiebungen können ganze Küstenverläufe verändern. In Verbindung mit Erdbeben stehen die Tsunamis, die den japanische Namen für „große Hafenwelle“ tragen. Die bis über 40 Meter hohen Wellenfronten werden durch Erdbeben am Meeresboden, den Seebeben, ausgelöst. Ihre Zerstörungskraft entfalten sie, sobald sie auf eine Küste treffen, denn erst dort erreichen die Wellen, die im offenen Meer gerade einmal einen Meter hoch sind, ihre maximale Höhe. Die Wellenlängen sind auf dem offenen Meer extrem groß und liegen zwischen 100 und 300 Kilometern. In dem tiefen Wasser der Ozeane sind die bis zu 800 Kilometer pro Stunde schnellen Wellen kaum wahrnehmbar und können nur über weit verzweigte Messsysteme registriert werden. So überquerte die Tsunami-Welle eines Erdbebens vor der chilenischen Küste den gesamten Pazifik und hatte weitreichende Schäden in Japan zur Folge. 1883 kamen bei einem Tsunami, ausgelöst durch den Ausbruch des Krakatau, bei einer 40 Meter hohen Welle 36.000 Menschen um. Neben den Tsunamis sind Erdbeben oft auch Auslöser für Massenbewegungen, wie Bergrutsche oder Lawinen.

105

6

Faltenreich Gebirgsbildung und Tektonik Gut ein Viertel der Erdoberfläche ist von Gebirgen bedeckt. Die hochaufragenden Gipfel, steilen Hänge und Hochtäler prägen ganze Landstriche und künden von den Veränderungen, die sich im Laufe der Erdgeschichte in das Gesicht der Erde „eingeprägt“ haben. Doch auch im kleineren Maßstab werden die enormen Kräfte deutlich, die auf das Gestein einwirken. Klüfte, Störungen und Verwerfungen zeigen deutlich, dass die Oberfläche unseres Planeten keineswegs ruhig und unbeweglich, sondern in ständiger Bewegung begriffen ist.

F

altenstrukturen wie hier in den Sandschichten des Rheinischen Schiefergebirges bei Velbert zeugen von der Plastizität des Gesteins

Für die Deformationen des Gesteinsuntergrunds sind dabei drei grundlegende Krafteinwirkungen verantwortlich: die Kompression, beispielsweise durch die Stauchung einer Krustenzone, die Extension, eine Dehnung des Untergrunds durch das Auseinanderdriften zweier Gebiete und die Scherung, die entsteht, wenn zwei Gesteinsgebiete sich horizontal aneinander vorbei bewegen. In großem Maßstab treten diese Kräfte vor allem an den Plattengrenzen auf. Je nach Gesteinsbeschaffenheit können diese Kräfte dazu führen, dass das Gestein gefaltet wird oder aber zerbricht. Welche der beiden Deformationsformen auftritt, hängt neben der Gesteinsart vor allem von dessen unmittelbarer Umgebung im Untergrund ab: Bei starkem Druck und höheren Temperaturen, wie dies in den tieferen Schichten der Erdkruste der Fall ist, kann das ursprünglich

D

ie Gebirge der Erde sind das Ergebnis von tiefgreifenden Veränderungen der Erdkruste, hier am Beispiel der Alpen

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Kapitel 6

spröde Gestein biegsam werden und plastisch reagieren. Anstatt zu zerbrechen verbiegt und faltet sich das ursprünglich spröde Material. Im Laufe der Erdgeschichte ist auf diese Weise ein Großteil der Erdoberfläche umgeformt und komplett verändert worden. In aufgeschlossenen Gesteinsschichten kann man oft eine bunte Abfolge verschiedenster Verformungen und Schichtenabfolgen erkennen, welche die tektonische Geschichte des Gesteins erzählen. Im Rheinischen Schiefergebirge etwa sind die Gesteinsschichten teilweise um 90 Grad aus der Horizontalen gekippt.

6.1. Die Entstehung von Gebirgen

U

rsprünglich horizontal abgelagerte Schichten bei Altenahr. Rippelmarken an den Wänden zeigen, dass es sich um einen ehemaligen Meeresboden handelt

Die großen Gebirgszüge sind nicht willkürlich auf der Erde verteilt. Dies war bereits dem Forschungsreisenden und Universalgelehrten Alexander von Humboldt aufgefallen. Auf seiner Südamerikareise im Jahr 1801 erforschte er nicht nur die Tier- und Pflanzenwelt dieses Kontinents, er erkundete auch die Lage und Ausrichtung von Gebirgsketten. Dabei suchte er nach einem übergeordneten Muster, einer Analogie zwischen dem Verlauf von Küstenlinien und den Gebirgszügen in verschiedenen Ländern. Er entdeckte Anzeichen dafür, dass Gebirgszüge bevorzugt in bestimmte Richtungen verliefen und schloss daraus, dass sie offenbar durch gewaltige, aus dem Inneren der Erde heraus wirkende Kräfte entstanden sein mussten. Welcher Art diese Kräfte aber waren, wusste er nicht. Heute weiß man, dass die Gebirgsbildung eng mit der Plattentektonik zusammenhängt und daher die meisten Gebirgszüge an aktiven Plattengrenzen liegen. Dort, wo sich durch die Kräfte der Plattentektonik

D

ie Alpen, hier ein Blick auf die nördlichen Kalkalpen, entstanden durch die Kollision der Afrikanischen mit der Europäischen Platte

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Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

verschiedene kontinentale oder ozeanische Platten aufeinander zu bewegen, wölbt und faltet sich unter dem wachsenden Kompressionsdruck die Erdoberfläche auf – ein Gebirge entsteht. Geologisch gesehen kann man dabei drei Entstehungsarten von Gebirgen unterscheiden. Gebirge des Inselbogentyps entstehen, wenn zwei ozeanische Platten miteinander kollidieren und dabei die eine Platte von der anderen in die Tiefe gedrückt wird. Die aufliegenden Sedimente der abtauchenden Platte werden dabei abgeschürft. In einer Tiefe von etwa 100 Kilometern beginnt die abtauchende Platte aufgrund steigender Temperaturen zu schmelzen. Dieser Prozess, er wird Subduktion genannt, führt zur Bildung von Magmen mit geringer Dichte. Das heiße, flüssige Gesteinsmaterial steigt entlang von Klüften und Störungszonen auf, tritt an der Erdoberfläche als Lava aus und bildet so Vulkane - ein Inselbogen entsteht. Beispiele hierfür sind Japan, die Alëuten oder die Philippinen. Eine Gebirgsbildung vom Andentyp spielt sich dagegen dort ab, wo eine ozeanische und eine kontinentale Platte aufeinander stoßen. Die dichtere ozeanische Platte taucht bei diesem Prozess unter die kontinentale Platte ab, schmilzt auf und vermischt sich mit dem heißen Mantelmaterial. Auch hier entsteht Magma mit geringer Dichte. Wegen der größeren Mächtigkeit der aufliegenden kontinentalen Platte kann das Magma jedoch nicht ungehindert an die Oberfläche aufsteigen. Das vulkanische Material dringt daher zwar in die Kruste ein, tritt aber an der Oberfläche nicht immer als Vulkan zu Tage. Gemeinsam mit den Stauchungsvorgängen an der Plattengrenze führt dieser Zustrom flüssigen Gesteinsmaterials von unten dazu, dass die kontinentale Kruste angehoben und aufgeworfen wird – ein Gebirge entsteht. Der Rand der kontinentalen Platte besteht dabei hauptsächlich aus Abtragungsmaterial vom Kontinent, die an der Plattengrenze mit Bruchstücken der ozeanischen Kruste vermischt werden. Es entsteht ein kompliziertes Gemisch aus verschiedenen Gesteinen, das auch Mélange genannt wird. Beispiele für diesen Gebirgsbildungstyp sind die nordamerikanischen Kordilleren und die Anden, die sich vor rund 60 Millionen Jahren zu heben begannen.

D

ieses Höhenmodell der SRTMShuttle-Mission zeigt die Region südlich von San Martin de Los Andes in Argentinien. Sie gehört mit Erhebungen von „nur“ 700 bis 2.440 Metern zwar nicht zu den höchsten Regionen der Anden, ist dafür aber ein tektonisch und vulkanisch besonders aktives Gebiet

D

er Fujiyama ist nicht nur der heilige Berg Japans, er ist auch ein Vulkan und zeugt von der Lage der Insel auf einer Plattengrenze

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Kapitel 6

D

as gewaltige Massiv des Annapurna liegt westlich von Katmandu in Nepal. Direkt westlich des Berges durchquert der Fluss Kali Gandaki den Himalaya. Der in einem tiefen Einschnitt liegende Fluss wird auf seiner Passage von Tibet nach Nepal auf beiden Seiten der Schlucht von Achttausendern dominiert

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er K2 ist einer der unzugänglichsten Berge der Welt. Sein Zwillingsgipfel erhebt sich 3.600 Meter über dem Baltorogletscher in Pakistan, weit entfernt von bewohnten Gegenden. Erst 1954 gelang es einer Expedition von 500 Trägern, 11 Bergsteigern und sechs Wissenschaftlern, den K2 zu bezwingen

E

in Blick vom 8.153 Meter hohen Cho Oyu. Er liegt in der KhumbuRegion des Himalaja, dem „Nest der Achttausender“, nur wenige Kilometer westlich des Mount Everest

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Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

Stoßen zwei kontinentale Platten aufeinander, sind beide meist gleich dicht und mächtig. Die Gesteinsmassen prallen deshalb aufeinander, ohne dass eine der beiden Platten abtaucht, also subduziert wird. Die kontinentale Kruste zerbricht bei diesem Zusammenstoß in Späne, die sich verkeilen und als Decken übereinander geschoben werden. Bei diesem tektonischen Prozess verdickt sich die kontinentale Kruste und es bilden sich meist komplexe Falten- und Bruchstrukturen. Die enormen Stauchungskräfte erzeugen im oberen Krustenmaterial hohe Drücke, die die Gesteine in ihrer Struktur verändern können. In tieferen Bereichen sind es vor allem hohe Temperaturen, die ebenfalls eine Metamorphose zur Folge haben. Im Laufe der Zeit verändert sich so die Struktur der Erdkruste in diesem Bereich sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab - ein Gebirge entsteht. Man bezeichnet diese Art der Gebirgsbildung an kontinentalen Plattengrenzen auch als Alpen- oder Himalayatyp. Der Himalaya liegt an der Grenze der Eurasischen und der Indischen Kontinentalplatte. Vor etwa 50 Millionen Jahren kollidierten beide Kontinente miteinander und bewegen sich seitdem unaufhörlich aufeinander zu. Als Folge dieses Aufeinanderdriftens wächst der Himalaya weiterhin um rund fünf Zentimeter pro Jahr in die Höhe.

D

ie Alpen, hier die Samnaungruppe in der Schweiz, sitzen auf der Plattengrenze zwischen Afrikanischer und Eurasischer Platte. Ihre Hebung dauert auch heute noch an. Der Höhenzuwachs liegt bei wenigen Millimetern pro Jahr

Der Himalaya entsteht Indische Platte

Sedimente

Eurasische Platte

Akkretionskeil

1. Bruc

hstelle

Kruste

Ozean ische Plat te

Mantel vor 40 - 60 Millionen Jahren

Indische Platte

Kruste Mantel vor 10-20 Millionen Jahren

Eurasische Platte

Himalaya 1. Br

uch stel le 2. B r u ch

Die Bildung des Himalaya begann mit der Kollision von Indischer und Eurasischer Platte vor rund 60 Millionen Jahren. Vor rund 40 Millionen Jahren brach dabei die Indische Kruste zum ersten Mal an einer Überschiebungsfläche, ein Akkretionskeil bildete sich.

stel le

Vor rund 10 – 20 Millionen Jahren entstand ein zweiter Bruch und aus dem überschobenen Material türmte sich der Himalaya auf.

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Kapitel 6

D

urch Einwirkung von Eis, Wind und Wasser werden die Gebirge überformt und es können bizarre Felsformationen entstehen – wie hier im Karwendelgebirge in den Alpen

Von außen wirkende Abtragungskräfte wie Verwitterung und Erosion verhindern, dass Gebirge „in den Himmel wachsen“. Erst durch die Formungsarbeit von Wind, Wasser oder Eis erhält der Berg sein unverwechselbares Gesicht. Er wird im Laufe der Erdgeschichte infolge der wechselnden klimatischen Bedingungen gleichsam modelliert.

I

n den Mittelgebirgen, wie hier in der Eifel, findet meist keine Hebung mehr statt, stattdessen überwiegt die Abtragung

Ein gutes Beispiel dafür stellen die Alpen dar. Vor etwa 25 bis 30 Millionen Jahren, im Tertiär, gelangten die im Zuge der Plattenkollision übereinandergeschobenen Decken in ihre heutige Position. Erst vor 20 Millionen Jahren wurden die Gesteinsschichten zu einem Gebirge angehoben und unterliegen seitdem der Verwitterung und Erosion. Flüsse schnitten sich in das noch junge Gebirge ein und schufen so eine gestufte Plateaulandschaft. Im darauffolgenden Pleistozän, vor rund 2 Millionen Jahren, kühlte sich das Klima ab, das Eiszeitalter begann. Gletscher bedeckten das noch junge Alpengebirge, schürften die von den Flüssen vorgezeichneten Täler tiefgründig aus und hobelten Rinnen und Wannen in den Felsuntergrund. Frost zersprengte die Gesteine, schroffe Felsgipfel entstanden. Das Erscheinungsbild der heutigen Alpen ist im wesentlichen das Ergebnis dieser Ereignisse. Die formbildenden Abtragungskräfte der Gegenwart wirken so der immer noch anhalten Hebung entgegen. An den rund 250 Millionen Jahre alten deutschen Mittelgebirgen hingegen findet keine aktive Hebung mehr statt; es überwiegen die Abtragungskräfte. Das Rheinische Schiefergebirge, der Schwarzwald, oder die Vogesen haben daher ihre höchste Zeit schon hinter sich und werden nun langsam immer niedriger.

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Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

6.2 Faltung Faltungen von Gesteinen oder auch von ganzen Gebirgen treten auf, wenn Kompressionskräfte das Gestein zusammendrücken und es sich unter dem Druck plastisch verformt ohne zu brechen. Dabei können die Kräfte sowohl horizontal als auch vertikal wirken. Wie stark die Faltung ausgeprägt ist, hängt sowohl von der Widerstandskraft des Gesteins, als auch von der Zeitdauer der Kompression ab. Faltungsprozesse können sich sowohl im Maßstab von vielen Kilometern abspielen, wie im Fall der Gebirgsbildung, oder aber auf kleinstem Raum, wenn nur wenige Zentimeter oder gar Millimeter dünne Schichten verformt werden. Wirken horizontale Kompressionskräfte über einen langen Zeitraum und in einem großen Gebiet, bilden sich Faltengürtel. Das Rheinische Schiefergebirge, der Schweizer Jura oder die Alpen sind Beispiele für solche Faltengebirge. In der Valley-andridge-Provinz der Appalachen sind die Sättel noch deutlich von den Mulden getrennt. Ähnlich wie sich eine Tischdecke auffaltet, wenn sie von beiden Seiten zusammengeschoben wird, entstehen bei der Faltung meist wechselnde Zonen von Aufwölbungen nach oben und Einsenkungen nach unten. Die nach oben gewölbten Bereich werden dabei als Sättel oder Antiklinalen, die nach unten gerichteten als Mulden oder Synklinalen bezeichnet. Mit zunehmender Dauer und Stärke des seitlichen Drucks beginnt die Falte aus ihrer ursprünglich symmetrischen Lage zu kippen und neigt sich immer weiter seitwärts. Diese so genannte

F

altungen von Gebirgen entstehen durch seitlich auf die Gesteine wirkende Kompressionskräfte. Aufgrund der fehlenden Vegetation sind die gefalteten Bergrücken bei den McDonnell Ranges in Australien gut zu erkennen

A

uch in kleinstem Maßstab können Faltungen auftreten, wie hier in einem metamorphen Gestein

I

n der Nähe von Düsseldorf befindet sich dieser Sattel im devonischen Massenkalk. Vor 290 Millionen Jahren wurde das Gestein im Zusammenhang mit der Entstehung des Rheinischen Schiefergebirges aufgefaltet

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Kapitel 6

Überkippte Falte Schiefe Falte Sattel Mulde

ölbt sich das Gestein durch den Druck nach oben auf, entsteht ein Sattel oder Antiklinale, senkt sich die Schicht dagegen ab, spricht man von einer Mulde oder Synklinale

I

D

Vergenz ist ein wichtiger Indikator für den Ablauf vergangener Faltungsprozesse. Im Extremfall kann eine Falte so stark geneigt sein, dass sie überkippt und ihre beiden Flanken in die gleiche Richtung abfallen. In einigen Fällen können dabei die Schichten beider Seiten fast parallel verlaufen. Ein Sonderfall der Faltung sind Dome und Becken – kreisrunde, meist Kilometer große Bereich der Erdoberfläche, in denen das Gestein entweder angehoben (Dom) oder aber abgesenkt wurde (Becken). Warum diese Biege-Tektonik entsteht, ist noch nicht vollständig geklärt. Einige Dome entstehen über Gesteinen geringerer Dichte, wie beispielsweise einem Salzstock oder auch über Gebieten, in denen Magma im Untergrund aufgestiegen ist. Becken können sich bilden, wenn die Erdkruste durch die Tektonik gedehnt wurde oder sich ursprünglich aufgeheizte Gebiete der Kruste abkühlen und sich dabei zusammenziehen.

ie Valley-and-ridge-Provinz der Appalachen ist durch langgestreckte Mulden und Sättel geprägt, die durch Faltung und darauf folgende Erosion geformt wurden (rechts)

A

uch wenn Gesteine sehr hart und spröde erscheinen, können sie sich unter bestimmten Bedingungen plastisch verformen, wie hier in den Appalachen zu erkennen

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N

W

st der seitliche Druck sehr stark, wird die Faltung oft asymmetrisch und neigt sich nach einer Seite. Die Richtung und das Maß der Neigung werden auch als Vergenz bezeichnet

immt der Druck weiter zu, kommt es zu einem „Überkippen“ der Falte, beide Seiten der Falte sind in die gleiche Richtung geneigt. Im Extremfall liegen die Schichten beider Flanken dabei fast parallel

Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

115

Kapitel 6 Aufschiebung

Horst

Graben

Ungestörte Lagerung Abschiebung

Sprung

Gleitfläche

W

Horizontalverschiebung

erden Gesteinsmassen zusammengepresst, gedehnt oder gegeneinander verschoben, kann das Material an Schwachstellen brechen. Eine Kompression verursacht dann eine Auf- oder Überschiebung, eine Dehnung meist eine Abschiebung

E

in Horst entsteht, wenn das Gestein unter Druck zwischen zwei Bruchstellen nach oben hin aufgeschoben wird

E

in Graben entsteht, wenn die Kruste gedehnt wird, das Gestein an mehreren Stellen bricht und ein Gesteinsblock zwischen zwei Störungslinien einsinkt

6.3 Bruchtektonik Werden Gesteinsmassen zusammengepresst, gedehnt oder gegeneinander verschoben, können sie an ihren Schwachstellen brechen. Haben die Schwachstellen im Gestein nur eine geringe Länge von wenigen Zentimetern bis Metern, spricht man von Klüften, sind sie länger, werden die Linien, an denen die Brüche stattfinden, Störungen genannt. An Klüften und Störungen können sich die Gesteine sehr unterschiedlich verhalten. Werden Gesteinsmassen zusammengepresst, kommt es bei einem Bruch meist zu einer Auf- oder Überschiebung. Ein Gesteinsblock bewegt sich dabei entlang der Bruchfläche nach oben. Wird das Gestein dabei sehr flach über das darunterliegende geschoben, wie dies häufig im Rahmen der Gebirgsbildung auftritt, spricht man von einer Überschiebung. Wird das Gestein dagegen gedehnt, bricht es und einer der beiden Blöcke sinkt entlang der Bruchfläche ab – es kommt zu einer Abschiebung. Je nachdem wie die Störungen in den Gesteinen verlaufen und welche Kräfte wirken, entstehen spezielle Formen in der Landschaft. So bilden sich zum Beispiel Gräben durch Abschiebung, wenn das Gestein entlang zweier paralleler Störungsflächen bricht und der dazwischen liegende Block einsinkt. Die rechts und links des Grabens liegenden Störungsflächen laufen dann keilförmig zur Tiefe hin zusammen. Tritt eine Grabenbildung in großem Maßstab auf, beispielsweise an auseinanderweichenden Plattengrenzen, entstehen ausgedehnte Grabensenken, wie das Ostafrikanische Rift-Valley. Auch der Oberrheingraben hat seinen Ursprung in einem solchen Dehnungsprozess. Ein Horst hingegen wird herausgepresst, wenn sich zwei Krustenregionen einander annähern, an zwei Stellen brechen und der

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Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

dazwischenliegende Gesteinsblock nach oben hin herausgeschoben wird. Durch einen solchen Prozess ist beispielsweise die Front Range der Rocky Mountains in Colorado entstanden. Neben den Kompressions- und Dehnungskräften wirken aber auch die Scherkräfte auf das Gestein. Diese entstehen, wenn sich Krustenbereiche aneinander vorbei bewegen. Es treten dann keine Höhenunterschiede an den Störungen auf - wie bei den Auf- und Abschiebungen -, sondern ein seitlicher (horizontaler) Versatz.

D

as Tote Meer ist Teil eines Grabens, der sich in NordSüd-Richtung durch den gesamten Nahen Osten verfolgen lässt. Er ist die nördliche Fortsetzung des Ostafrikanischen Grabenbruchs, einer Verwerfungslinie, die durch das Auseinanderdriften von Afrikanischer und Somalischer Erdplatte entsteht

Die bekannteste Störung mit einem solchen, sich über Hunderte von Kilometern erstreckenden Versatz, ist die „San-Andreas-Störung“ in Kalifornien. Entlang einer Plattengrenze schiebt sich hier die Pazifische Platte entlang der Nordamerikanischen in Richtung Norden .

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Kapitel 6

D

ie Teufelsmauer ist eine markante, steil stehende Schichtrippe am nördlichen Harzrand. Sie besteht aus teilweise verkieseltem Sandstein (Quarzit)

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Faltenreich - Gebirgsbildung und Tektonik

D

iese Radaraufnahme zeigt eine V-förmige Störung im Westen der Mojave-Wüste in Südkalifornien. Der untere Schenkel des „V“ ist ein durch die Bewegungen an der SanAndreas-Störung angehobener Gebirgszug. Der obere Schenkel gehört zur Garlock-Störung

D

ie Front-Range der Rocky Mountains in Colorado ist geologisch gesehen ein Horst, der durch Heraushebung und spätere Erosion seine heutige Form erhielt

H

ier wurden zwei unterschiedliche Gesteinsschichten entlang einer Störungslinie gegeneinander verschoben, der Versatz ist deutlich zu erkennen

Entstehung des Oberrheingrabens Die Entstehung des Oberrheingrabens und die Landschaftsformung in den angrenzenden Regionen stehen in einem engen Zusammenhang mit einer Schwächezone, die sich vom Mittelmeer bis nach Norwegen erstreckt. Infolge der anhaltenden Bruchtektonik wölbte sich das Grundgebirge und mit ihm die mächtigen auflagernden Sedimentschichten auf. Im Tertiär senkte sich dann der Graben entlang von Störungszonen in die mächtigen Sedimentschichten ein. Durch Anhebung der Grabenränder und die damit verbundene verstärkte Erosion wurde das alte, vorwiegend aus Gneisen und Graniten bestehende Grundgebirge (Schwarzwald, Odenwald, Vogesen) freigelegt. Der Graben selbst ist heute immer noch von Sedimenten bedeckt, die mehr als 2.000 Meter in die Tiefe reichen. Die Sprunghöhe, also die vertikale Verschiebung der ursprünglich zusammenhängenden Gesteinsschichten, beträgt bis zu über 2500 Metern. Die tertiäre Grabenabsenkung führte zusammen mit Verwerfungen und Staffelbrüchen auch zum Kaiserstuhlvulkanismus. Kleinere Erdbeben, heiße Quellen und Senkungsbewegungen am Oberrheingraben zeigen, dass dieses Gebiet tektonisch immer noch aktiv ist vor 100 Mio. Jahre

vor 65 Mio. Jahre

Mesozoische Sedimente

Grundgebirge

Mesozoische Sedimente

heute

Schwarzwald Bund- Muschelkalk sandstein Vogesen Keuper Rhein Jura

Tertiäre und quartäre Sedimente

Kaiserstuhl Schwäbisches Schichtstufenland

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7

Kraft des Wassers Flüsse und Talbildung

I

n einem riesigen Kreislauf werden gewaltige Wassermassen auf der Erde bewegt - ob flüssig, fest oder gasförmig in Form von Wasserdampf. Sobald das in der Atmosphäre gebundene Wasser als Regen oder andere Niederschlagsarten auf die Erdoberfläche trifft, entfaltet es seine formbildenden Kräfte. Als chemische Lösungsreagenz wirkt es vor allem in Kalkgebieten und schafft dort den Formenschatz des Karstes (Lösungsverwitterung). Doch Wasser greift auch lösungsresistente Gesteine an. Durch den wiederholten Wechsel zwischen Gefrieren und Auftauen wird das Gestein mechanisch zersetzt (Frostverwitterung). Letztendlich wird das durch die chemische oder mechanische Verwitterung zerkleinerte Gestein vom fließenden Wasser abgetragen (erodiert), transportiert und an anderer Stelle abgelagert (sedimentiert). Bäche, Flüsse und Ströme sind also die Linien, an denen das Wasser seine erosive Kraft entfaltet. Deren Fließrichtung folgt immer dem Gefälle des Talbodens.

D

ie Kraft des Wasser zeigt sich in vielfältigen Erosionsformen. Klamme, wie der Partnachklamm, zählen zu den eindruckvollsten

T

ief in den Fels geschnitten - Wie hier in den von Kalkstein dominierten Bereichen Sloweniens hat sich die Socca tief in den Untergrund geschnitten

Wie tief sich ein Fluss eingräbt oder wieviel Material er seinen Ufern „wegnimmt“, hängt hauptsächlich von seiner Fließgeschwindigkeit ab. Sie entscheidet darüber, ob Material abgetragen, transportiert oder abgelagert wird. In den gebirgigen Oberläufen der Flüsse können aufgrund des hohen Gefälles weit gröbere Materialien abgetragen und transportiert werden, denn die Fließgeschwindigkeit ist hoch. In den Unterläufen der Flüsse ist das Gefälle dagegen gering. Aufgrund der geringeren Fließgeschwindigkeit reicht hier die Schleppkraft nicht mehr aus, um gröbere Partikel zu transportieren. Es beginnt der Bereich, in dem Material wieder abgelagert wird. Dies zeigt sich in der Regel im Aufbau der Gewässersohle. Je weiter man sich der Mündung eines Flusses nähert, desto feinkörniger wird sein Untergrund.

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Kapitel 7

Eigenschaften von Flüssen Oberlauf

Mittellauf

Unterlauf

Quelle

Gefälle

Abfluss Struktur der Sohle Geschiebefracht Schwebstofffracht Laufform

Akkumulation

Fließgeschwindigkeit, Gefälle und Untergrund beeinflussen den Verlauf des Flusses. In den Abschnitten mit hoher Fließgeschwindigkeit und hohem Gefälle zeigt der Fluss einen mehr oder weniger geraden Verlauf. Bei stark schwankender Wasserführung und hoher Sedimentfracht, kann sich der Hauptarm in mehrere Nebenarme teilen und bildet ein weit verzweigtes Netz von kleineren und größeren Flussarmen. Derartige „verwilderte“ Flüsse findet man oft im Hochgebirge. Sind Fließgeschwindigkeit und Gefälle dagegen gering, beginnt der Fluss seitlich zu pendeln - er mäandriert.

Fließrichtung

V

om Ober- zum Unterlauf Die Eigenschaften eines Flusses ändern sich von der Quelle bis zur Mündung in charakteristischer Weise

7.1 Eingebettet - Die Talbildung Flüsse entspringen an Quellen. Dort tritt das versickerte Niederschlagswasser an die Oberfläche und entfaltet seine gestaltende Kraft. Unterstützt durch oberirdisch zufließende Niederschläge gräbt sich der Fluß im Laufe der Zeit immer tiefer in die Landschaft ein und schafft sich so sein eigenes Tal. Dabei gilt: Je größer das Gefälle, desto größer die Erosionskraft; Je härter das Gestein im Untergrund, desto steiler die Talwände. Die Erosion wirkt aber nicht nur in die Tiefe, sondern auch in die Breite. Durch das Zusammenwirken von Tiefen- und Seitenerosion entstehen unterschiedliche Talformen, je nachdem in welchem Verhältnis sie zueinander wirken. Darüber hinaus spielen aber auch die Gesteine und deren Lagerung, die Vegetation und letztendlich das Klima eine wichtige Rolle bei der Talbildung. So werden Talhänge und Talsohlen in weichen Gesteinen (Lockersedimente) eher erodiert als in harten. Auch bleiben in Klimaten mit geringen Niederschlägen die von Flüssen gebildeten Hänge länger erhalten, da sie nur wenig erodiert werden. Häufig trifft man bei einem Spaziergang in unseren Regionen auf Täler, die für die heute friedlich dahin plätschernden Bäche viel zu groß erscheinen. Oftmals ist im Tal noch nicht mal eine Spur von

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Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

Vielfalt der Talformen

Kerbtal

Sohlental

Muldental

Befinden sich Tiefen- und Seitenerosion annähernd im Gleichgewicht, entsteht das Kerbtal mit seinem typischen V-förmigen Querschnitt. Talsohle und Flußbett sind dabei identisch. Kerbtäler treten häufig in den Oberläufen der Flüsse auf.

Bei aussetzender Tiefenerosion entwickeln sich aus Kerbtälern die für die gemäßigten Breiten typischen Sohlentäler. Da die Seitenerosion überwiegt, wird die Talsohle mit Sedimenten aufgeschüttet .

Muldentäler entstehen, wenn dem Fluss von den Hängen mehr Abtragungsmaterial zugeführt wird, als er abtransportieren kann. Die Talflanken sind flach und zwischen den Talhängen und der Talsohle gibt es einen sanften Übergang.

Canyon

Klamm

Wadi

In regenarmen Klimaten und bei horizontal gelagerten Sedimentschichten mit wechselnder Härte entstehen Canyons. Die Talflanken zeigen ein gestuftes Profil, in dem die morphologisch härteren Gesteine wie Kalkoder Sandsteine meist senkrechte Vorsprünge bilden, während die weicheren Gesteine wie Tone leichter erodiert werden. Die charakteristisch gestuften Hänge bleiben nur wegen der seltenen Niederschläge erhalten.

In stark widerstandsfähigen Gesteinen, zum Beispiel Kalkstein, bilden sich Klammen (Einzahl: Klamm). Bei hohem Gefälle schneidet sich das Wasser durch eine starke Tiefenerosion immer weiter in die Talsohle ein, ohne an den Seiten zu erodieren. Das Ergebnis ist ein sehr schmales, meist tiefes Tal mit nahezu senkrechten Wänden. Stehen die Talwände nicht vertikal sondern eher abgeschrägt, spricht man von einer Schlucht.

In ariden Gegenden, in denen die Verdunstung höher ist als der Niederschlag, führen Flüsse oft nur periodisch Wasser. Die meist trockenliegenden Flusstäler bezeichnet man als Wadi. Wadis können tückisch sein, da sich aufgrund von Niederschlägen in weit entfernten Regionen ein mühsam dahinkriechendes Rinnsal in relativ kurzer Zeit in einen reißenden Strom verwandeln kann.

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Kapitel 7

Wasser zu sehen - hier spricht man dann von einem Trockental. In Anbetracht der Tatsache, dass sich die Talbildung über einen Zeitraum von vielen Tausend Jahren vollzog, ist es verständlich, dass sich die Faktoren der Talbildung im Laufe der Zeit ändern können. Demnach sind Trockentäler meist ein Relikt aus vergangenen Zeiten.

T

rockentäler - Viele Landschaftsformen wurden vor langer Zeit und unter vollkommen anderen Klimabedingungen gebildet. Sie entstanden durch Flüsse, die es heute dort nicht mehr gibt. Aus der Form der zurückgebliebenen Landschaften lassen sich Schlüsse über das Klima der Vorzeit ziehen

D

ie Mosel und ihre Schlingen - Tief hat sich der Fluss in das Rheinische Schiefergebirge eingeschnitten, verstärkt durch eine gleichzeitige Hebung des Gebirges

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Vor allem unter dem Aspekt, dass es gerade mal 10.000 Jahre her ist, dass die letzten eiszeitlichen Gletscher schmolzen und sich das Klima so entwickelt hat, wie wir es heute kennen. Hinzu kommt, dass während des Eiszeitalters der Boden meist durch Permafrost versiegelt war und so die Niederschläge nicht versickern konnten. Dieser erzwungene Oberflächenabfluss führte zu einer vermehrten Talbildung auch dort, wo bei heutigen klimatischen Verhältnissen die Niederschläge im Untergrund versickern würden. Täler können auch durch eine Flussbettverlagerung trocken fallen. Die verlassenen Taleinschnitte werden dann oft nach einiger Zeit von sehr viel kleineren Flüssen in Anspruch genommen. Ein weiterer Grund für die Entstehung von Trockentäler liegt im Untergrund, vor allem dann, wenn das Niederschlagswasser in Karstgebieten im porösen Gestein versickert und somit nicht in der Lage ist, ein Flusssystem zu speisen.

7.2 Flüsse und ihre Mäander In flachen Flussabschnitten, meist in den Unterläufen, beginnen Flüsse zu pendeln. Es bilden sich charakteristische bogenförmige Flussschlingen. Dieses Phänomen wird nach dem Fluss Büyük Menderes, im Südwesten Anatoliens gelegen, als Mäandrieren bezeichnet. Je nach Fließgeschwindigkeit und Untergrund formen die Flüsse mehr oder weniger ausgeprägte Schlingen. Durch das Pendeln verschiebt sich auch der Stromstrich, das ist die Linie der höchsten Fließgeschwindigkeit. Bei idealisierten Verhältnissen verläuft der Stromstrich genau in der Mitte des Flusses. Beim Pendeln verlagert er sich nach außen an den Bogenrand. Dort ist nun die erosive Kraft am stärksten; der Fluss erodiert das Ufer und formt am Bogenrand einen Steilhang aus - den Prallhang. In der Bogeninnenseite findet sich folglich die geringste Fließgeschwindigkeit. Hier werden die feineren, vom Fluss mitgeführten Sedimente abgelagert - dieser Uferbereich, der Gleithang, ist flach und breit. Durch fortwährende Erosion an den Prallhängen „wandern“ die Mäander flussabwärts. Haben sich die Prallhänge zweier benachbarter Schlingen stark angenährt, kann der Fluss die Engstelle durchbrechen, beispielsweise infolge eines Hochwassers und damit seinen Lauf verkürzen. Die ehemaligen Flussschlingen werden zu Altarmen, die, vom Frischwasser abgeschnitten, langsam verlanden. Diese Durchbrüche können auch künstlich eingeleitet werden, wie es

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

Johann Gottfried Tulla ab 1817 am Oberrhein praktizierte. Durch seine Maßnahmen wurde der Flusslauf des Rheins auf weiten Strecken begradigt und damit sein Lauf entscheidend verkürzt. Tritt ein Fluss aus einem Gebirge in flachere Regionen, nimmt seine Fließgeschwindigkeit und damit seine Transportkraft in Richtung der Mündung stetig ab. Er bildet ein breiteres und flacheres Flussbett aus und lagert hier das mitgeführte, relativ grobkörnige Material ab. Dadurch füllt er sein Bett im Unterlauf immer weiter auf. An Hindernissen spaltet sich der Fluss in weitere Arme auf. Oft bildet er dabei ein weit verzweigtes Netz aus schmalen Flussrinnen aus, die durch selbst aufgeschüttete Kiesbänke voneinander getrennt sind.

J

e nach Ausgangsgestein und Fließgeschwindigkeit formen die Fließgewässer Flusstäler mit mehr oder weniger ausgeprägten Schlingen. Im Bild rechts liegen sich Prallund Gleithang gegenüber, im linken Bereich liegt ein kleiner Umlaufberg

Bereich der stärksten Strömung

Prallhang: Erosion

Prallhang Gleithang

Gleithang: Sedimentation, eine Sandbank lagert sich ab

Prallhang

Gleithang Ton/Schluff Sand Kies

I

n einer Flussschlinge liegen sich zwei Prallhänge gegenüber. Durch die Erosion an den Hängen nähern sie sich immer weiter an

Bereich des Durchbruchs

Umlaufberg

Altarm Altwasserarm

D

urch Verlagerung des Stromstriches beginnt der Fluss zu mäandrieren. Das Profil zeigt die Sedimentation an Prall- und Gleithang

N

ach einiger Zeit kommt es zum Durchbruch. Ein Umlaufberg entsteht. Der ehemals durchflossene Bogen wird zum Altarm

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Kapitel 7

D

er Mekong pendelt und verlagert dabei ständig sein Flussbett. Bisher wurde nur eine geringe Fließstrecke, rund fünf Prozent seines Laufs durch Staudämme beeinflusst

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er lange Weg des Amazonas führt aus dem Hochland Perus hinab in das tropische Amazonasbecken. Dort angelangt ist das Gefälle des Flusses sehr gering. Er beginnt zu mäandrieren

V

iele Flüsse, wie hier der Kongo, formen einen so genannten verflochtenen Fluss. Er fließt in einem System von verzweigten Strömen, die von Strombänken voneinander getrennt sind

7.3 Flussmündungen und Deltas Nach einem oft langen Weg über den Kontinent münden die meisten Flüsse im Meer. Dabei bilden die größten von ihnen ein so genanntes Delta, das sich bei hohem Anteil an mitgeführten Sedimenten immer weiter meerwärts verlagert. Fluss- und damit Süßwasser ist trotz seiner mitgeführten Schwebfracht leichter ist Salzwasser. So strömt es auf dem schweren Salzwasser weit ins Meer hinaus. Durch die langsam absinkende Schwebfracht bildet sich im vorgelagerten Küstenbereich eine Deltaebene, in der sich die Flüsse oft in zahlreiche Arme zerteilen. Die größten Deltas bilden sich in Bereichen gezeitenschwacher, tektonisch stabiler Flachwasserküsten ohne nennenswerte Meeresströmungen im Mündungsbereich. Der Ganges und der Brahmaputra bilden auf einer Fläche von 80.000 Quadratkilomter in Bangladesh und Westbengalen das größte Delta der Erde. Der Ganges nimmt die Flüsse des südlichen Himalajas auf, der Brahmaputra die des tibetanischen Hochlands. Der Mississippi mündet mit seinem Delta in den Golf von Mexiko. Täglich ändert dieses riesige Vogelfußdelta seine Form, da ständig mitgeführtes Material abgelagert wird. Dabei vergrößert sich das Delta jährlich um 40 bis 100 Meter. Das Niger-Delta ist mit über 36.000 Quadratkilometern das größte Afrikas. Der Niger, der „Nil des Westens“, mündet in unzähligen Lagunen und Mangrovensümpfen in den Golf von Guinea. Das Delta der Donau umfaßt dagegen nur etwa eine Fläche von 4.000 Quadratkilometer, in der sich der Fluss ins Schwarze Meer ergießt.

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Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

D

er Okavango bildet ein besonderes Delta - ein Inlanddelta, in dem das Wasser vollständig in den Boden versickert oder an der Oberfläche verdunstet. Das Delta befindet sich in einer Depression als Teil des Ostafrikanischen Grabensystems

D

eltaverlagerungen am Mississippi - Ändert sich der Flussverlauf, wirkt sich dies auf das Delta aus. So verlagerte der Mississippi in den vergangenen 6.000 Jahren mehrfach sein Delta

D

er Nil ist die Lebensader Afrikas. Wie ein grünes Band durchzieht er die karge Wüstenlandschaft. Im fast dreieckigen, fruchtbaren Nildelta verteilt er seine Wassermassen auf zahlreiche Arme bevor er in das östliche Mittelmeer mündet

Deltabildungen findet man nicht nur im Küstenbereich. So bildet die Tiroler Ache bei der Einmündung in den Chiemsee aufgrund ihrer hohen Schwebfracht ebenfalls ein deutlich sichtbares Delta aus. Im Gegensatz zu den weit verzweigten Deltaebenen stehen die Ästuare der Gezeitenküste. Ihre charakteristische Trichterform erhalten diese Flussmündungen jedoch nur, wenn die Abtragungswirkung der Gezeiten größer ist als die Materialfracht des Flusses. Insbesondere die Sogwirkung der Ebbe erodiert das Flussbett und transportiert die mitgeführte Schwebfracht des Gewässers in die tieferen Bereiche des Meeres ab. Auf diese Weise können sich Aufschüttungsflächen im Flachwasserbereich der Mündung bilden. Neben der ständigen Ausräumung des Mündungsgebiets werden bei Flut die Uferbereiche des Flusses erodiert und landeinwärts verlagert. Zugleich werden Meeressedimente und vor allem Salzwasser weit in die Mündung hinein transportiert. Es bilden sich relativ sauerstoffarme aber nährstoffreiche Brackwasserbereiche. In einem naturbelassenen Ästuar sind die Grenzen zwischen Gewässer und Uferlebensraum fließend. Die hohe Wasserdynamik sorgt für ein Labyrinth aus Sandbänken und Prielen. Als amphibischer Grenzlebensraum zwischen Salz- und Süßwasser stellt der Ästuar besonders hohe Anforderungen an die dort lebenden Tier- und Pflanzenarten. Bekannte Ästuare sind die Mündungen der Elbe und des kanadischen St.-Lorenz-Stromes.

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Kapitel 7

7.4 Sedimentation Bei sinkender Fließgeschwindigkeit, beispielsweise in Trockenperioden, kann ein Fluss das mitgeführte Material nicht mehr halten und lagert zuerst die schweren Bestandteile wie Kies und groben Sand ab. Bei weiterer Verlangsamung des Wassers werden auch die leichteren und feineren Bestandteile wie Feinsand und Lehm abgelagert. Im Laufe vieler Jahre können so ganze Täler mit Flusssedimenten aufgefüllt werden. Wieviel Material ein Fluss mitführt, zeigt sich nach einem Hochwasser, wenn sich Sand und Kies in strömungsarmen Bereichen der überfluteten Auen absetzen. Noch Jahre später können diese Ablagerungen die landwirtschaftliche Nutzung behindern. Größe und Gewicht der abgelagerten Bestandteile ändern sich im Verlauf eines Flusses in charakteristischer Weise. Gleiches gilt auch für den vertikalen Aufbau abgelagerter Schichten.

S

chotterflur eines Alpenflusses Korngröße und Fließgeschwindigkeit entscheiden über Ablagerung, Transport oder Erosion in einem Fließgewässer

W

ährend des Transports im fließenden Wasser wird kantiges Material durch Schleifwirkung zu Schotter gerundet. Je länger der Transportweg, desto gerundeter und feinkörniger das Material

128

Oft wechseln sich Sand- und Kieslagen ab, wobei innerhalb der einzelnen Schichten eine Sortierung der Korngrößen stattfindet. Auffallend ist eine ausgeprägte Schrägschichtung der Sedimente im Bereich der Flusssohle. Das mitgeführte Material wird - in Fließrichtung gesehen - meist keilförmig abgelagert, wobei die nach unten gerichtete Neigung die ehemalige Fließrichtung anzeigt. Anhand dieser Merkmale lassen sich ehemalige Flussläufe noch Millionen Jahre später nachweisen. Sind die abgelagerten Schotter im Laufe der Zeit zu einem festen Gestein verbacken, spricht man von einem Konglomerat. Kiese und größere Blöcke findet man aufgrund des starken Gefälles meist an den schnell fließenden Oberläufen der Flüsse; Sande und Tone dagegen in den langsam fließenden Unterläufen. Während die leichten Bestandteile direkt im Wasser mitschwimmen, werden die gröberen Bestandteile über den Untergrund gerollt. Durch die Schleifwirkung wird dabei kantiges Material zu Schotter gerundet - weiches Gestein wird dabei stärker gerundet als die härteren Bestandteile. Generell gilt: Je länger der Transportweg, desto gerundeter und feinkörniger das Material. Die für das Hochgebirge typischen Schotterfluren gibt

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

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Nied

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es auch im Flachland. In den vergangenen Kaltzeiten haben Flüsse wie der Rhein breite und mächtige Schotterpakete in den Niederungen der Niederrheinischen Bucht und am Niederrhein hinterlassen. Die aus Sanden und Kiesen bestehenden Ablagerungen bestehen vorwiegend aus dem Verwitterungsschutt des Rheinischen Schiefergebirges. Grundsätzlich steigt mit zunehmendem Alter der Terrassen der Anteil an harten Bestandteilen in den Schottern - hier sind es vor allem Quarze und Quarzite. Die weicheren Gesteine sind infolge des langen Zeitraumes bereits verwittert. Während der Anteil der harten Gesteine in den Hauptterrassen noch 60 bis 80Prozent ausmacht, liegt er in den Mittelterrassen zwischen 30 und 50 Prozent. Die Niederterrassen weisen dagegen nur noch einen Anteil an harten Gesteinen zwischen 25 und 35 Prozent auf.

B

ildung von Flussterrassen - Der Fluss tieft sich in der Warmzeit in sein zuvor aufgeschüttetes Bett und schafft sich so einen neuen Auenbereich, den er durch seitliches mäandrieren ständig verbreitert. In der nächsten Kaltzeit folgt dann die nächste Aufschotterung

S

chräggeschichtete Rheinschotter der Niederterrasse - Die nach unten gerichte Neigung der Schichten zeigt die ehemalige Fließrichtung an, hier also von rechts nach links

129

Kapitel 7

7.5 Von Kalk und Karst Einen besonders charakteristischen Formenschatz findet man im Kalk, einem Gestein, dass in Deutschland, aber auch weltweit verbreitet ist. Kalkstein ist relativ widerstandsfähig gegenüber physikalischer Verwitterung. Erst die Prozesse der chemischen Verwitterung, vor allem die Kohlensäureverwitterung, sorgen für die ausgeprägte Formenvielfalt der Karstlandschaften. Voraussetzung für die chemische Verwitterung ist also Wasser, in dem Kohlensäure (H2CO3) gebunden ist.

D

ie Bizarren Karstfelsen von Guilin liegen am Fluss Li Jiang in der südchinesischen Provinz Guangxi

130

Unter dem Begriff Karst werden heute all die Formen zusammengefasst, die durch chemische Lösung in kalkhaltigen Gesteinen entstanden sind. Die verwitterten Gesteine sind zumeist schroff und scharfkantig. So findet man in den Nördlichen Kalkalpen tief eingeschnittene, steilwandige und schmale Schluchten wie die Breitachklamm und die Partnachklamm. Die charakteristischen Formen, wie Dolinen, Poljen, Tropfsteinhöhlen und Sinterterrassen sind beispielsweise im Hinterland von Triest in Slowenien besonders gut ausgebildet - nicht umsonst wird der Name dieser Landschaft als Synonym für den typischen Formenschatz verwendet. Der Name stammt von dem serbokroatischen Wort „krâs“ ab, was „dünner Boden“ bedeutet.

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

In Karstlandschaften ist Wasser zwar der bestimmende landschaftsbildene Faktor, dennoch fehlen diesen Gebieten weitgehend die Oberflächengewässer, denn Wasser versickert in dieser Region schnell im porösen Gesteinsuntergrund. Viele Karstformen haben daher ihren Ursprung unterhalb der Erdoberfläche, wo das Wasser die Gesteine durch Korrosion (lat.: corrodere = zernagen) auflöst. Die Intensität der Verwitterung und damit auch die Ausprägung der Karstformen ist in den feuchtheißen Zonen der Erde am höchsten. In den tropischen Regionen ist die Karstlandschaft meist von dichtem Bewuchs bedeckt - man spricht auch vom „bedecktem“ oder „grünen“ Karst. Die malerischen Karstfelsen aus der Region von Guilin sind sicher die bekanntesten Beispiele dafür. In den gemäßigten Zonen zeigt sich der Karst meist mit geringer Vegetationsbedeckung („nackter Karst“) als schroffe, weißgraue Landschaft.

Der Kreislauf des Kalks Tropfsteinhöhlen findet man in vielen Gegenden Deutschlands. Sie können überall dort entstehen, wo der Untergrund aus Kalkgestein aufgebaut ist. Doch wie entstehen diese Höhlen? Kalk selbst ist kaum wasserlöslich. Hier ist es vielmehr die Kohlensäure (H2CO3 ), die für die Auflösung des Kalkgesteins verantwortlich ist. Die Kohlensäure bildet sich, wenn sich das Regenwasser (H2O) mit dem in der Luft gelösten Kohlendioxid (CO2) verbindet. Die chemische Gleichung dazu lautet:

H2O + CO2 = H2CO3

Das so angereicherte Regenwasser dringt entlang von Spalten und Klüften in den kalkhaltigen Gesteinsuntergrund. Es bilden sich kleine Sickerkanäle, durch die das Wasser durch das Gebirge zum nächsten Grundwasserleiter (wasserstauende Schicht) und von dort weiter über Flüsse zum Meer gelangt. Wasser (H 2 O) Kohlendioxid (CO2) in der Luft

Entlang der Sickerkanäle löst die im Wasser enthaltene Kohlensäure das umgebende Gestein aus Calciumcarbonat (CaCO3) langsam auf. Man bezeichnet diese Form der chemischen Verwitterung auch als Kohlensäure- oder Kalklösungsverwitterung. Als Ergebnis entsteht lösliches Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3). Die gelösten Partikel werden mit dem fließenden Wasser ausgespült. Durch anhaltende Lösung erweitern sich die Klüfte im Laufe der Zeit zu ganzen Höhlensystemen.

im Regen

Kohlensäure (H2CO3) im sauren Regen

H 2O

Calciumcarbonat (CaCO3) + Kohlensäure (CaCO3) kristallisiert im Tropfstein

Calciumcarbonat (CaCO3) im Kalkstein

Auflösung

Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) im Sickerwasser

131

Kapitel 7

D

ie Attahöhle im sauerländischen Attendorn gehört zu den faszinierendsten Tropfsteinhöhlen in Deutschland

132

Die bedeutendsten Karstgebiete in Europa liegen in den Alpen und im Dinarischen Gebirge. In den Alpen sind es vor allem die Kalklandschaften der Nördlichen und Südlichen Kalkalpen, der Französischen Kalkalpen und der Provencialischen Ketten. Auch der Schweizer Jura besteht zum größten Teil aus Kalkstein. In Deutschland findet man größere Kalklandschaften - neben dem deutschen Anteil an den Nördlichen Kalkalpen - vor allem im Bereich der Schwäbischen und Fränkischen Alb.

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

Die wohl auffälligste Verwitterungsform des Karstes sind die Tropfsteinhöhlen. Sie entstehen durch Lösungsprozesse, wenn das Regenwasser entlang von Klüften, Fugen oder Verwerfungen in den Gesteinsuntergrund sickert. Wird eine Höhle von einem Fluss durchströmt, so wirkt die Erosionskraft des Wassers bei der Höhlenerweiterung mit. Tropfsteine bilden sich, wenn mit Calciumhydrogencarbonat angereichertes Sickerwasser an einem Hindernis Tropfen bildet. Dabei verdunstet Wasser. Die Lösung wird konzentrierter und zerfällt in Calciumcarbonat und Kohlensäure. Während sich die Kohlensäure in Wasser und Kohlendioxid auflöst und das Gas in die Luft entweicht, kristallisiert das Calciumcarbonat aus. Ähnlich wie ein Eiszapfen wächst dadurch eine Kalknadel von der Decke nach unten. Diese Nadeln werden Stalaktiten genannt. Wenn der Tropfen auf den Boden fällt und zerstäubt oder verdunstet, bleibt weiteres Calciumcarbonat zurück. Im Laufe der Zeit wächst dadurch ein Stalagmit von unten herauf. Wachsen Stalaktiten und Stalagmiten zusammen, entstehen Tropfsteinsäulen, die Stalagnaten. Zu Beginn der Tropfsteinbildung steht ein winziger Ring aus Kalk, der sich durch stetige Ablagerung zu einer dünnen hohlen und bis zu sechs Millimeter breiten Röhre ausbildet, dem so genannten „Makkaroni“-Stadium. Sobald diese Rinne jedoch verstopft, läuft das Wasser nicht mehr innerhalb sondern außerhalb des Stalaktits hinab – die Ausbildung der Kegelform beginnt. Entsprechend ihres Wachstums bilden Tropfsteine die so genannten Sinterringe.

F

aszinierende Tropfsteine und Sinterbildungen zeigen sich in vielfältigen Formen in der Attahöhle

133

Kapitel 7

Sinterbildungen im Yellowstone Nationalpark, USA

134

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

135

Kapitel 7

K

arren und Schratten (hier Rillenkarren in den Schweizer Alpen) gehören zu den kleinsten Formen in der Karstlandschaft. Sie entstehen auf kalkhaltigen Gesteinen durch Lösung infolge des abfließenden Regenwassers

D

ie Lösungsverwitterung greift die Gesteinsoberflächen wasserlöslicher Gesteine (Kalk, Dolomit, Gips) wie hier auf Rhodos an. In Karrenfeldern reichen die einzelnen Karren häufig sehr tief, ein durchqueren dieser Felder ist kaum möglich

Flussversickerung

P

onore sind die Orte, an denen das Wasser in den Untergrund versickert. Sind sie wie hier in der Wutachschlucht in Baden-Würtemberg an Schichtfugen oder Klüfte gebunden, werden sie Schlucklöcher oder Flussschwinden genannt

Der Formenschatz des Karstes

Doline

Kalkstein

Unterirdischer Flusslauf

Tropfsteinhöhle

136

Wasserstauende Schicht

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

Durch die Höhlenbildung im Untergrund verringert sich zwangsläufig die Stabilität der auflagernden Deckschicht. Bei fortschreitender Lösung kann die Deckschicht einbrechen - es entstehen meist runde, trichterförmige Einsturzdolinen (Dolina, slowenisch = Tal). Der Durchmesser einer Doline reicht von wenigen bis zu mehreren hundert Metern. In den Karstgebieten findet man zum Teil regelrechte Dolinenfelder, in denen sich ein Einbruchstrichter an den anderen reiht. Poljen (serbokroatisch: Polje = Feld) sind relativ ebene Becken, die an ihren Rändern durch steile Wände begrenzt werden. In der Polje sammelt sich das abgeschwemmte Verwitterungsmaterial des Umlandes. Die sich hierauf entwickelnden Böden sind zumeist tonig-lehmig. Infolge dessen läuft das Oberflächenwasser nur schwer ab, die Folge sind häufige Überschwemmungen. Poljen können mehrere hundert Quadratkilometer groß sein und entstehen entweder aus dem „Zusammenwachsen“ mehrerer Dolinen oder seltener im Bereich tektonischer Schwächezonen. Viele der Flüsse, die den Boden einer Polje durchqueren, versickern häufig an offenen Stellen, den Ponoren, im Untergrund.

A

n einem Quellhorizont wie die Almequelle bei Meschede tritt das im Untergrund versickerte Wasser entlang einer wasserstauenden Schicht wieder an die Oberfläche

C

enote sind mit Wasser gefüllte Dolinen auf der mexikanischen Halbinsel Yukatan bei Chichén Itzá

137

Kapitel 7

7.6 Wasserfälle

D

ie Wasserfälle von Iguacu bestehen aus rund 275 Einzelfällen und überwinden einen Höhenunterschied von 82 Metern. Sie liegen im Süden Brasiliens an der Grenze zu Argentinien und Praguay

138

Geländestufen übewindet der Fluss als Wasserfall. Je nach Gesteinsuntergrund unterscheidet man drei unterschiedliche Typen von Wasserfällen: Den Niagara,- den Kaskaden- und den Hängetaltyp. Beim Niagaratyp lagern härtere Gesteine auf weicheren. Durch die Wucht des Wassers werden die am Fuß des Wasserfalls liegenden weichen Gesteine ausgehöhlt. Das geht so weit, bis die darüber liegenden harten Schichten brechen. Der Wasserfall verlagert sich auf diese Weise immer weiter zurück - ein Prozeß der rückschreitenden Erosion. Bei den Niagara- und Victoriafällen handelt es sich bei den härteren Schichten, den so genannten „Fallmachern“, um flach lagernde Basaltdecken. Beim Kaskadentyp sind die zu überwindenen Geländestufen weniger deutlich ausgeprägt. Meist ist es eine aneinander gereihte Folge von Geländesprüngen, den Kaskaden, die der Fluss über eine längere Strecke überwindet. Wasserfälle an Hängetälern sind glazialen Ursprungs, da sie durch die Wirkung von Gletschern entstanden sind. Große talabwärts fließende Gletscher nehmen aus den Nebentälern kleinere Gletscher auf. Die größeren Gletscher hinterlassen nach dem Abschmelzen Trogtäler, die tiefer als die Nebentäler liegen. Es gibt also einen Höhenunterschied zwischen den Tälern, der durch die Hängetalwasserfälle überwunden wird.

Kraft des Wassers - Flüsse und Talbildung

M

it einer Fallhöhe von nur 30 Metern ist der Rheinfall von Schaffhausen zwar relativ klein, in Mitteleuropa ist er jedoch einer der spektakulärsten

D

ie Yosemite-Fälle sind die höchsten Wasserfälle Nordamerikas. Sie überwinden insgesamt eine Höhe von 739 Metern. Der obere Teil des Wasserfalls ist so steil, dass das Wasser senkrecht hinabfällt. Bevor das Wasser des unteren Yosemite sich wieder im „freien Fall“ bewegt, werden zahlreiche Becken und kleinere Fälle überwunden.

D

urch die Kraft der Wassermassen wird das Gestein am Fuß ausgehöhlt. Der Steilrand wird unterspült, die darüberliegenden Schichten sacken nach. Der Wasserfall verlagert sich weiter rückwärts

139

8

Kraft des Meeres Inseln und Küstenformen

S

eit es Ozeane gibt, existiert der Kampf zwischen Land und Meer – und meistens gewinnt das Meer den Kampf. Forschungen zeigen, dass rund 80 Prozent aller Strände weltweit von Erosionsvorgängen und damit verbundenen Strand- und Landverlusten bedroht sind. So schrumpft die Insel Sylt jährlich um nahezu 17.000 Quadratmeter Land und auch bei Hörnum kann eine einzige Sturmflut die Dünenlandschaft um mehrere Meter abtragen. An den schlammigen und sandigen Küsten Chinas gehen jährlich Küstenstreifen in einer Breite von bis zu 85 Metern verloren. Die erosive Kraft der Brandung ist dafür verantwortlich dass sich die Küstenlinien immer weiter landeinwärts verschieben. Brandung entsteht, wenn die Wellen im Flachwasserbereich der Küsten abgebremst werden. Dadurch gewinnen sie an Größe und brechen schließlich in Richtung Land über. Die Wellenhöhe hängt vor allem von der Windgeschwindigkeit, aber auch von der Neigung und Tiefe des Meeresbodens ab. Einmal am Strand angelangt, schlagen die Wellen mit enormer Wucht auf und lösen dadurch Material aus dem Untergrund. Je nach Küstenbeschaffenheit kann dies Sand sein, aber auch Geröll oder sogar größere Gesteinstrümmer. Der Sog der sich wieder zurückziehenden Welle nimmt das aufgewirbelte Material mit und trägt so zur Erosion bei. Das durch die Brandung abgetragene Material wird

B

izarre Felsformationen an der portugisischen Algarveküste

W

ellen und Brandung wie hier bei einem Hurrican in Puerto Rico sind entscheidende Faktoren bei der Gestaltung der Küsten

141

Kapitel 8

F

lachküsten bestehen aus einem meist aus Geröllen oder Sanden aufgebauten Akkumulationskörper, dem Strand

F

ossile Korallen sind in vielen Teilen Deutschlands verbreitet und zeugen von ehemaligen Flachmeeren vergangener Jahrmillionen

142

mehr oder weniger weit hinaus transportiert und an anderer Stelle wieder abgelagert. Hier können dann beispielsweise Sandbänke entstehen. Dieses Wechselspiel zwischen Abtragung und Ablagerung bestimmt in Verbindung mit der vorhandenen Geländeform und der Gesteinsart die Form der Küste. Der vielfältige Formenschatz reicht von Steilküsten, die sich scharf zum Meer hin abgrenzen bis hin zu flachen und sandigen Traumstränden, die teilweise von hohen Dünen bedeckt sind. Liegen Küsten im Einflussbereich der Gezeiten, bilden sich besondere Landschaftsräume wie die tropischen Mangrovenwälder der Everglades in Florida oder das Wattenmeer der Nordsee. Doch die Meere prägen die Erdoberfläche nicht nur an den Kontinentalrändern. Viele heutige Landstriche entstanden ursprünglich als riesige Sedimentationsbecken im Meer. Die vor Jahrmillionen abgelagerten Meeressedimente verfestigten sich im Laufe der Zeit unter dem Druck auflagender Schichten zu festem Gestein. Nach Heraushebung des Meeresbodens oder durch das Absinken des Meeresspiegels bildeten diese Gesteine neues Land. Solche ehemaligen Meeressedimente finden sich heute in vielen Teilen Deutschlands sowohl an der Oberfläche als auch im Untergrund. Auch das Leben im Meer kann Landschaften formen. So gestalten Korallen mit ihren kalkhaltigen Skeletten nicht nur heute die Riffe und Atolle dieser Welt: Sie und andere Riff bauende Tierarten haben im Laufe der Jahrmillionen mächtige Kalkschichten produziert, die in der Gegenwart den Untergrund ganzer Landschaften, wie beispielsweise der Kalkeifel innerhalb des Rheinischen Schiefergebirges, bilden.

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

8.1 Vielfalt der Küstenformen Ob steile Kliffs das Meer überschatten oder aber ein weiter, flacher Sandstrand zum Baden einlädt – die Form einer Küste ist das Resultat des Zusammenwirkens von Wind, Wellen und dem Untergrundgestein der Land-Meer-Grenze. Ein entscheidender Faktor ist dabei die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Wellen in der Brandungszone. Während die Geschwindigkeit der Wellen in großem Maße vom Wind bestimmt wird, ist ihre Richtung abhgängig von der Form des Meeresbodens.

B

randungswellen, Gesteinsarten und -strukturen sowie das sich meerwärts anschließende Relief bestimmen die Ausbildung einer Steilküste wie hier an der Algarve

Treffen Wellen auf den ansteigenden Meresboden einer Küste, werden sie durch die Untergrundneigung aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt. Sie schwenken in eine küstenparallele Richtung ein und laufen oft annähernd gerade auf den Strand. Diesen Prozess der Umlenkung bezeichnet man als Wellenrefraktion. An Landzungen führt diese Refraktion zu einer verstärkten Erosion: Hier steigt der Meeresboden früher an als an den umliegenden Strandabschnitten. Dadurch werden die Wellen in Richtung der vorstehenden Landspitze gelenkt und konzentrieren hier ihre Energie. Die abtragenden Kräfte der Brandung wirken hier stärker; das Meer „nagt“ an der ins Wasser hineinragenden Spitze. Im Laufe der Zeit wird schließlich die Landzunge abgetragen. Küsten werden nach ihrem Erscheinungsbild in Steil- und Flachküsten unterschieden. Steilküsten sind aus härteren Gesteinsschichten aufgebaut und trotzen daher der Erosion. Doch

143

Kapitel 8

auch sie können der Kraft des Meeres nicht unverändert standhalten. Wind und Wellen aber auch der Frost können derart heftig an Kliffs und anderen Felsformationen nagen, dass sie mit der Zeit zerkleinert, zermahlen und in Sand zerlegt werden. Erreicht die Brandung den Fuß einer Steilküste, wird dieser je nach Gesteinsart mehr oder weniger stark von der erosiven Kraft der Wellen ausgehölt, eine Brandungshohlkehle entsteht. Durch die verringerte Stabilität können die überhängenden Schichten abrutschen. Der dabei entstehende Gesteinsschutt wird von der Brandung wieder aufgenommen und in Richtung Kliff bewegt. Die Mischung aus Gesteinstrümmern und Wasser schlägt gegen das Kliff und trägt so zur weiteren mechanischen Bearbeitung bei. Diesen Prozeß bezeichnet man als marine Abrasion. Er findet so lange statt, bis das Kliff so weit abgetragen ist, dass die Brandung es nicht mehr erreicht. In diesem Fall spricht man von einem inaktiven Kliff. Die Fläche vor dem Kliff wird Abrasionsplattform genannt. Steilküsten weisen eine Vielfalt an interessanten Kleinformen auf.

H

angrutschung an der Algarve Durch die Brandung wird der Küstenfuß angegriffen, überhängendes Gestein rutscht nach

Spektakulär sind Brandungshöhlen, isoliert stehende Pfeiler und Brandungstore, die vom Festland abgetrennt wurden. Es sind die Überreste der ehemaligen Landoberfläche, die bislang von der Erosion verschont geblieben sind. Ganz anders sehen die Vorgänge an den Flachküsten aus, die durch die Anlieferung und den Transport von Sanden und Geröll bestimmt werden. An der Ostsee, im Bereich der Pommerschen Bucht östlich von Rügen, lässt sich das Ergebnis solcher Prozesse direkt beobachten: Vom Meer abgeschnürte Buchten mit Süß- oder Salzwasser, hakenförmig gekrümmte Küstenvorsprünge und flache Buchten wie das Kleine und das Große Haff – sie alle

Rückverlagerung einer Steilküste

Abgerutschte Uferscholle

Vorherrschende Windrichtung

Brandungshohlkehle Blockstrand

Kliff

Strand Schorre

Ufer

Da Steilküsten im Einflussbereich der Brandungswellen liegen, werden sie an ihrem Fuß ausgehöhlt. Das führt dazu, dass darüberliegende Gesteine abrutschen. Am Strand sammelt sich der Schutt, der die Wucht der Brandung, wenn sie an das Kliff schlägt, erhöht. Dadurch werden die Steilküsten oder Kliffs immer weiter landeinwärts verlagert.

144

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

beruhen letztlich auf der Arbeit von Wind, Wellen und Küstenströmungen. Diese Küsten sind durch die so genannte Strandversetzung geprägt: Das auflaufende Wasser reisst Sand und andere Lockermaterialen mit und bewegt sie durch wiederholten Transport und Ablagerung entlang der Küstenlinie weiter. Bis zu hundert Metern täglich kann der Strandversatz betragen. Häufig lagert das Wasser dabei den mitgeschleppten Sand asymmetrisch am Beginn einer Bucht ab. Hier entsteht im Laufe der Zeit eine langgestreckte, teils gebogene Sandbank, ein so genannter Strandhaken. An einigen Orten kann diese Sandbank mit einer Geschwindigkeit von jährlich bis zu fünf Metern oder mehr ins Wasser hineinwachsen. Solche Nehrungen und Strandhaken gibt es fast überall an der Ostsee, so auch in der Lübecker Bucht. Dort liegen die Seebäder Timmendorfer Strand und Niendorf, aber auch Travemünde, inklusive ihrer schönen, feinen Sandstrände auf solchen natürlichen „Küstenbauwerken“. Wächst ein Strandhaken weiter, erreicht er irgendwann die gegenüberliegende Seite der Bucht – und trennt sie damit durch einen schmalen Streifen Land, die Nehrung, vom offenen Wasser ab. Die isolierte Bucht wird jetzt als Haff bezeichnet.

A

n Steilküsten sieht man häufig Brandungshöhlen, isoliert stehende Pfeiler oder auch Brandungstore, die vom Festland abgetrennt sind. Diese Kleinformen sind Überreste der ehemaligen Landoberfläche, die von der Erosion noch verschont geblieben sind

I

solierte Erosionsreste der ehemaligen Küstenlinie brechen als Vorbote der Küste die Wellen

Durch Niederschläge und einmündende Flüsse verringert sich mit der Zeit der Salzgehalt, das Haff süßt aus. Auch die Größe des Haffs verringert sich langsam, es beginnt zu verlanden. Später deuten meist nur noch Strandseen darauf hin, dass es sich hier um eine ehemalige Meeresbucht handelt. Eine Ausgleichsküste entsteht, wenn an einer Küste Material durch Erosion abgetragen und an anderer Stelle durch die Bildung von Nehrungen wieder abgelagert wird. Dieser Prozess führt letztendlich zur Begradigung der Küstenlinie.

145

Kapitel 8

Küstenverlagerung an der deutschen Nordseeküste um 900

Sylt

Dänemark

1634

Sylt

Dänemark

Heute

Sylt

Föhr

Föhr

Föhr

Nordsee

Nordsee

Nordsee Pellworm

Pellworm St.Peter Ording

St.Peter Ording

Eider

Nord- Ostseekanal

Deutsche Bucht

Dänemark

Deutsche Bucht

Pellworm Eider

Nord- Ostseekanal

St.Peter Ording

Deutsche Bucht

Eider

Nord- Ostseekanal

Beim Vergleich historischer und aktueller Kartenwerke wird deutlich, wie sich die Nordseeküste verändert hat. Vor über tausend Jahren gab es die Nordfriesischen Inseln noch nicht. Die marine Abrasion, also die Abtragung durch die Brandung, hat im Laufe der Zeit die Küste weit ins Landesinnere verlagert. Die Entwicklung der Nordseeküste Ein Blick zurück in die Zeit vor rund 6.000 Jahren: Der Meeresspiegelanstieg nach der letzten Eiszeit lässt allmählich nach. Ebbe und Flut aber auch Sturmfluten sorgen langsam aber sicher dafür, dass große Teile des Sandes, der sich während der Kaltzeit beispielsweise im ausgetrockneten Ärmelkanal abgelagert hat, immer weiter Richtung Festland geschwemmt wird. Mit der Zeit sammeln sich vor den Küsten gewaltige Mengen an Sand und anderen Sedimenten an. In einer dicken Schicht überziehen sie den flachen Meeresboden im Küstenvorland und bilden große Sandbänke, aber auch die Grundzüge der Wattlandschaften, die noch heute auf einer Länge von fast 500 Kilometern das Landschaftsbild in dieser Region prägen. Vor rund 3.000 Jahren sind Sylt und Amrum Teil eines langestreckten Sand- und Dünenwalls, der bis in Höhe der Eidermündung reicht und das dahinterliegende Gebiet einschließlich der Halligen vor dem offenen Meer schützt. Etwa um 1.000 nach Christus ändert sich die Situation wieder. Der Meeresspiegel steigt an und immer heftigere Sturmfluten beginnen an den Küsten und Stränden zu zerren. Innerhalb weniger Jahrhunderte holt sich die Nordsee in Nordfriesland das zurück, was sie den Menschen vorher geschenkt hat. Zwei große Sturmfluten, die so genannten Manndränken von 1362 und 1634, sorgen dafür, dass die ehemalige Küstenlinie völlig zerschlagen wird und nur noch die Halligen sowie Sylt, Föhr und Amrum als Vorposten des Festlandes übrig bleiben. Weit über 100.000 Menschen und unzählige Tiere kommen in den Fluten ums Leben Deicherhöhungen zum Schutz der Landflächen vor Sturmfluten

Ringgraben + 10,00 m

1980

1860

1924/25 1828

1786

Deichverteidigungsstraße 1511 1683 1362 1720 Ringgraben 1000

+ 5,00 m ± 0,00 m

146

Seeseite

Landseite

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

Dass die Küstenlinien in ständiger Bewegung sind, erkennt man auch beim Vergleich historischer und aktueller Kartenwerke. Die Kraft des Meeres hat insbesonders in der Zeit vor dem Deichbau zu massiven Küstenveränderungen geführt. Vor allem bei Sturmfluten können sich Formveränderungen an Küsten innerhalb weniger Stunden vollziehen. Wind, Gezeiten, Sturmfluten und Küstenströmungen sorgen dafür, dass sich die Küsten auch heute noch beständig verändern. An der Nordsee beispielsweise werden manche Inseln größer – Spiekeroog hat innerhalb von 100 Jahren vier Kilometer an Länge gewonnen – andere Inseln „wandern“ mit den vorherrschenden Wind-und Wasserströmungen von West nach Ost. So liegt der Punkt, an dem die erste Kirche Wangerooges stand, mittlerweile metertief im Wasser. Gelegentlich kommt es sogar vor, dass inmitten der Nordsee neue Inseln entstehen. So geschehen seit Mitte der 1970er Jahre östlich von Borkum, wo durch Aufspülungen aus einer ehemaligen Sandbank mittlerweile eine mehrere Kilometer lange und rund einen Kilometer breite Insel, die Kachelotplate, geworden ist.

D

ort, wo die Küstenlinie in das Land einfällt, bilden sich infolge der Strandversetzung Haken. Durch den Materialtransport löst sich der Strand allmählich vom Festland und bildet langgestreckte und am Ende gebogene Sandbänke aus

H

aken können so weit anwachsen, dass sie eine Barriere vor der Küste entwickeln, wie am Kurischen Haff an der Ostsee

Viele Küstenformen, besonders an der Ostsee, wurden jedoch ursprünglich nicht durch das Meer angelegt, sondern durch die Kraft des Eises. Die Tätigkeit der Gletscher und ein späterer, durch die abschmelzenden Eismassen verursachter Meeresspiegelanstieg hat die eindrucksvollen Fjord-, Schären-, Bodden- und Förden-Küsten entstehen lassen.

147

Kapitel 8

8.2 Gezeitenküsten Letztes Viertel Nipptide

Sonne

Springtide

Nipptide Neumond Springtide

G

ezeiten beeinflussen in besonderem Maße die Landschaftsformung an den Küsten. Zeitpunkt und Stärke der Tiden werden durch die Stellung von Sonne, Mond und Erde bestimmt

D

urch diverse Schutzmassnahmen in den Wattenmeeren wird der Erosion entgegen gewirkt. Die Flechtwerke sollen den Schlick bei ablaufendem Wasser binden

148

Durch die Anziehungskraft von Sonne und Mond entstehen die Gezeiten. Ihre Stärke hängt von der Konstellation von Sonne, Mond und Erde ab. Stehen Mond und Sonne bei Vollmond in Opposition, addieren sich die Anziehungskräfte beider Himmelskörper. Sie wirken in die gleiche Richtung und verstärken einander in der Springtide oder Springflut. Stehen Sonne und Mond bei Neumond in Konjunktion, addieren sich ihre Anziehungskräfte. Sie wirken in die gleiche Richtung und verstärken sich einander in der Springtide. Stehen Sonne und Mond bei Halbmond dagegen in Quadratur, dem ersten und letzten Viertel, wirken ihre Anziehungskräfte gegeneinander und der Tidenhub ist schwach. Die Wasserstandsdifferenzen zwischen Ebbe und Flut sind überall auf der Welt unterschiedlich. Im pazifischen Ozean beträgt der Unterschied nur einen halben Meter - an der Nordseeküste etwa zwei Meter. An der Bay of Fundy in Kanada sind es über 16 Meter. An flachen Küsten entstehen durch Gezeiten abwechselnd überflutete und trockengefallene Küstensäume, die Wattgebiete. An der Nordseeküste wird das bis zu 40 Kilometer breite Wattgebiet aus einem zehn bis 20 Meter mächtigen Sedimentkörper aufgebaut. Je nachdem wie stark die Strömungen sind, werden Sande oder feiner toniger Schlick abgelagert Bei Flut überschwemmt das auflaufende Wasser flache Küstenbereiche und lagert mitgeführtes Material ab. Bei ablaufendem Wasser, der Ebbe, können dagegen große Flächen trockenfallen, wenn der Meeresboden in Küstennähe sehr flach ist. Solche Wattgebiete finden

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

sich an der deutschen Nordseeküste. Sie bestehen aus einer 10 bis 20 Meter mächtigen Sedimentschicht, die seit dem Ende der letzten Eiszeit nach und nach auf das im Untergrund liegende Moränenmaterial aufgeschichtet wurde. Anschwemmungen durch die Flut und die von den Flüssen in die Deutsche Bucht eingetragenen Sedimente haben hier gemeinsam im Laufe der Zeit die ausgedehnten Wattflächen entstehen lassen. Ein besonder Küstentyp ist die Mangrovenküste. Die Mangrove ist ein tropisches Küstengehölz, das sich vornehmlich in geschützten Buchten, Flussmündungen und Lagunen entwickelt. Als salzliebende - halophytische (griech. halos = Salz, phyton = Pflanze) - Vegetationsform verträgt die Mangrove im Gegensatz zu anderen Pflanzenarten brackiges, aber auch salziges Wasser. In tropischen Wattgebieten ist die Mangrove eine Pioniervegetation. Die Gezeitenströme werden durch die weitverflochtenen Stelzwurzelgerüste abgebremst. Mit ihren weit ausladenden Stelzwurzeln ist sie in der Lage, den Schlickboden zu besiedeln und bei Flut feine Sedimente zu binden. Dadurch wird der Landzuwachs im Wattgebiet beschleunigt.

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urch den hohen Tidenhub imBereich der Bay of Fundy wirkt die sogenannte Blumentopferosion

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angroven sorgen mit ihren Stelzwurzeln für die Aufschlickung der Küste mit Feinsedimenten

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Kapitel 8

Korallen als Landschaftsfbildner

150

Korallen benötigen für ihr Wachstum ausreichende Wassertemperaturen und Lichtverhältnisse. Weitere Faktoren sind eine lebhafte Wasserbewegung sowie nährstoffreiches Meerwasser.

Änderungen der Wassertemperatur, unkontrollierte Einleitungen von Schadstoffen oder der durch die Klimaerwärmung zu erwartende Meeresspiegelanstieg fügen den rezenten Riffen, wie hier im Roten Meer unwiderrufliche Schäden zu.

Barriere-Riffe stehen mit ihren nächsten Küsten nicht mehr in Beziehung. Das fast 2.000 Kilometer lange und maximal 72 Kilometer breite Great Barrier Reef an der Nordostküste Australiens besteht aus Saum-, Plattform- und Barriere-Riffen.

Dieser Ausschnitt des Great Barrier Reefs zeigt weniger als fünf Prozent der Gesamtlänge des australischen Riffs. Rechts ist der gebogene Bereich eines Barriereriffs zu sehen. Links liegen die eher zufällig verteilten Korallenriffe, die sich auf dem flachen Schelfbereich der Cape Yorck Halbinsel befinden.

Die über den Meeresspiegel herausragenden Vulkane sind ein idealer Ort für die Bildung von Saumriffen. In ihrer weiteren Entwicklung können sie sich zu Atollen entwickeln.

Atolle sind meist rundliche, nur wenige Meter über die Meeresoberfläche ragende Koralleninseln. Sie entstehen, wenn sich Vulkaninseln absenken und gleichzeitig Korallen dem Licht entgegenwachsen.

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

8.3 Riffe und Atolle Riffe sind Bildungen tropisch-warmer Meere. Ihr Aufbau und Wachstum erfolgt durch riffbildende Korallen und kalkabscheidende Algen. Riffbildende Korallen sind an Wassertemperaturen gebunden, die im Mittel 20 Grad Celsius nicht unterschreiten dürfen. Somit liegt ihre Hauptverbreitung innerhalb der Wendekreise. An den Westküsten der Kontinente treten sie in diesem Bereich aufgrund von kalten Meeresströmungen seltener auf. Korallen leben in Symbiose mit einzelligen Algen, die nur im lichterfüllten Wasser überleben können. Riffbildungen finden daher nur im Bereich von bis zu 50 Metern Meerestiefe und nur im lichtdurchfluteten Wasser statt. Korallenriffe werden je nach ihrer Lage zur Küste oder ihrer Entstehung gegliedert. Saumriffe, wie an der Küste des Roten Meeres, liegen nah am Festland oder an Inseln. Barriereriffe begleiten die Festlandränder in weiterer Entfernung von der Küste. Das Great Barrier Reef vor der Nordostküste Australiens ist das größte Riff seiner Art. Streng genommen ist es nicht nur ein Barriereriff, sondern setzt sich aus Saum-, Barriere- und Plattformriffen zusammen. Letztgenannte Riffe bilden sich aufvorwiegend auf Flachseeböden. Atolle stellen die letzte Gruppe der Korallenriffe dar. Sie umrahmen häufig erloschene Vulkaninseln und ragen meist als nahezu kreisrunde Kalkbauten aus den tropischen Meeren empor. Bereits Charles Darwin befasste sich mit der Entstehungeschichte von Atollen. Er begründete ihre Entstehung durch Absenkungsbewegungen von Vulkanen und einem dem Licht entgegenstrebenden Korallenwachstum. Die heutige Theorie beruht auf den Erkenntnissen der Plattentektonik. Ansatzpunkt ist das Absenken erloschener und sich abkühlender Hot-SpotVulkane. Um den Vulkan herum entsteht zunächst ein Saumriff, das bei weiterer Absenkung des Vulkans wächst. Beträgt die Absinkgeschwindigkeit des Vulkans Vulkaninsel nicht mehr als zwei Zentimeter pro Jahr, wächst das Riff weiter und bildet schließlich ein Atoll. Die Riffansätze einiger Atolle liegen in über 1.000 Metern Tiefe, wie zum Beispiel der des Eniwetok-Atolls (1.400 Meter). Die heutigen Riffe sind ein äußerst empfindliches und bedrohtes Wallriff Ökosystem.

S

tadien der Atoll-Bildung an einem erloschenen Vulkan

Saumriff

Atoll

151

Kapitel 8

8.4 Glaziale Küstenformen Während der Kaltzeiten des Pleistozäns drangen ausgehend von Skandinavien immer wieder Gletscher durch die Ostsee bis nach Mitteleuropa vor. Das bis viele hundert Meter mächtige Eis formte sowohl die skandinavischen Felsgesteine als auch die deutsche Ostseeküste. Die bekannteste Küstenform, die durch die Kraft der Gletscher angelegt wird, ist die Fjord-Küste im Westen. Schon vor den Eiszeiten schufen Flüsse tiefe Kerbtäler in die harten Gneise und Granite des Baltischen Schildes. Durch die Wirkung der Gletscher wurden die Vförmigen Kerbtäler zu Trogtälern umgeformt und später infolge des nacheiszeitlichen Meeresspiegelanstiegs überflutet.

T

iefer Einschnitt in der norwegischen Fjordküste

V

on skandinavischen Gletschern geformte Kreideküste auf der dänischen Insel Møn

Der Talgrund einiger Fjorde liegt bis zu 1.500 Meter unterhalb der Wasseroberfläche. Während der Eiszeit war ein Großteil des Meerwassers im Eis gebunden, somit lag der Meeresspiegel deutlich unter dem heutigen Niveau. Im Gegensatz zu den skandinavischen Fjorden bildeten sich in den Lockergesteinen der schleswig-holsteinischen Ostseeküste die Förden. Es handelt sich hierbei um versunkene Zungenbecken oder subglaziale Schmelzwasserrinnen. Die Boddenküste ist eine ertrunkene Grundmoränenlandschaft, bei der die Bodden die flacheren Meeresbereiche dieser Küstenlandschaft darstellen. Die Boddenküste findet sich vor allem an den dänischen Inseln und der Küste Mecklenburg-Vorpommerns. Wird eine Rundhöckerlandschaft vom Meer eingenommen, spricht man von einer Schärenküste. Rundhöcker sind längliche, durch Gletscherschliff entstandene Hügel aus Fels, an denen die Spuren einer Gletscherüberfahrung durch Schrammen zu erkennen sind. Durch den Meeresspiegelanstieg sind diese Rundhöcker heute als Felseninseln (Schären) der Küste vorgelagert. Wenn auch die ursprüngliche Form dieser Küsten durch die Wirkung der Gletscher angelegt wurde, unterliegen sie heute der marinen Abrasion oder der Abtragung durch die Wellen. Aus den Förden und den Boddenküsten bilden sich so im Laufe der Zeit Ausgleichsküsten.

152

Kraft des Meeres - Inseln und Küstenformen

Gletscher vor der Ostseeküste: Findlinge (oben) und Stauchfalte bei Bülk (unten)

153

9

Kraft des Eises Gletscher und Inlandeis

G

letscher sind imstande, Milliarden von Tonnen an Gesteinsmaterialien selbst aus felsigem Untergrund abzutragen und zu bewegen. Doch bevor die Gletscher ihre landschaftsformende Kraft entfalten können, müssen sie durch stetige Schneefälle an Masse zulegen, um in Bewegung zu kommen. Gletscher entstehen in den Regionen der Erde, in denen der über mehrere Jahre gefallene Schnee nicht mehr schmilzt. Diese Temperaturlinie wird als klimatische Schneegrenze bezeichnet; ihre Höhe ist abhängig von mehren Faktoren, etwa der geographischen Breite, der Niederschlagsmenge, der Bestrahlungsverhältnisse und der Lage des Gebirges. Doch es gibt auch Ausnahmen: An den vor Sonneneinstrahlung geschützten Hängen können sich Gletscher auch unterhalb der klimatischen Schneegrenze bilden.

D

ie Pasterze in den Hohen Tauern ist der größte Gletscher der Ostalpen

R

und zehn Prozent der Landoberfläche werden vom Eis bedeckt. Grönland und die Antarktis, von der hier das Ross Eisschelf zu sehen ist, nehmen 99 Prozent der weltweiten Eismassen ein

Gletscher reichen mit ihren meist weit ausladenden Zungen in die Regionen unterhalb der Schneegrenze. Da sich das Eis ähnlich einem Förderband innerhalb des Gletschers bewegt, wird der Zunge immer neues Material zugeführt. Die Firnlinie ist die Grenze zwischen Eisneubildung und Eisschmelze auf einem Gletscher. Sie liegt in der Regel

155

Kapitel 9

M

it fast 15 Kilometern Länge und einer Mächtigkeit von 450 Metern zählt der Gornergletscher zu den größten der Alpen

G

letscherschrammen sind der Nachweis früherer Vereisungen

etwas niedriger als die Schneegrenze. Dort, wo der Eisnachschub das Abschmelzen nicht mehr ausgleichen kann, kommen die Gletscher zum Stehen oder sie schmelzen so weit ab, dass die Glazialformen - die von den Gletschern geprägten Landschaftsformen - freigelegt werden. Dann werden die Abtragungs- und Aufschüttungsformen sichtbar, die während der Gletscherbewegung vor, neben oder auch unter dem Eis entstanden sind. Die bekanntesten Gletschertypen der Mittelbreiten sind Gebirgsgletscher, darunter fallen die Tal- und die Plateaugletscher. Dabei handelt es sich um so genannte temperierte Gletscher, da ihre Zungen bis weit unterhalb der Firnlinie reichen. Demgegenüber stehen die „kalten“ Gletscher der Polargebiete wie das Inlandeis der Antarktikas und Grönlands, die oberhalb beziehungsweise innerhalb der Firnlinie liegen. In Laufe der Erdgeschichte führten Klimaveränderungen mehrfach zum Vorstoß der Gletscher. Kilometergroße, mächtige Eispanzer schoben sich beispielsweise in den Eiszeiten des Pleistozäns aus den polaren Regionen bis in die Mittelbreiten. Die Gründe für extreme Klimaveränderungen, die zu ausgedehnten Kaltzeiten führen, liegen unter anderem an Schwankungen der Erdbewegungen (Milankovitch-Zyklen), plattentektonischen Vorgängen sowie an einem abnehmenden Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre.

156

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

I

m Pleistozän wurden das nördliche Mitteleuropa und die USA durch vorrückende Eismassen fast vollständig bedeckt

Temperaturänderung in °C

Temperaturschwankungen 2 1 0 -1 -2 -3 Letzte Eiszeit

-4 800.000

600.000

400.000

200.000

Zeit in Jahren vor heute

Gletscher hinterlassen charakteristische Spuren. An der Unterseite des Gletschers teilweise eingefrorene Gesteinsbrocken schrammen während des Transports über den Felsuntergrund. Durch die so in Fließrichtungen des Gletschers gekritzten Gesteine konnten großflächige Vereisungen im Laufe der Erdgeschichte nachgewiesen werden. So gibt es zum Beispiel Gletscherschrammen in der Sahara, die an der Grenze vom Ordovizium zum Silur (etwa vor 450 Millionen Jahren) entstanden sind. Auch wenn wir in einer momentanen Warmzeit leben, ist die weitere Entwicklung ungewiss. Die Klimaerwärmung beeinträchtigt die äußerst sensiblen Eissysteme. Der Vergleich historischer Aufnahmen mit der heutigen Lage zeigt, das die meisten Alpengletscher in den letzten 150 Jahren einen Großteil ihrer Masse verloren haben.

9.1 Der Gletscher und seine Ablagerungen

G

letscherrückzug an der Pasterze in Österreich

Gletscher entstehen dort, wo die Niederschläge ganzjährig in Form von Schnee fallen oder die Temperaturen so niedrig sind, dass der gefallene Schnee nicht abschmilzt. Neuschnee hat eine Dichte von etwa 0,2 Gramm pro Kubikzentimeter und enthält noch circa 90 Prozent Luft. Durch Antauen und Wiedergefrieren der feinen Schneekristalle bilden sich kleine, klumpige Schneekörner, der Firnschnee. Er ist etwa doppelt so schwer wie Neuschnee und sein Luftanteil beträgt nur noch 40 Prozent. Fällt immer mehr Neuschnee, steigt die Drucklast und der Firn verdichtet sich. Die mit Luft gefüllten Zwischenräume werden durch eindringendes und anfrierendes Schmelzwasser langsam geschlossen. Firnschnee wird zu Firneis und dieses allmählich zu blau schimmerndem Gletschereis.

157

Kapitel 9

158

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

Durch den Auftrieb des Meerwassers lösen sich an der Kalbungsfront immer wieder Teile des Gletschers

159

Kapitel 9

G

letscher haben während der letzten Eiszeit zur Umgestaltung der Täler beigetragen. Bereits vorhandene Kerbtäler wurden zu U-förmigen Trogtälern ausgehobelt

Von Gletschereis spricht man, wenn die Dichte des Firneises auf fast 0,9 Gramm pro Kubikzentimeter angestiegen ist. Aufgrund seiner hohen Dichte ist es für Luft nicht mehr durchlässig. Die etwa zehn Prozent Luftanteil sind in kleinen Gasbläschen im Gletschereis eingeschlossen. Die Umwandlung vom Schnee zum Gletschereis vollzieht sich in den Alpen innerhalb weniger Jahre. Wegen der extrem kalten Temperaturen und der geringen Luftfeuchtigkeit dauert der gleiche Prozess in Nordwestgrönland dagegen rund 100 Jahre. Die Eismassen üben einen gewaltigen Druck auf die Unterseite des Gletschers aus. Daher verhält sich Gletschereis plastisch - es fließt. Das Innere der Gletschereiskörner kann man sich wie einen Kartenstapel vorstellen, der sich bei einem ausgeübten Druck zu verschieben beginnt (laminares Gleiten) - die Summe vieler dieser kleinen Blättchen ermöglicht das Fließen. Auch wenn das Ende eines Talgletschers, die Gletscherzunge, scheinbar stillsteht, bewegt sich der Gletscher vorwärts. Dieser Prozeß bleibt unsichtbar, da der Eisnachschub genauso groß ist wie die Eismenge, die abschmilzt. In diesem Fall hätte der Gletscher eine ausgeglichene Massenbilanz. Die Eismächtigkeiten von Talgletschern in den Alpen betragen beim Gornergletscher 450 Meter, beim Aletsch-Gletscher sogar 800 Meter. Gletscher der Nebentäler sammeln sich in einem Tal und fließen gemeinsam abwärts, ähnlich einem Strom, der auf seinem Weg zahlreiche Flüsse aufnimmt. Dabei werden ehemalige Kerbtäler mit einem V-Querschnitt durch die Kraft des Eises zu den U-förmigen Trogtälern umgewandelt. Aus den Nebentälern kann nach einem Gletscherrück-

160

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

zug ein Hängetalwasserfall entspringen, der den Höhenunterschied zwischen tiefem Haupt- und höherliegendem Nebental überwinden muss. Oft entsteht ein Gletscher an einer Hangnische. Durch das Zusammenspiel von Herausbrechen (Detraktion), Ausschürfen (Exaration) und durch am Gletscherboden mitgeführtes Material (Detersion) wird die Hangnische immer weiter ausgehöhlt und die Rückwände werden steiler. Es entsteht eine schüsselartige Hohlform, ein Kar. Die Frostsprengung ist bei dieser Formung besonders intensiv. Liegen mehrere Kare an den Bergflanken eines Gipfels, bilden sich pyramidenartige Karlinge.

E

in Kar ist der Geburtsort eines Gebirgsgletschers (links). Das charakterisch geformte Matterhorn in den Schweizer Alpen ist wohl der berühmteste Karling

D

ie Bergipfel, die bei einer weitreichenden Inlandvereisung gerade noch aus dem Eis herausgucken, werden Nunatakker genannt

Moränen sind glaziale Ablagerungsformen, die durch Gletscherbewegungen entstehen. Durch ihre immense Gewichtskraft schürfen Gletscher Gesteinsmaterial aus dem Untergrund und aus den Seitenwänden heraus und führen es als Grundmoräne mit sich. Grundmoränen bestehen oft aus lehmigen Materialien, in die Geschiebe und Gesteinsbrocken eingebettet sind. Das Material der Grundmoräne ist weder eindeutig geschichtet noch sortiert. Endmoränen bilden sich an der Gletscherstirn, wenn der Gletscher beim Vorstoßen Abtragungsschutt vor sich herschiebt und einen bogenförmigen Wall aufschiebt (Stauchendmoräne). Eine andere Endmoränenform ist die Satzendmoräne. Diese Moränen entstehen nur bei einer ausgeglichenen Massenbilanz des Gletschers. Der oben auf dem Gletscher mitgeführte Schutt wird an der Stirn „abgeladen“ und bildet die Endmoräne. Mittelmoränen entstehen, wenn zwei Gletscher zusammenfließen und sich die Seitenmoränen zu einer steinigen Verschmelzungsnaht zusammenschließen.

161

Kapitel 9

Mittelmoräne Gletscherspalten Seracs Gletscherzunge Seitenmoräne Gletschertor

Gletscherbach

162

Endmoräne

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

Strukturen eines Talgletschers Gletscherzunge: An Gletscherzungen ist das Abtauen meist stärker als der Nachschub von Schnee und Eis. Durch stärkeres Abschmelzen an den Rändern des Gletschers ist die Gletscherzunge in der Gletschermitte etwas höher als am Rand. Gletscherspalten: Gletscherspalten entstehen, wenn der Gletscher Geländestufen überwindet oder sich das Gletscherbett verbreitert. Die dadurch hervorgerufenen Spannungen werden durch Längs- und Querspalten ausgeglichen. Seracs: An besonders steilen Stellen kann die Gletscheroberfläche in ein Chaos von Eistürmen und Spalten, sogenannten Seracs, zerreißen.

E

in Blick aus dem All auf die verschneiten Alpen. Der weitaus größte Teil der alpinen Gletscher sind Talgletscher

Gletscherbach: Schmelzwasser, das durch Gletscherspalten an den Grund des Gletschers dringt, sammelt sich dort und fließt an der Gletschersohle talwärts. Als Gletscherbach tritt es unten aus dem Gletscher aus. Gletschertor: Schmelzwasser tritt meist gebündelt an einer Stelle der Gletscherzunge aus, dem Gletschertor. Diese Austrittsstelle ist oft in Richtung des Gletschers höhlenartig erweitert. Endmoräne: Endmoränen bestehen aus dem Material, das der Gletscher an seiner Eisfront vor sich hergeschoben und ablagert hat. Unterschieden werden Stauch- und Satzendmoränen. Mittelmoräne: Eine Mittelmoräne entsteht, wenn zwei Gletscher zusammenfließen. Am Wulst aus Abtragungsschutt lässt sich die „Verschmelzungsnaht“ erkennen. Seitenmoräne: Seitenmoränen setzen sich zum einen aus dem vom Gletscher mitgeschleppten Material, zum anderen aber auch aus dem Schutt der angrenzenden Hänge zusammen.

163

Kapitel 9

9.2 Formen aus den „Eiszeiten“ Im Laufe der Erdgeschichte ist es zu mehrmaligen dramatischen Klimaveränderungen gekommen, die zu ausgedehnten Inlandvereisungen geführt haben. Vor etwa 2,5 Millionen Jahren begannen die letzten Kaltzeiten, die immer wieder durch Warmzeiten (Interglaziale) unterbrochen wurden. Während in den Glazialen die Temperaturen ungefähr 10 bis 15 Grad Celsius unter den heutigen lagen, waren sie in den Interglazialen den derzeitigen ähnlich. Die Kaltzeiten zeichneten sich vor allem durch weite Gletschervorstöße aus, weswegen diese Perioden im allgemeinen auch die „Eiszeiten“ genannt werden. Über Skandinavien lag eine etwa 2.500 Meter mächtige Eiskappe, von der die Gletscher bis weit nach Nord-Mitteleuropa vordrangen. Die damaligen Gletscher der Alpen gingen weit über die heutigen Gletscherränder hinaus. Zum Höhepunkt der letzten Kaltzeit, der Weichsel-Vereisung vor etwa 20.000 Jahren, bedeckten die Eismassen eine dreimal so große Fläche wie heute und das nördliche Amerika war von einer riesigen zusammenhängenden Eisdecke bedeckt. Da in

F

ür die Landschaftsformung in Nord- und Mitteleuropa waren die letzten drei Kaltzeiten von besonderer Bedeutung. Es waren die Elster-, Saale- und Weichselvereisung

D

urch die Brandung freigelegte Findlinge an der deutschen Ostseeküste sind Zeugen der ehemaligen Gletschervorstöße

absolute Altersangabe (in Jahren v.h.) 10.000

115.000 128.000

Stratigraphie des Jungquartär

Vorstoß des Inlandeises und der Meere nach Süden

Holozän

Rosenthaler Staffel (etwa 110.000 Jahre v.h.) Pommersches Stadium Frankfurter Stadium Brandenburger Stadium (etwa 18.000 v.h.)

Weichselkaltzeit (Würm) Eemwarmzeit

Warthe-Stadium Rehburger St. Drenthe-Stadium

Saalekaltzeit 350.000 585.000

(Riß) Holsteinwarmzeit Elsterkaltzeit

760.000 850.000

Voigtstedtwarmzeit (Cromer) 55°

54°

53°

52°

nördliche Breite Ausdehnung pleistozäner Inlandeisgletscher Ausdehnung quartärer Meere

164

51°

50°

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

Zungenbeckensee

Findling Rinnensee Sölle

Grundmoräne Endmoräne Sander Präglazialer Untergrund

den Eismassen gewaltige Wassermengen gespeichert waren, lagen die Meeresspiegelstände bis weit über 150 Meter niedriger als heute. Während der Warmzeiten stiegen die Meere wieder an. Wie die Talgletscher haben auch die Gletscher der Inlandvereisungen die Oberfläche abgetragen, die Materialien teilweise mehr als 1.000 Kilometer transportiert und schließlich wieder abgelagert.

D

ie von den Inlandeisvorstößen betroffene Landschaft wird nach dem Prinzip der glazialen Serie gestaltet. Dabei bleiben nach dem Abschmelzen des Eises charakterische Formenelemente zurück

Die Oberflächengestaltung, die auf diese Weise erfolgte, wird durch das Modell der glazialen Serie beschrieben. Die Serie besteht aus den Einzelformen Grundmoräne mit Zungenbecken, Endmoräne, Sander und Urstromtal, die aus der Sicht eines sich zurückziehenden Gletschers räumlich aufeinander abfolgen und etwa zur selben Zeit gebildet werden. In der Landschaft ist diese „Serie“ aber nicht immer erhalten geblieben, da spätere Vereisungen das Relief erneut überfuhren oder Schmelzwasser die Oberflächenformen abgetragen haben.

D

Flensburg Kiel

Stralsund Rostock

Wilhelmshaven

Bremerhaven Hamburg Bremen

ie Klimaveränderungen im Pleistozän führten zu Gletschervorstößen, die in Deutschland weit über den 52. Breitengrad hinausgingen. Da in den Eismassen gewaltige Wassermengen gespeichert waren, lagen die Meeresspiegelstände bis über 150 Meter niedriger als heute

WeichselKaltzeit Berlin Hannover

Weichsel-Kaltzeit (115.000 - 10.000 J. v. heute)

Saale-Kaltzeit Essen

Dortmund Wuppertal Düsseldorf Köln Bonn

Leipzig

ElsterKaltzeit

Dresden

Saale-Kaltzeit (350.000 - 128.000 J. v. heute) Elster-Kaltzeit (760.000 - 585.000 J. v. heute)

165

Kapitel 9

Die meisten Seen verdanken ihre Entstehung den Kaltzeiten beziehungsweise der Wirkung von Gletschern. Man findet Seen glazialen Ursprungs besonders in den Regionen, die während des Pleistozäns noch von Gletschereis bedeckt waren. Heute sind viele der ehemals vom Eis bedeckten Gebiete Seenlandschaften, wie zum Beispiel die Großen Seen in Nordamerika, das Voralpenland oder die Mecklenburgische Seenplatte. Die ausschürfende Wirkung der Gletscher, die Exaration, ist verantwortlich für die Bildung von tiefen Hohlformen, in denen sich später in Form von Seen Wasser sammeln konnte. Am nördlichen Alpenrand trifft man auf zahlreiche, oft in Nord-SüdRichtung verlaufende Seen. Es sind Überreste der letzten Eiszeit, der Würm-Eiszeit, die vor rund 115.000 Jahren begann und bis vor etwa 12.000 Jahren andauerte. In dieser Zeit schoben sich mächtige Gletscher aus den Alpen bis weit in das Alpenvorland vor. Regional unterschiedlich verteilte Niederschläge und Eisdruck führten dazu, dass einzelne Gletscher mehr oder weniger stark vorrückten. Sobald ein Gletscher das Gebirge verließ, schob er sich mit der sich ausbreitenden Gletscherzunge weit in das flache Vorland hinein. Dabei schürfte er den weichen Untergrund aus. Nach dem Abschmelzen der Eismassen blieb das ausgeschürfte Becken in der Landschaft zurück und füllte sich mit Schmelzwasser. Ein Zungenbeckensee entstand.

G

letscherseen werden durch natürliche Dämme aufgestaut und erhalten ihren Zufluss direkt von einem Gletscherbach. Die Schmelzwässer von Gletschern werden auch durch künstliche Dämme aufgestaut und zur Energiegewinnung genutzt

In Gebirgen findet man häufig Karseen. Sie entstehen durch die Erosion von Gletschern, die sesselförmigen Mulden herausarbeiten. Nach dem Abschmelzen füllen sich diese Mulden und ein Karsee entsteht. Als die Gletscher vor etwa 20.000 Jahren langsam ihren Rückzug antraten, blieben immer noch einzelne Eisreste zurück. Dieses Toteis schmolz erst hunderte oder tausende Jahre später ab, da es von Schutt und Stäuben bedeckt und so nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt war. Als auch das Toteis abtaute, füllten sich die freigegebenen meist rundlichen Mulden mit Wasser. Kleinere Toteisseen werden Sölle genannt. Rinnenseen sind oft langgestreckte, schmalere Seen, die durch die Schmelzwasserwirkung unterhalb von Gletschern entstehen. Beispiele hier sind der Lago Maggiore und der Luganer See. Der Seenreichtum einer von Gletschern geprägten Landschaft ist ein wichtiges Kriterium zur Unterscheidung einer Jung- oder Altmoränenlandschaft. Die Jungmoränenlandschaften waren während der letzten Vereisung (Weichsel und Würm) noch vollständig vom Eis bedeckt. Das heißt, erst vor etwa 20.000 Jahren wurden diese Gebiete eisfrei und das Relief, das stark von den Gletschern geprägt ist, wurde freigegeben. Im Gegensatz dazu stehen die Altmoränengebiete, die von den letzten Gletschervorstößen nicht mehr erreicht wurden. Zunehmende Verlandungsprozesse der glazialen Seen haben zu einer regelrechten Seenarmut geführt und das ehemalige glaziale Relief ist mittlerweile durch exogene Prozesse deutlich eingeebnet worden.

166

Kraft des Eises - Gletscher und Inlandeis

Das Murnauer Moos im Allgäu (o.) und der Wanzkaer See, nördl. Neustrelitz (u.) sind Reste ehem. Vergletscherungen

167

10

Kraft des Windes Wüsten und der letzte Schliff

D

er Wind ist ein häufig unterschätzter Faktor bei der Gestaltung der Landschaft. Denn mit seiner enormen Kraft bewegt er Millionen von Tonnen feinster Materialien, schleift harte Gesteine wie ein Sandstrahlgebläse ab oder hinterlässt große Wannen, die vollständig „ausgeblasen“ sind. Die Voraussetzung dafür, dass der Wind als Transport- oder Verwitterungskraft wirken kann, sind vor allem trockene und somit leichte Materialien, eine mehr oder weniger fehlende Vegetation und ein möglichst glatter Untergrund. Am leichtesten kann der Wind deshalb in den trockenen und vegetationsarmen Regionen wie den Wüsten, Halbwüsten, Steppen, Savannen und Küsten die Landschaft verändern.

V

or 5.600 Jahren Im Nordwest-Sudan abgelagerte und verfestigte Seekreide unterliegt der Schleifwirkung der durch den Wind transportierten Sandkörner

D

as vom Nordost-Passat angetriebene „Sandstrahlgebläse“ führt zur Rillenbildung in diesen tertiären marinen Kalken in der Sahara

Je höher die Windgeschwindigkeit und somit die so genannte äolische Kraft ist, desto gröbere Materialien – in seltenen Fällen sogar Kiese und Gerölle - können mitgeführt werden. Besonders leicht werden feine Korngrößen wie Stäube und Sande transportiert, die im Gegensatz zu den Kiesen einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als zwei Millimetern haben. Ist die Windgeschwindigkeit hoch genug, werden Feinsande sogar in mehrere Kilometer Höhe geschleudert. Sobald sie dort von den Höhenluftströmungen erfasst werden, „schleppt“ sie

169

Kapitel 10

der Wind mehrere tausend Kilometer mit. Auf diese Weise gelangen auch die rötlich-gelben Stäube aus der Sahara bis nach Mitteleuropa. Weitaus regelmäßiger hingegen werden die Saharasande allerdings mit den Passaten bis nach Südamerika geweht. Pro Jahr sorgen mehrere Millionen Tonnen Staub als regelrechte „Nährstoff-Dusche“ im Regenwald für neues Leben. Nach ihrer langen Reise schlagen sich die Partikel auf den Bäumen nieder. Aufsitzerpflanzen wie Orchideen, Bromelien oder Flechten gewinnen aus den Sanden lebenswichtige Nährstoffe wie Kalium, Calzium oder Phosphor. Ohne diesen Mineraliennachschub aus der afrikanischen Wüste würde der südamerikanische Regenwald in seiner heutigen Form nicht existieren.

D

ie Küstenwinde formen in der Namibwüste bis zu 300 Meter hohe Dünen

E

170

in Sandsturm aus der Sahara erreicht die kanarischen Inseln

Zusätzlich zum aölischen Transport erfolgt die Bewegung und Ablagerung der Sandkörner auf zweierlei Arten. Rollt der Wind die Sandkörner lediglich am Erdboden, spricht man von Reptation. Dabei stoßen die Sandkörner wiederholt gegeneinander und rücken dadurch weiter. Dem gegenüber beschreibt die Saltation das bogenförmige Abprallen der Sandkörner vom Untergrund, wenn diese bei ihrer äolischen Verfrachtung auf ein Hindernis stoßen. Lässt die Kraft des Windes nach, so werden zunächst die schweren und anschließend die leichten Materialien abgelagert. Dadurch zeigen die daraus hervorgehenden Sedimente meist eine gute Sortierung ihrer Korngrößen. Aus der Schichtung der Sande lässt sich so auf die zur Zeit der Ablagerung

Kraft des Windes - Wüsten und der letzte Schliff

vorherrschenden Windrichtungen schließen. Wie viel und wie groß das Material ist, das der Wind bewegen kann, hängt im Wesentlichen von der Windgeschwindigkeit ab. Die Beschreibung der Auswirkungen des Windes an Land und am Meer sind in der Beaufort-Skala zusammengefasst und wahrscheinlich den meisten Menschen aus der Wettervorhersage bekannt.

D

ie Beaufort-Skala der Windgeschwindigkeiten wurde 1805 von Francis Beaufort aufgestellt Sie gibt einen guten Anhaltspunkt über die veränderliche Stärke des Windes und seine ausgeübte Kraft

Beaufort Skala Beaufort

Bezeichnung

m/s

km/h

Merkmale auf See

Merkmale an Land

0

Windstille

0-0,2

0-1

Glattes Wasser

Rauch steigt senkrecht empor, Flaute

1

Leiser Zug

0,3-1,5

1-5

Gekräuseltes Wasser

Rauch zeigt Windrichtung an, sehr leichte Brise

2

Leichter Wind

1,6-3,3

6-11

Aufgerauhtes Wasser

Blätter und Windfahnen bewegen sich

3

Schwacher Wind

3,4-5,4

12-19

Mäßige Wellen, keine weißen Schaumkronen

Zweige bewegen sich

4

Mäßiger Wind

5,5-7,9

20-28

Erste weiße Schaumkronen, Wellen bis zu einem Meter hoch

Dünne Äste bewegen sich

5

Frischer Wind

8,0-10,7

29-38

Voll entwickelte Schaumkronen

Mittlere Äste bewegen sich, kleine Laubbäume schwanken

6

Starker Wind

10,8-13,8

39-49

Mittlere See, Wellenkämme brechen, Wellenhöhe bei 3 m

Dicke Äste bewegen sich

7

Steifer Wind

13,9-17,1

50-61

Grobe See, Schaumstreifen in Windrichtung, Wellen bis zu 4 m hoch

Ganze Bäume schwanken

8

Stürmischer Wind

17,2-20,7

62-74

Grobe See, Wellen 5,5 m hoch, Gischt beginnt zu fliegen

Zweige brechen von den Bäumen ab

9

Sturm

20,8-24,4 75-88

Voll entwickelter Seegang mit langen Wellenkämmen, Schaum auf den bis zu 7 m hohen Wellen

Kleinere Schäden an Häusern, hebt Dachziegel ab, bricht Äste

10

Schwerer Sturm 24,5-28,4

89-102

Entwurzelt Bäume, beschädigt Hoher rollender Seegang, Häuser Wellen bis zu 9 m, Gischt färbt Wasseroberfläche weiß

11

Orkanartiger Sturm

28,5-32,6

103-117

Bis 11 m hohe Wellen, fliegende Gischt

Verbreitete Sturmschäden

12

Orkan

> 32,6

> 117

14 m und höher brechende Wellen, fliegende Gischt, kaum Sicht

Wirft Bäume und freistehende leichte Gebäude um, schwere Sturmschäden an Gebäuden

171

Kapitel 10

10.1 Vom Winde verweht - Windabtragung

A

uswehung von kaltzeitlichen Flugsanden in der Wahner Heide bei Köln

V

on Wind und Verwitterung geformte Pilzfelsen im Gobelin Valley in den USA

Wenn Winde konstant und über einen längeren Zeitraum wehen, können sie durch den ständigen Abtransport von Lockermaterialien selbst große Flächen ausblasen. Diese Freilegung des festen Gesteinsuntergrundes wird Deflation genannt. Werden ganze Ebenen vom Wind frei gelegt, bilden sich große Hohlformen. Diese so genannten Deflationswannen befinden sich vor allem in den Wüstengebieten, wo kein ausreichender Schutz des Oberbodens durch die Vegetation gegeben ist. Trotzdem ist die ausblasende Wirkung des Windes nicht nur auf die Trockengebiete unserer Erde beschränkt. Auch in mitteleuropäischen Heidegebieten oder auf Ackerbauflächen können je nach Beschaffenheit der Erdoberfläche größere Mengen Feinmaterial ausgeweht werden. Durch die Deflation entstehen unter bestimmten Bedingungen so genannte Steinpflaster. Feinkörnige Bestandteile der obersten Bodenschichten werden abtransportiert, so dass die gröberen Anteile zurückbleiben. Im Laufe der Zeit besteht die Erdoberfläche dann nur noch aus gröberen Gesteinen und nimmt somit ein pflasterartiges Aussehen an. Die vom Wind bewegten Sande können auch direkten Einfluss auf die Oberfläche der Gesteine nehmen. Durch die Wucht des Aufpralls wirken die Sandkörner wie kleine Geschosse und schmirgeln die Gesteinsoberflächen ab. Diese Art der Erosion nennt sich Korrasion oder auch Windschliff. Neben der Glättung der Oberfläche werden kantige Formen zunehmend gerundet. Der Rundungsgrad hängt von der Härte des Gesteins und von der Dauer der Windeinwirkung ab. Durch den Windschliff werden nicht nur die Oberflächen der Gesteine bearbeitet. Vielmehr können im Zusammenspiel mit der Verwitterung auch bereits bestehende Hohlräume in Felswänden weiter vertieft und ausgehöhlt werden. In wechselnd widerständigen Gesteinsschichten entstehen auf diese Weise bizarre Steinskulpturen wie beispielsweise die steinernen „Torbögen“ oder die hoch aufragenden kantigen Säulen im „Canyonland“ im Südwesten der USA. Bei den so genannten Pilzfelsen wirkt die äolische Erosion besonders stark an der Gesteinsbasis und präpariert so im Laufe der Zeit am oberen Ende des Gesteinsfragments einen Felskopf heraus. Wird die Auflast des

172

Kraft des Windes - Wüsten und der letzte Schliff

überhängenden Felsens zu groß für die dünnere, tragende Säule, so bricht diese ab. Ein weiteres Beispiel für die abschleifende Wirkung des Windes ist der Windkanter. Es handelt sich dabei um ein Gestein, das durch den Wind zuerst nur an einer Seite abgeschliffen wird. Dreht sich der Stein oder der Wind, wird eine andere Seite bearbeitet. Dadurch entsteht eine charakteristische und facettenartige Gesteinsform. An ihnen lässt sich zumeist die Hauptwindrichtung einer Region ablesen. Ein weltweit bekannter von Wind und Wetter herauspräparierter Felsen ist der australische Uluru. Dieser Monolith überragt frei stehend die Wüste um rund 340 Meter. Er besteht zu einem großen

V

om Windschliff geformte „Nase“ in der libyschen Wüste (Ägypten). Das aus verfestigtem Seeschlamm bestehende Material wurde ursprünglich in einem sumpfähnlichen Biotop angelagert. Die steile Seite dieses rund 3,5 Meter hohen „Jardangs“ ist die dem Wind zugewandte Seite

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Kapitel 10

O

bwohl ein Großteil der Wüsten dieser Erde nicht aus Sand besteht, gelten Dünen doch als Sinnbild für Trockengebiete

in ursprünglich im Dünensand angelegter Ameisenhaufen ist von der Windabtragung freigelegt worden

G

Teil aus hartem Sandstein, während die Umgebung aus weicherem Material besteht. Der auch Ayers Rock genannte Berg entstand durch Hebung des Sandsteins und gleichzeitiger Abtragung der umlagernden Gesteine. Doch auch am Uluru nagt der Zahn der Zeit und der Wind: Mehr oder weniger schutzlos ist er heute dem erodierenden Wind ausgeliefert, der an den steilen Hängen seine Spuren hinterlässt.

roße Sicheldünen wie hier in Peru können weit mehr als hundert Meter hoch werden

E

D

as rötlich-braune Dünenfeld in der algerischen Wüste erhält weniger als 25 Millimeter Niederschlag im Jahr und zeichnet sich deutlich gegen das braune Sandgestein ab

10.2 Dünen und andere Windablagerungen Dünen sind die wohl bekanntesten Windablagerungen. Sie können sich überall dort bilden, wo feinkörniges Lockermaterial, vorzugsweise Sand, vorhanden ist. Am häufigsten kommen sie somit in allen Trockengebieten wie den Wüsten aber auch in den Küstenregionen vor. Doch Dünen müssen nicht immer aus Sand aufgebaut sein. Die als „White Sands“ bezeichneten Dünen in New Mexiko in den Vereinigten Staaten bestehen beispielsweise aus weißem Gips.

D

er Uluru gehört über die Grenzen Australiens hinaus zu den bekanntesten Naturphänomenen

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Allen Dünen ist gemeinsam, dass der Wind die Sandkörner an der flachansteigenden, windzugewandten (Luv) Dünenseite hoch über den Dünenkamm treibt. An der windabgewandten (Lee) und steiler abfallenden Seite werden die Sande anschließend wieder abgelagert. Durch das Zusammenspiel von Abtragung an der Luvseite und Ablagerung an der Leeseite wandern Dünen mit der Windrichtung. Vegetationslose Dünen können sich auf diese Weise über 20 Meter pro Jahr bewegen. Sicheldünen werden auch Barchane genannt und haben eine bogenförmige Gestalt. Ihre Enden zeigen in Richtung der

Kraft des Windes - Wüsten und der letzte Schliff

175

Kapitel 10

Dünenformen In Abhängigkeit von der Untergrundbeschaffeheit, der Vegetationsbedeckung sowie der Stärke und der Richtung des Windes können Dünen sehr unterschiedliche Formen annehmen

Windrichtung

Barchan (Sicheldüne)

ung

Windricht

vorherrschenden Windrichtung und liegen somit im Lee. Durch eine höhere Windgeschwindigkeit in der Nähe der Sichelenden werden diese flach und schmal gehalten. Die Dünenmitte kann einige hundert Meter hoch sein. Barchane sind typische Wanderdünen. Reihendünen oder auch Transversaldünen entstehen aus der Vereinigung mehrerer Sicheldünen. Sie liegen etwa im rechten Winkel zur Windrichtung. Häufig bildet sich diese Dünenformen in ariden Gebieten mit einer großen Sandanlieferung und wenig Vegetation. Sie sind aber auch die typische Dünenform an Küsten. Parabeldünen sind mit ihrer Öffnung gegen die Windrichtung ausgerichtet und verhalten sich somit wie umgedrehte Sicheldünen. Die langen und schmalen Sichelenden werden langsamer durch den Wind verlagert als der große mittlere Dünenkörper. Dieses „Nachzihen“ der Sichelenden wird mit der Vegetationsbedeckung und der Bodenfeuchte in Verbindung gebracht. Parabeldünen sind insbesondere in semiariden Gebieten und an den Küsten verbreitet. Strichdünen liegen mehr oder weniger parallel zur Windrichtung. Obwohl ihre Entstehung noch umstritten ist, geht man im Allgemeinen davon aus, dass sich diese Dünenform bei Winden aus wechselnden Richtungen bildet: Zum Beispiel sommerliche Südwest-Winde mit Ablagerungen im Nordosten und winterliche Nordwest-Winde mit Ablagerungen im Südosten. Strichdünen werden auch als Longitudinaldünen bezeichnet und können mehrere Kilometer lang sowie über hundert Meter hoch werden.

Transversaldüne (Reihendüne)

Ablagerungen äolischen Ursprungs müssen keineswegs immer in Form von Hügeln auftreten und damit relativ gut erkennbar sein. So verdanken beispielsweisee auch einige Bodenarten ihre Entstehung dem Einfluss des Windes. Ein besonderes äolisches Sediment ist der kalkhaltige Löss, der eine extrem kleine Korngröße von weniger als 0,05 Millimetern aufweist. Löss ist auch in Deutschland weit verbreitet. Während der Kaltzeiten im Pleistozän wurden Gesteinsmehle und Sande aus den riesigen Schotterflächen vor den Gletschern ausgeblasen und von den damals vorherrschenden Winden über weite Strecken transportiert. Abgelagert wurde der Löss vor allem an den Nordhängen der deutschen Mittelgebirge. Durch weitere Verwitterung und bodenphysikalische Umwandlungsprozesse entstand aus dem feinen Flugstaub der heutige Löss.

Windrichtung

Parabeldüne wechselnde Windrichtungen

unregelmäßige Schrägschichtung

Longitudinaldüne (Strichdüne)

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Die Lössdecken in Mitteleuropa sind bis zu sechzig, in China sogar mehrere hundert Meter mächtig und bedecken weltweit etwa zehn Prozent der Landoberfläche. Da der Löss - im Gegensatz zum reinen Flugsand - zu einem großen Teil aus Kalk besteht, konnten sich hierauf, wie zum Beispiel in den deutschen Börden oder in der Ukraine, sehr fruchtbare Böden entwickeln. Der bekannteste Lössbodentyp ist die Schwarzerde, die auch Tschernosem genannt wird.

Kraft des Windes - Wüsten und der letzte Schliff

10.3 Wüsten der Erde Wüsten sind Gebiete von extremer Trockenheit. Die meist vorherrschenden hohen Temperaturen verursachen eine hohe Verdunstungsrate und Regen fällt nur spärlich oder periodisch. In den trockensten Wüsten der Erde gibt es Regionen, in denen seit Jahrhunderten kein einziger Tropfen Regen niedergegangen ist. Trotz dieser unwirtlichen Bedingungen sind Wüsten jedoch selten völlig vegetationsfrei, denn speziell angepasste Pflanzen und auch Tiere können hier trotz der scheinbar lebensfeindlichen Bedingungen überdauern. Auch der Mensch ist gezwungen, sich an die widrigen Umstände anzupassen und beispielsweise durch künstliche Bewässerung oder aber eine nomadische Lebensweise den Wassermangel auszugleichen. Auch wenn die Rahmenbedingungen der Wüstenbildung häufig unter-

I

m Unterschied zu dem sehr feinkörnigen Löss (links), ist der Flugsand von wesentlich gröberer Struktur (rechts)

Weltkarte der Lössverbreitung Lössverbr itung auf der Erde

Löss lössartige Ablagerung und Stäube, Löss-Eis-Boden in Nordsibirien (Yedoma) Schwemmlöss in Nordchina

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Kapitel 10

D

D

ie Namib ist eine der größten Küstenwüsten der Erde

schiedlich sind, so gelten als Hauptursache ihrer Entstehung die großklimatischen Verhältnisse: Betrachtet man den Globus, fällt auf, dass sich die meisten Wüsten der Erde wie eine Art „Gürtel“ beiderseits des Äquator aufreihen. Hier, etwa im Bereich der Wendekreise, befindet sich eine Zone besonders trockenen und heißen Klimas. Die Ursache hierfür ist die Zirkulation der Luftmassen über den Tropen, die so genannte Innertropische Konvergenz:

Am Äquator steigt heiße feuchte Luft auf und kühlt sich beim Aufstieg ab. Die Luftfeuchtigkeit kondensiert und es entstehen mächtige Wolie Ursachen der Entstehung der Küstenwüste Namib ken, die ihr Wasser als die typischen Tropengüsse abregnen. Die auf diese Weise „entfeuchtete“ Luft strömt, durch Druckunterschiede 60 70 80 90 100 [%] angetrieben, vom Äquator aus 12 14 16 18 20 [°C] in Richtung Norden und Süden mNN vertikale Veränderung von rF und T ab. Etwa in Höhe von 23,5 Grad 2.000 T nördlicher und südlicher Breite rel em ati Passatwind p sinkt diese trockene Luft zum ve er at Fe ur uc Boden ab und erzeugt in diesen hte Breiten das wüstenfördernde Trockenklima. 1.000 Hochnebel Namib

Walfischbai Benguelastrom

0

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0

25

50

75

100 km

Einen scheinbaren Widerspruch zwischen Wasserreichtum und Trockenheit bilden die so genannten Küstenwüsten wie die Namib im Süden Afrikas. Denn obwohl diese Region auf über 2.000 Kilometern unmittelbar an das Meer grenzt, fallen nur äußerst selten Niederschläge. Die Ursache liegt in den niedrigen

Kraft des Windes - Wüsten und der letzte Schliff

Wassertemperaturen des vor der Küste verlaufenden Benguelastromes. Seine nur 10 bis 12 Grad Celsius warmen Auftriebswasser kühlen die Luft über dem Meer so stark ab, dass diese nur relativ wenig Feuchtigkeit aufnehmen kann. Zugleich erwärmt das südatlantische Subtropenhoch die höheren Luftschichten, so dass eine typische und sehr stabile Inversionswetterlage entsteht. Hierdurch wird die Konvektion, also das vertikale Aufsteigen der Luft, verhindert. Die dadurch fehlende Wolkenbildung verhindert die Entstehung von Niederschlägen. Eine geringe Feuchtigkeitszufuhr in der Wüste ist lediglich durch eine häufige Nebelbildung und die entsprechende Taubildung gewährleistet.

D

ie Atacama grenzt als Küstenwüste in Nordchile unmittelbar an den Pazifik und gilt als die trockenste Region der Erde. Die extreme Trockenheit erklärt sich aus dem Zusammentreffen mehrerer atmosphärischer Zirkulationssysteme, dem kühlen, pazifischen Humboldtstrom und den Anden als Klimascheide

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eltkarte großer und bekannter Wüsten

Kara Kum Hochland von Iran

Großes Becken Mojave Sonara

Taklamakan Gobi

Sahara

Chihuahua

Große Arabische Wüste Atacama

Namib

Patagonische Wüste

Große Sandwüste

Gibson Kalahari

Große Victoriawüste Simpson

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11

Meteoriten Gefahr aus dem All

A

m 9. Dezember 1994 schrammte die Erde haarscharf an einer Katastrophe vorbei: Der Asteroid 1994 XM1 passierte unseren Planeten in einem Abstand von nur 100.000 Kilometern – weniger als einem Drittel der Entfernung Erde – Mond. Der wahrscheinlich nur rund zehn Meter große kosmische Gesteinsbrocken gehörte zwar bei weitem nicht zu den größten seiner Art, hätte aber bei einem Treffer deutliche Spuren auf der Erdoberfläche hinterlassen. Und er ist kein Einzelfall: Die Erde ist seit ihrer Entstehung einem ständigen Bombardement kosmischer Partikel ausgesetzt. Wissenschaftler der Universität von Washington haben errechnet, dass die Erde durch Materieteilchen von weniger als einem Millimeter Größe pro Jahr um rund 40.000 Tonnen an Masse zunimmt. Doch auch größere Einschläge ereignen sich immer wieder und hinterlassen ihre Spuren in Form von Einschlagskratern. Viele von ihnen sind zwar durch den Einfluss von Wind, Wasser und Eis im Laufe der Erdgeschichte größtenteils wieder verschwunden, doch einige von ihnen prägen noch heute die Landschaft bestimmter Regionen. Als Meteoriten im engeren Sinne werden alle Himmelskörper bezeichnet, die die Erdatmosphäre durchdringen und die in die Erdoberfläche einschlagen. Zwei Drittel von ihnen bestehen aus Asteroiden oder Bruchstücken davon, ein Drittel aller bekannten Meteoriteneinschläge auf der Erde sind dagegen auf Kometen zurückzuführen. Während Asteroiden aus Gestein oder Metall bestehen, sind Kometen eher eine Art „kosmischer Schneeball“, denn ihr Kern ist eine Mischung aus Eis und Staub.

I

n der Erdgeschichte haben Meteoriteneinschläge die Lebensbedingungen unseres Planeten und die Formung der Landschaften entscheidend mit beeinflusst und geprägt

Die Asteroiden lassen sich nach ihrer Zusammensetzung grob in drei Klassen einteilen: Stein-, Eisen und Stein-Eisenmeteoriten. Rund ein Viertel der bekannten Einschläge auf der Erde gehen auf Steinmeteoriten zurück. Sie bestehen vorwiegend aus Silikaten, in die noch andere Bestandteile wie Eisen oder Nickel eingelagert sein können. Die

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Kapitel 11

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ieser 4,5 Milliarden Jahre alte Gesteinsbrocken wurde vor rund 16 Millionen Jahren bei einem Meteoriteneinschlag aus dem Mars herausgeschleudert und landete als Meteorit in der Antarktis

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ometen oder Kometentrümmer sind nur für etwa ein Drittel aller Meteoriteneinschläge auf der Erde verantwortlich. Hier eine Falschfarbenaufnahme des Kometen Borrelly

urtümlichsten Vertreter dieser „steinigen Himmelsboten“ sind die so genannten Chondriten. In ihnen sind kugelförmige, bis zu einem Zentimeter große, teilweise kohlenstoffhaltige Gesteinskörnchen in der Grundsubstanz eingeschlossen. Da die meisten Steinmeteoriten beim Aufprall auf die Erde zerplatzen und sich ihr Material mit dem Untergrund vermischt, sind diese Meteoriten nur schwer aufzufinden und zu identifizieren. Der tatsächliche Anteil so genannter Chondriten könnte daher bei bis zu 93 Prozent der Gesamteinschläge liegen. Obwohl nur etwa fünf Prozent der im All fliegenden potenziellen Einschlagskandidaten aus Eisen bestehen, gehören Eisenmeteoriten zum bislang am häufigsten auf der Erde gefundenen Meteoritentyp. Ein typisches Kennzeichen dieser Eisenmeteorite sind die „Widmanstättenschen Figuren“ - charakteristische Muster, die sichtbar werden, wenn man die Schnittfläche des Meteoriten anätzt. Stein-Eisenmeteoriten sind eine sowohl im All als auch auf der Erde seltene Mischform. Der älteste bekannte Meteorit auf der Erde ist ein Chondrit, der in einer 460 Millionen Jahre alten Kalksteinschicht in Schweden entdeckt wurde. Mit einem geschätzten Alter von 300 Millionen Jahren ist ein russischer Eisenmeteorit vermutlich der zweitälteste bekannte Meteorit überhaupt. Materiebrocken aus dem All, die zwar in die Erdatmosphäre eintreten, aber in ihr verglühen oder zerplatzen, bevor sie den Erdboden erreichen, werden als Meteoroide bezeichnet. Meteore oder Sternschnuppen sind die Leuchtspuren eines Meteoriten, der in der Erdatmosphäre verglüht.

11.1 Das Risiko eines Meteoriteneinschlags Im Gegensatz zur Erde sind auf dem Mond aufgrund der fehlenden Verwitterung die Krater sehr alter Einschläge noch deutlich zu erkennen. Aus ihnen lässt sich ablesen, dass Meteoriteneinschläge auch in der Frühzeit der Erde an der Tagesordnung gewesen sein müssen. Erst nach und nach nahm das kosmische Bombardement ab, da sich die anfangs dicht und chaotisch im Sonnensystem herumfliegenden Gesteinsbrocken im Laufe der Zeit auf einer Bahn zwischen Mars und

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Meteoriten - Gefahr aus dem All

Jupiter, dem Asteroidengürtel, sammelten. Während die meisten in diesem Gürtel kreisenden Gesteinsbrocken stabil auf ihren Bahnen bleiben, haben einige eine Umlaufbahn um die Sonne, die sie regelmäßig in den Einflussbereich des Jupiter bringt. In bestimmten Positionen ihrer Umlaufbahn können sie so in eine instabile Lage geraten, in der schon kleinste Einflüsse genügen, um sie abzulenken. Bei Kollisionen zwischen den Asteroiden werden die Splitter dieser Zusammenstöße aus dem Asteroidengürtel hinausgeschleudert und können dann auf Kollisionskurs mit der Erde gehen. Aus Vermessungen und Altersbestimmungen der Mondkrater geht hervor, dass die Meteoritenhäufigkeit in unserem Teil des Sonnensystems in den letzten Milliarden Jahren relativ stabil geblieben ist. Es besteht daher Grund zu der Annahme, dass die Erde auch in Zukunft immer wieder das Ziel von Meteoriten bleiben wird. Nach aktuellen Schätzungen der Astronomen kreuzen mehr als eine Milliarde Objekte von über zehn Metern Durchmesser regelmäßig oder sporadisch die Umlaufbahn der Erde. Rund eine Million von ihnen ist größer als 100 Meter, etwa 2.000 Objekte könnten sogar mehr als einen Kilometer Durchmesser haben. Von diesen so genannten Erdbahnkreuzern ist bisher nur eine kleine Minderheit identifiziert und in ihrer Flugbahn genau bestimmt.

A

steroid Eros ist etwa 33 Kilometer lang und 13 Kilometer breit – ein Meteorit seiner Größe würde bei einem Einschlag eine globale Katastrophe auslösen

Doch längst nicht jeder Himmelskörper, der Kurs auf die Erde nimmt, kommt auch dort an: Steinmeteoriten von weniger als zehn Metern Durchmesser scheitern bereits an der Atmosphäre. Die schützende Lufthülle bremst die Himmelskörper ab und die Reibungshitze lässt sie noch in der Luft zerplatzen. Die Fragmente einer solchen Explosion erreichen aber häufig noch den Erdboden und können beträchtliche Schäden anrichten.

A

uf der angeätzten Schnittfläche dieses Eisenmeteoriten sind deutlich die „Widmanstättenschen Figuren“ erkennbar. Sie sind ein wichtiger Hinweis auf die meteoritische Herkunft eines Fundstücks

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Kapitel 11

Der Einschlag eines rund zehn Meter großen Meteoriten geschieht nach Schätzungen von Experten rund alle zehn Jahre einmal, in den meisten Fällen gehen diese Meteoriten jedoch weitgehend unbemerkt über den Ozeanen oder unbewohntem Gebiet nieder. 1947 zerplatzte ein Eisenmeteorit dieser Größe über den Sikhote-Alin Bergen im Osten Sibiriens und verursachte einen Schauer von Fragmenten.

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isenmeteoriten zerplatzen weniger leicht in der Atmophäre als Steinmeteoriten vergleichbarer Größe. Sie werden daher auch häufiger gefunden. Dieser Meteorit (siehe auch vorige Seite) wurde bei einer Expedition auf dem Mt. Wegener in der Antarktis entdeckt

Die insgesamt 136 Tonnen kosmischen Materials verteilten sich über zwei Quadratkilometer und hinterließen rund 200 Krater. Mit Treffern durch Meteoriten von 50 bis 300 Metern Größe muss nach Einschätzung von NASA-Experten alle paar hundert Jahre gerechnet werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem solchen Impakt bewohntes Gebiet getroffen wird, ist allerdings erheblich geringer: Nur alle 3.000 bis 10.000 Jahre könnte dies der Fall sein. Einschläge von Brocken einer Größe zwischen 500 bis 5.000 Metern Durchmesser sind bereits erheblich seltener, nur einmal in 70.000 bis sechs Millionen Jahren kommen sie im Durchschnitt vor. Hochrechnungen aus der Anzahl der irdischen Krater und der Häufigkeit von erdnahen Asteroiden und Kometen zeigen, dass auf dem Festland etwa alle zwei bis drei Millionen Jahre ein Krater von 20 Kilometern Größe durch einen solchen Einschlag entsteht. Der jüngste bisher entdeckte Krater dieser Größenordnung ist der rund eine Million JahEinschlagsrisiko von Meteoriten Nuklearer Winter

Weltweites Atomwaffenarsenal

Megatonnen TNT äquivalent

Häufigkeit pro Jahr

10 10

4

10

0

10

0

10

4

8

Jährlich

Tunguska

Revelstoke

Meteor Krater

Alle 1.000 Jahre -4

10

Zhamanshin

Alle 1.000.000 Jahre

K/T -8

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ie Wahrscheinlichkeit eines Impakts nimmt mit zunehmender Meteoritengröße ab, dafür steigt die Zerstörungskraft, die ein solcher Einschlag entfalten könnte

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10

Alle 100.000.000 Jahre

10

0

16

10

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10 Joule

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10

22

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Meteoriten - Gefahr aus dem All

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ie Mondoberfläche ist von zahlreichen Kratern verschiedenen Alters übersät – sie sind wegen fehlender Erosion bis heute gut erhalten

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Kapitel 11

re alte Zhamanshin-Krater in Kasachsthan. Eine Katastrophe globalen Ausmaßes hätte der Einschlag eines Meteoriten von mehr als fünf Kilometern Durchmesser. Ein solcher Impakt ereignete sich vermutlich vor 65 Millionen Jahren, als ein gut zehn Kilometer großer Meteorit vor der Küste Mittelamerikas einschlug. Er hinterließ nicht nur den erst durch Schwerkraftmessungen identifizierten Chicxulub-Krater, sondern war vermutlich auch für das Aussterben der Dinosaurier verantwortlich.

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er Asteroid Ida ist einer der zahlreichen Gesteinsbrocken, die im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter kreisen

Doch glücklicherweise tritt ein solches Ereignis schätzungsweise nur alle 100 Millionen Jahre ein. Die Wahrscheinlichkeit, noch innerhalb des 21. Jahrhunderts von einem solchen Meteoriten getroffen zu werden, liegt daher nach Meinung des NASA-Meteoritenforschers Clark R. Chapman unter eins zu einer Million.

11.2 Deep Impact – Die Folgen eines Einschlags Welche Folgen ein Treffer durch einen Meteoriten von rund einem Kilometer Durchmesser haben kann, zeigt das Nördlinger Ries in Süddeutschland. Lange Zeit wurde vermutet, der mehr als 25 Kilometer weite Krater sei vulkanischen Ursprungs, bis in den sechziger Jahren die amerikanischen Geologen Eugene Shoemaker und Edward Chao das typische Impaktmineral Coesit in der Vertiefung nachwiesen. Inzwischen gehört das Nördlinger Ries zu den am besten untersuchten Meteoritenkratern weltweit.

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er Einschlag eines mehrere Kilometer großen Meteoriten hätte fatale Folgen

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Meteoriten - Gefahr aus dem All

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ine halbkreisförmige Senke auf der Halbinsel Yucatan markiert wahrscheinlich die äußere Grenze des Chicxulubkraters. Die nur drei bis fünf Meter tiefe und rund fünf Kilometer weite Rinne wurde erst vor wenigen Jahren entdeckt und dem Krater zugeordnet

Für seine Entstehung haben die Forscher folgendes Szenario entworfen: Vor rund 15 Millionen Jahren drang ein knapp 1.000 Meter großer Steinmeteorit in die Atmosphäre ein. Der riesige Feuerball traf mit mehr als 40.000 Stundenkilometern auf die Erdoberfläche und bohrte sich tief ins Juragebirge hinein. Einen Kilometer unter der Oberfläche kam er zum Stillstand und explodierte. Gesteinsdampf brach mit einem Druck von zehn Millionen Bar und Temperaturen von 30.000 Grad Celsius nach oben aus und schleuderte geschmolzenes Gestein und Trümmer bis zu 20 Kilometer hoch in die Atmosphäre. Zwanzig Sekunden nach dem Einschlag hatte sich ein Krater von 15 Kilometern Durchmesser und 4,5 Kilometern Tiefe gebildet. Die hochgeschleuderten Gesteinstrümmer fielen auf die Erde zurück und deckten im Umkreis von 50 Kilometern die Erde mit einer 30 bis 40 Meter dicken Trümmerschicht zu, der Krater weitete sich auf 20 bis 25 Kilometer aus. Die bei dieser Katastrophe freigesetzte Energie der Sprengkraft von rund einer Million Hiroshimabomben verwüstete 6.500 Quadratkilometer Land und tötete wahrscheinlich alles Leben im Umkreis von 100 Kilometern.

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er Chicxulubkrater in Yucatan ist an der Oberfläche nicht sichtbar, zeigt sich aber bei Schwerkraft- und Magnetfeldmessungen

Der Einschlag eines mehrere Kilometer großen Meteoriten hätte nicht nur regionale, sondern auch globale Auswirkungen: Modelle von Impaktforschern der NASA zeigen, dass durch den Aufprall zusätzlich rund zehn Milliarden Tonnen Staub und Aerosole in die Atmosphäre geschleudert werden könnten. Diese Partikel würden sich rund um den Erdball verteilen und damit einen Großteil des Sonnenlichts abschirmen. Als Folge könnten die globalen Temperaturen um mehrere Grade fallen. Der dadurch verursachte „kosmische Winter“ würde die Landwirtschaft auf der gesamten Erde über Monate hinweg beeinträchtigen, große Hungersnöte wären die Folge.

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Kapitel 11

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ie Folgen des Meteoriteneinschlags am Ende der Kreidezeit sind deutlich an einer Schicht andersfarbiger Ablagerungen im Bohrkern zu erkennen

Noch heute nachweisbar sind die globalen Folgen des Einschlags eines zehn bis 20 Kilometer großen Meteoriten vor 65 Millionen Jahren. In Bohrkernen aus der ganzen Welt bilden Asche und Staubablagerungen aus dieser Zeit eine deutlich erkennbare Schicht an der Grenze zwischen den Sedimenten der Kreidezeit und des Tertiär. Sind die unmittelbaren Folgen eines Einschlags abgeklungen, bleibt die „Wunde“ in der Erdoberfläche als Krater erhalten. Ein Meteoritenkrater bildet sich zunächst als einfacher Trichter mit hohen Rändern, die von herabstürzenden Gesteinsbrocken jedoch teilweise wieder eingeebnet werden. Die weitere Ausformung des Kraters hängt direkt von seiner Größe ab: Kleinere Krater behalten die einfache schüsselartige Form, bei der das Verhältnis von Tiefe und Durchmesser typischerweise bei 1:5 bis 1:7 liegt. Der Barringer-Krater in Arizona ist mit 1,2 Kilometern Durchmesser und rund 170 Metern Tiefe ein typisches Beispiel für einen solchen einfachen Krater. Bei größeren Meteoriteneinschlägen entstehen komplexere Kraterformen: Der durch die Stoßwellen des Einschlags zusammengepresste Untergrund federt nach und wölbt sich zu einem Zentralberg oder Ring in der Kratermitte auf. Durch die Schwerkraft fallen die anfangs steilen Kraterränder nach innen zusammen, Gestein und Trümmer rutschen weiter nach und erweitern den Kraterdurchmesser zusätz-

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Meteoriten - Gefahr aus dem All

lich. In der Folge entstehen so komplexe Krater mit Zentralerhebung und zum Teil zwei oder mehr zusätzlichen Ringen. Im Vergleich zu einfachen Kratern sind die komplexen Kraterformen deutlich flacher. Das Verhältnis Tiefe zu Durchmesser liegt bei ihnen bei 1:10 bis 1:20. Ein Beispiel für einen komplexen Krater mit Zentralberg ist der 100 Kilometer breite Manicouagan-Krater im kanadischen Quebec. Nach dem Impakt eines Meteoriten vor rund 212 Millionen Jahren soll dort der Untergrund in der Kratermitte sogar zehn Kilometer weit hochgefedert sein. Ab welcher Größe ein Krater komplexe Strukturen bildet, hängt von der Schwerkraft des Planeten ab: Bei höherer Schwerkraft reichen schon kleinere Durchmesser für eine komplexe Struktur aus. Auf der Erde liegt der Grenzwert für komplexe Krater bei rund zwei bis vier Kilometern Durchmesser, auf dem Mond, mit nur einem Sechstel der Erdschwerkraft entstehen komplexe Krater erst ab Durchmessern von 15 bis 20 Kilometern. Impaktforscher haben aus Berechnungen und Modellen eine allgemeine Beziehung zwischen Meteoritengröße, Aufprallgeschwindigkeit und Kratergröße entwickelt. Als Faustregel gilt, dass ein Krater in felsigem Untergrund einen etwa 20mal größeren Durchmesser hat als der Meteorit, der ihn erzeugte. Bei sandigem Untergrund wird ein Teil der Aufschlagsenergie absorbiert, der Krater hat daher nur das Zwölffache der Meteoritengröße. Woran erkennt man, ob ein Krater durch einen Meteoriteneinschlag entstanden ist? Während auf dem Mond geologische Prozesse fehlen, die auf andere Weise Krater entstehen lassen könnten, ist die Zuordnung auf der Erde nicht so einfach. Erosion, Vulkanausbrüche und andere geologische Prozesse lassen Landschaftsformen entstehen, die den Einschlagskratern von Kometen oft gleichen. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts identifizierten Forscher Meteoriteneinschläge als Ursache von irdischen Kratern.

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osses Bluff in Australien gehört zu den komplexen Kratern

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infache und komplexe Meteoritenkrater: Die Grenze zwischen beiden Formen liegt bei etwa zwei bis vier Kilometern Durchmesser

Auswurf Gemisch aus Impaktiten Geborstenes Grundgestein

Einfacher Krater

Auswurf Gemisch aus Impaktiten Geborstenes Grundgestein Zentralerhebung Komplexer Krater

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Kapitel 11

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er Barringer Krater entstand vor etwa 49.000 Jahren als ein 100.000 Tonnen schwerer eisenreicher Meteorit mit etwa 30 Metern Durchmesser in die Wüste Arizonas einschlug. Der Barringer-Krater war der erste, der eindeutig als Meteoritenkrater identifiziert wurde

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er Wall des Manicouagan-Kraters in Quebec/ Kanada ist durch wiederholte Vereisungen und die langanhaltende Erosion abgetragen worden, die Umrisse des ursprünglichen Kraters sind jedoch am ringförmigen See zu erkennen

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er 200 Millionen Jahre alte Aorounga-Einschlagkrater im nördlichen Tschad ist von Sediment bedeckt und teilweise erodiert. Erst im Radarbild wird seine Struktur erkennbar

Wichtige Indizien für einen Meteoriteneinschlag sind, neben einem Krater, auch die Veränderungen, die der Impakt im Untergrund und umgebenden Gestein hinterlässt. Typisches Kennzeichen vieler Einschlagskrater sind beispielsweise glasartig aussehende Gesteinsbrocken, die als Tektite oder Schwarzglas bezeichnet werden. Sie entstehen, wenn Tropfen geschmolzenen silikatreichen Gesteins in höheren Schichten der Atmosphäre so schnell erkalten, dass sich keine Kristallstruktur ausbilden kann. Von den sehr ähnlichen Glassteinen vulkanischen Ursprungs unterscheiden sie sich durch ihren geringen Wassergehalt. Die Druckwellen des Einschlags verändern aber auch die Kristallstruktur von Mineralien, es entstehen charakteristische Muster. Quarzgestein zum Beispiel zeigt dann typische, in alle Richtungen ausgerichtete Streifen. Schlägt ein Meteorit in felsigem Gelände ein, finden sich in der näheren Umgebung des Kraters oft typische keil- oder kegelförmige Gesteinstrümmer, die so genannten Trümmerkegel.

M

eteoritenkrater gibt es überall auf der Erde. Diese Karte zeigt die Lage einiger der bekanntesten und größten Krater weltweit (rechts)

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Ein anderes Indiz für einen Einschlag eines Meteoriten entdeckte der amerikanische Bergbauingenieur Daniel M. Barringer in den zwanziger Jahren: In einem großen, nahezu kreisrunden Krater in Arizona fand er zahlreiche kleine runde Kügelchen, die rostig aussahen und in der Hand zerbröselten. Die von ihm Schieferkugeln getauften Fragmente erwiesen sich bei näherer Untersuchung als ein für Eisenmeteoriten typisches Eisen-Nickel-Gemisch.

Meteoriten - Gefahr aus dem All

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or 290 Millionen Jahren schlugen zwei Meteorite gleichzeitig nahe der Küste der Hudson Bay in Kanada ein. Bei dem größeren Clearwater Lake ist deutlich ein Inselring zu erkennen

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er mit Wasser gefüllte Kara-KulKrater im Pamir-Gebirge nahe der afghanischen Grenze gehört mit einem Alter von „nur“ knapp zehn Millionen Jahren zu den jüngeren Einschlagsrelikten

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ie Vredefort Struktur gilt bislang als der älteste und größte Impaktkrater weltweit. Ihr Gesamtumfang wird auf 300 Kilometer geschätzt, ihr Alter auf rund zwei Milliarden Jahre

ø: 250 km Alter: ~ 1.850 Mio. Jahre ø: 13 km Alter: 100 ± 50 Mio. Jahre

Deep Bay Beaverhead Barringer ø: 1.186 km Alter: 49.000 Jahre

Sudbury

Clearwater Lakes ø: 32 km (Lake West) ø: 22 km (Lake East) Alter: 290 ± 20 Mio. Jahre

Clearwater Lakes

Popigai ø: 100 km Alter: ~ 35,7 Mio. Jahre

Siljan ø: 52 km Alter: ~ 361 Mio. Jahre

Manicouagan

Kara-Kul

ø: ~100 km Alter: 212 ± 1 Mio. Jahre

ø: 45 km Alter: 200 mm). Korrasion Mechanische Schleifwirkung des Sandes an Gesteinsoberflächen. Sie ist neben der Deflation eine Form der Windabtragung.

222

Korrosion Chemische Verwitterungsart, bei der die Lösungsverwitterung und die Kohlensäureverwitterung wirkt (lat.: corrodere = zernagen). Die Lösung von Gesteinen durch Wasser erfolgt aufgrund des Dipolcharakters des Wassers. Dipolmoleküle des Wassers werden an Anionen oder Kationen des Kristallgitters eines Gesteins angelagert und Ionen aus dem Gitter verdrängt und abgeführt, das Gestein wird aufgelöst. Lösungsverwitterung wird z.B. durch CO2 und SO2 im Wasser verstärkt. Kraton Sehr alte Bereiche der Erdkruste. Sie können nicht mehr gefaltet werden und reagieren daher bei tektonischer Beanspruchung mit Brüchen. Die Urkratone oder Schilde sind die ältesten Gebilde der Erdkruste. Beispiele: Skandinavischer Schild. Kriechlawine Langsame Schneelawine, deren Bewegung kaum sichtbar ist. Kriechlawinen haben dennoch eine hohe Zerstörungskraft und können Bäume umreißen oder schlecht gebaute Häuser von ihren Fundamenten drücken. Kruste Siehe ÆErdkruste. Kryosphäre Bereich der Erdoberfläche, in dem durchschnittliche Temperaturen herrschen, die den Gefrierpunkt von Wasser unterschreiten. Kulturlandschaft Vom Menschen beeinflusste Landschaften. Durch die agrarische oder wirtschaftliche Nutzung, die Besiedelung und die Erschließung der Landschaft werden Naturlandschaften zu Kulturlandschaften umgewandelt. Küste Grenzsaum zwischen dem Festland und dem Meer. Nach ihrem Erscheinungsbild werden sie in Steil- und Flachküsten gegliedert. Gezeiten-

abhängige Küstenformen sind die Wattenküste im gemäßigten und die Mangroveküste im tropischen Klima. Während der letzten Kaltzeiten, die vor etwa 10.000 Jahren zu Ende gingen, bildeten sich durch die Wirkung von Gletschern die Fjord-, Schären-, Förden- und Buchten- sowie die Boddenküste. Küstenwüste Küstenwüsten treten an den Westküsten der Kontinente im subtropischen Klima auf. Sie liegen im Einflussbereich von kalten Meeresströmungen (Atacama - Humboldtstrom, Namib - Benguelastrom), die absinkende Luftmassen abkühlen und damit ein Aufsteigen und Abregnen auf dem küstennahen Festland verhindern. Lagerstätten Natürliche Ansammlung von wirtschaftlich nutzbaren und abbauwürdigen Rohstoffen (Minerale, Gesteine, Erdöl, Erdgas oder andere Substanzen). Kleinere Lagerstätten, die aufgrund des technischen Aufwands nicht abgebaut werden, werden als Vorkommen bezeichnet. Lagune Vom Meerwasser abgeschnittene aber noch mit Wasser gefüllte Becken an Küsten und Atollen. Lahar Schlamm- oder Schuttstrom aus wassergesättigtem vulkanischen Material (Pyroklastika) nach einer Eruption. Sie bilden sich, wenn vulkanische Förderprodukte auf einen Fluss oder ein Schneefeld bzw. einen Gletscher treffen. Lahare zählen zu den gefährlichsten vulkanischen Ereignissen. Lakkolith Große Magmamassen, die nicht bis an die Erdoberfläche aufsteigen sondern in geringen Erdtiefen steckenbleiben. An ihrer Unterseite sind sie gerade, da sie in Schichtgrenzen eindringen, diese aufdrücken und sich nach oben hin wölben.

Glossar Landhebung Vertikale Lageveränderung von Erdkrustenbestandteilen. Ursachen für eine Hebung sind plattentektonische Prozesse, wie Gebirgsbildungen, Vulkanismus oder Erdbeben. Landsat Satellitenprogramm der NASA. Zurzeit ist als jüngster Satellit Landsat 7 in der Erdumlaufbahn. Die Satelliten übermitteln hochauflösende Bilder der Erdoberfläche und der Wolkenschichten. Landschaftszonen Gebiete, in denen Ökosysteme zusammengefasst werden. Diese ausgedehnten bis weltumspannenden Bereiche sind vor allem vom Klima abhängig. Lava Glutflüssige Gesteinsschmelze, die bei Vulkanausbrüchen aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche tritt. Temperaturen bis 1.300 °C und Lava-Fontänen mit mehreren 100 m Höhe sind möglich. Lava enthält im Gegensatz zu Magma kaum noch Gasanteile, da diese bei der Eruption eines Vulkans entweichen. Man unterscheidet saure und basische Lava. Saure Lava besitzt einen höheren Gehalt an Siliziumdioxid (SiO2), ist daher zähflüssiger und fließt langsamer als basische Lava. Basische Lava kann Fließgeschwindigkeiten von mehreren m/s erreichen. Lavadom Siehe ÆStaukuppe. Lawine Schnee- und Eisabgänge an Hängen. Unterscheidung von Lockerschneelawinen mit trockenem Schnee und Festschneelawinen mit nassem Schnee. Leeseite Die Leeseite ist die dem Wind abgekehrte Seite. Leitfossil Fossil (Pflanzen,Tiere), das für eine bestimmte Gesteinsschicht oder

zeitliche Einheit charakteristisch ist. Hauptmerkmal der Leitfossilien ist die große räumliche, also horizontale Verbreitung bei geringer zeitlicher, also vertikaler Verbreitung. Aus diesem Grund werden Leitfossile zur Parallelisierung von Gesteinsschichten herangezogen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der geologischen Zeitskala, die anhand von Leitfossilfunden aufgestellt wurde. Lichtjahr Entfernung, die das Licht bei einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s pro Jahr zurücklegt = 9,460528 x 1012 km. Lineareruption Eine Lineareruption ist eine vulkanische Ausbruchstätigkeit, bei der sich die Austrittsstellen von Lava auf einer Linie befinden (Spalteneruption). Die austretende Lava ist sehr dünnflüssig und verteilt sich sehr schnell auf der Fläche. Lithosphäre Die Lithosphäre umfasst die gesamte Erdkruste und die obersten Mantelbereiche. Sie hat eine ungefähre Mächtigkeit von 100 km. Unterhalb der starren Lithosphäre liegt zähplastisches Mantelmaterial, auf dem sich die Lithosphärenplatten langsam bewegen können. Die gesamte Erdoberfläche ist in zwölf große Platten zerbrochen. Die Dichte, Grenzen und Bewegungsrichtungen der einzelnen Platten bestimmen plattentektonische Vorgänge, wie Erdbeben, Gebirgsbildungen und Vulkanismus. Lithosphärenplatten Die Lithosphärenplatten nehmen die gesamte Erdoberfläche ein. Sie umfassen die Erdkruste und Teile des oberen Mantels mit einer Mächtigkeit von bis zu 100 km. Da die Lithosphäre in zwölf große Platten zerbrochen ist und unterhalb der Lithosphäre der Erdmantel teilweise aufgeschmolzen ist, bewegen sich die Platten langsam. Dichte, Grenzen und Bewegungsrichtungen der einzelnen Platten bestimmen

plattentektonische Vorgänge, wie Erdbeben, Gebirgsbildungen und Vulkanismus. Beispiele für Lithosphärenplatten sind: pazifische, nordamerikanische, eurasische, südamerikanische Platte. Lockergestein Lockergesteine sind noch nicht verfestigte (unkonsolidierte) Sedimente oder verwitterte Festgesteine. Lockergesteine werden den Festgesteinen gegenübergestellt. Lockerschneelawine Lawine aus wenig verfestigtem Schnee mit punktförmigem Abriss. Lockerschneelawinen entstehen vor allem aus trockenem kalten Neuschnee. Lockersediment Locker gelagerte, unverfestigte Sedimente. Longitudinalwellen Siehe ÆPrimärwellen. Löss Sehr feinkörniges (0,05 bis 0,01 mm) Sediment, das leicht vom Wind transportiert werden kann. Besitzt einen hohen Kalkanteil (bis 20%). Wird häufig in Kaltzeiten aus vor dem Gletscher liegenden Gebieten (Sander) ausgeblasen und an anderer Stelle wieder abgelagert. Es bilden sich dann Lössdecken, die wie in China mehrere hundert Meter mächtig sein können. Lösungsverwitterung Die Lösung von Gesteinen durch Wasser erfolgt aufgrund des Dipolcharakters des Wassers. Dabei werden die Dipolmoleküle des Wassers an Anionen oder Kationen des Kristallgitters eines Gesteins angelagert. Dadurch werden Ionen aus dem Gitter verdrängt und abgeführt, das Gestein wird aufgelöst. Lösungsverwitterung wird z.B. durch CO2 und SO2 im Wasser verstärkt. Love-Wellen Erdbebenwellen mit hoher Zerstörungskraft. Love-Wellen verformen

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Anhang das Gestein in horizontaler Richtung. Durch ihre oft großen Amplituden gehören diese seitlichen Schwingungen des Bodens zu den zerstörerischsten Wellen eines Bebens, die besonders an Gebäuden enorme Schäden anrichten. Im Gegensatz zu den Primär- und Sekundärwellen setzen sich Love-Wellen nur an der Oberfläche fort. Luftdruck Gewicht der Säule an atmosphärischer Luft, das auf der Erdoberfläche lastet. Der Luftdruck wird in Hektopascal (hPa) angegeben, die Einheit mbar ist veraltet. Der standardisierte Normalluftdruck beträgt 1.013 hPa. Luvseite Die Luvseite ist die dem Wind zugeneigte Seite. Mäander Flussschlingen mit charakteristisch geformten Ufern, den Prall- und Gleithängen. Maar Rundliche, kraterähnliche Hohlform, die durch explosiven Vulkanismus entsteht. In der Hohlform kann sich Wasser sammeln. Magma Glutflüssige Gesteinsschmelze im Erdinneren. Kühlt sich Magma ab, entstehen Erstarrungs- oder magmatische Gesteine. Je nach Chemismus und Abkühlungsgeschwindigkeit des Magmas bilden sich dann unterschiedliche Gesteine (z.B. Basalt, Granit, Trachyt). Dringt Magma bis an die Erdoberfläche, spricht man von Lava. Magmenkammer Magmenkammern liegen innerhalb der Erdkruste und speisen mit ihrem aufgeschmolzenen Gesteinsmaterial die Vulkane. Unter den Mittelozeanischen Rücken liegen die Magmenkammern in Tiefen zwischen 3 und 6 km. Dort sind es die „Quellen“ für die an die Meeresböden aufsteigenden basaltischen Schmelzen.

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Magmatische Gesteine Oberbegriff für alle Gesteine, die aus abgekühltem Magma entstanden sind. Je nach Ort der Abkühlung, unterscheidet man Plutonite (Tiefengesteine), die in der Erdkruste abkühlen, und Vulkanite, die an der Erdoberfläche erstarren. Magmatite werden nach ihren mineralischen Bestandteilen klassifiziert. Dabei muss der Volumenprozentanteil von Quarz, Feldspäten und anderen Mineralen bestimmt werden. Im so genannten Streckeisendiagramm erfolgt darauf die Bestimmung anhand der Mineralverteilung im Gestein. Dem Plutonit Granit steht bei gleicher mineralischer Zusammensetzung der Rhyolith als Vulkanit gegenüber, dem Gabbro (Plutonit) der Basalt (Vulkanit). Je höher der Kieselsäuregehalt (SiO2) magmatischer Gesteine ist, desto heller sind sie (z.B. Granit). Dunkle Magmatite (basische) haben einen geringeren Kieselsäuregehalt (z.B. Peridotit). Magmatismus Unter Magmatismus werden alle geologischen Vorgänge verstanden, die im Zusammenhang mit der Entstehung und dem Aufdringen von Magma stehen. Magmatite Siehe ÆMagmatische Gesteine. Magmenintrusionen Dringt Magma oder fließfähiges Material in andere Gesteinsverbände ein, spricht man von Intrusionen. Magnetfeldmessung Methode zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen. Magmenbewegungen im Inneren eines Vulkans verursachen leichte Hebungen oder Senkungen der Oberfläche. Dabei verändert sich das Magnetfeld, und die Bewegungen der Oberfläche werden von Magnetometern erfasst. Zusammen mit anderen Messmethoden (z.B. Deformationsmessung oder Gasmessung) können Anzeichen einer Eruption rechtzeitig erkannt und Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.

Magnetometer Messinstrument zur Bestimmung magnetischer Felder. Magnetometer werden in der Seismologie zur Überwachung erdbebengefährdeter Störungszonen eingesetzt. Schwankungen im Magnetfeld können Hinweise auf steigende Aktivität oder Spannung im Untergrund geben. Magnitude Die Stärke eines Erdbebens. Sie wird aus dem maximalen Ausschlag eines Seismographen, der Amplitude, und dem Zeitintervall zwischen Eintreffen der Primär- und Sekundärwellen berechnet. Die Werte werden in Magnituden-Skalen, z.B. der Richter-Skala, angegeben. Die Angabe der Intensität eines Erdbebens orientiert sich dagegen an den sichtbaren Auswirkungen. Magnituden-Skala Skalen, mit denen die Stärke oder Magnitude eines Erdbebens angegeben wird. Die bekannteste Magnituden-Skala ist die Richter-Skala. Mangroveküste Tropische Gezeiten- oder Wattküste, deren Vegetation (Mangrove) die Küste besonders durch das Festhalten von Schwebstoffen prägt. Die bis zu 10 m hohen Mangrovewälder mit ihren ausgedehnten Stelzwurzelsystemen sind nicht die Hauptursache für die Bildung der Wattgebiete, beschleunigen aber den Landzuwachs. Marin Marin bedeutet ‚zum Meer gehörend‘, ‚im Meer gebildet‘ oder ‚im Meer lebend‘. Marine Sedimente sind z.B. in den Meeren abgelagerte Sedimente. Marine Abrasion Abtragungswirkung durch die Brandung oder Wellen an Meeresküsten. Maritimität Maritimität bezeichnet relativ ausgeglichene Klimaverhältnisse, meist in Bezug auf Temperaturschwankungen. Durch die gute Speicher-

Glossar fähigkeit für Wärme und die langsame Erwärmung bzw. Abkühlung der Ozeane beeinflussen diese das Klima angrenzender Landmassen. Es kommt zu einer ausgleichenden Wirkung auf die Temperatur. Meist sind sowohl die Windgeschwindigkeiten als auch die Niederschlagsmengen höher als im Inland. Marsch Landschaftstyp, der sich landeinwärts an die Watten anschließt. Durch eine fortwährende Ablagerung der mit den Gezeiten herantransportierten Schwebstoffe liegen die Marschen über dem mittleren Hochwasserniveau. Ein wichtiger Faktor bei der Aufhöhung der Watten zu den Marschen ist die Vegetation: Halophile, salzertragende Pflanzen (z.B. Queller) befestigen den Schlickboden, verringern Strömungsgeschwindigkeiten und tragen somit zum Aufwachsen bei. Bei Sturmfluten kann es sowohl zur beträchtlichen Aufhöhung als auch zu Marschlandverlusten kommen. Durch Landgewinnungsmaßnahmen ist der größte Teil der Marschgebiete in Norddeutschland nicht mehr natürlichen sondern menschlichen Ursprungs. Massenbewegung Sammelbegriff für die hangabwärts gerichtete Bewegung von Gesteinen oder Bodenmaterial. Je nach Art der Bewegung, ihrer Geschwindigkeit und dem Ausgangsmaterial werden unterschiedliche Arten von Massenbewegungen unterschieden, z.B. Bergrutsch, Bergsturz, Schuttlawine oder Schuttrutschung. Massengestein Siehe ÆMagmatische Gesteine. Meeresspiegelanstieg Durch globale Klimaerwärmung verursachtes Ansteigen des Meeresspiegels. Aktuelle Szenarien des IPCC gehen von einem Anstieg zwischen 20 und 86 cm bis zum Jahr 2100 aus, wenn der Ausstoß an Treibhausgasen auf dem heutigen Stand stagniert. Die wesentliche

Ursache für den Anstieg liegt in der Wärmeausdehnung des Wassers. Das Abschmelzen des Eises über polaren Festlandmassen ist ein großer Unsicherheitsfaktor in den Prognosen.

rungsproduktion, da ein einzelnes Rind bis zu 300 l Methan pro Tag abgeben kann. Methan wird aber auch bei Brandrodungen und aus Mülldeponien sowie schadhaften Erdgasleitungen freigesetzt.

Mercalli-Skala Zwölfstufige Skala zur Angabe der Intensität eines Erdbebens. Sie wurde 1902 von Guiseppe Mercalli entwickelt und später modifiziert. Die Skala basiert auf den Auswirkungen der Erschütterungen, wie z.B. Schäden an Bauwerken, Veränderungen der Landoberfläche und auf subjektiven Berichten von Beobachtern. Jedem Beben kann dadurch auch ohne Messinstrumente eine Intensität zugewiesen werden. Im Gegensatz dazu steht die Magnitude eines Bebens (z.B. Richter-Skala), die auf physikalisch messbaren Parametern beruht.

Mikrobeben Erdbeben, die lediglich von Messinstrumenten registriert werden, aber auf der Erdoberfläche kaum spürbar sind.

Meridian Der Meridian verbindet im Gradnetz der Erde die geographischen Pole miteinander. Meteorit Meteoriten sind Himmelskörper, die die Erdatmosphäre durchdringen und bis zur Erdoberfläche gelangen. Sie sind im Gegensatz zu Kometen, die aus Stäuben und Eis bestehen, aus Gesteinen oder Eisen aufgebaut. Meteorologie Wissenschaft von den physikalischen Vorgängen in der Erdatmosphäre. Die Meteorologie befasst sich im Wesentlichen mit den Ursachen und Eigenschaften des Wettergeschehens und seinen Wechselwirkungen auf der Erde. Im Gegensatz zur Klimatologie stehen dabei kurzfristigere Betrachtungszeiträume im Vordergrund. Methan Gasförmiger und brennbarer Kohlenwasserstoff (CH4). Methan wird zu den Treibhausgasen gerechnet, sein Treibhauspotenzial ist 21fach höher als das von Kohlendioxid. Eine der wichtigsten Quellen ist die Nah-

Milankovitch-Zyklus Der serbische Mathematiker Milankovitch berechnete 1930 Abweichungen der Erdbahn und Veränderungen der Erdneigung (Obliquität). Drei Prozesse, die Exzentrizität, die Präzession und Obliquität finden demzufolge in einem bestimmten Rhythmus statt. Die Veränderungen führen zu Schwankungen der Sonneneinstrahlung auf der Erde und sind damit ein Teilprozess der Entstehung von Vereisungen. Mineral Minerale sind anorganische, natürlich gebildete Festkörper der Erdkruste. Sie besitzen eine spezielle chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur. Mineralogie Mineralogie ist die Lehre von den Mineralien. Diese Wissenschaft untersucht die Entstehung, Strukturen, Formen und Zusammensetzung von Mineralien. Mittellauf Mittlerer Abschnitt eines Fließgewässers. Große Fließgewässer werden sehr grob in Ober-, Mittel- und Unterlauf eingeteilt. Der Mittellauf eines mitteleuropäischen Flusses zeichnet sich durch eine mäßige Fließgeschwindigkeit, mittleren Sauerstoffgehalt, Temperaturen zwischen ungefähr 10 bis 18 °C und sandig-kiesigen Untergrund aus. Mittelozeanischer Rücken Ein Mittelozeanischer Rücken ist eine großräumige, lang gestreckte Struktur am Meeresboden. Die Ge-

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Anhang samtlänge kann zwischen 200 und 20.000 km betragen. Mittelozeanische Rücken findet man an divergierenden Plattengrenzen, an denen zwei Platten auseinander driften, da hier ständig neue ozeanische Kruste gebildet wird (Seafloor-spreading, Plattentektonik). MM-Skala Siehe ÆMercalli-Skala. Mofetten Als Mofette bezeichnet man die Kohlendioxid-Aushauchung eines Vulkans. Mofetten findet man in altvulkanischen Gebieten (z.B. Eifel). Das austretende Kohlendioxid kann sich auch mit Wasser verbinden und an einer Quelle als Säuerling austreten. Monsun Windsystem in Süd- und Südostasien mit halbjährlichem Wechsel der vorherrschenden Windrichtung. Monsune haben ihre Ursachen sowohl in dem jahreszeitlichen Wechsel der innerasiatischen Luftdruckverhältnisse als auch in der jahreszeitlichen Verschiebung der globalen Windsysteme. Der sommerliche Südwest-Monsun bringt den betroffenen Ländern erhebliche Niederschläge und verursacht z.B. in Bangladesch regelmäßig Hochwasserkatastrophen. Moor Gebiete, in denen eine Torfbildung stattgefunden hat oder stattfindet. Durch hohe Grundwasserstände, abfließendes Hang- und Quellwasser oder sehr hohe Niederschläge ist der Untergrund von Moorgebieten langanhaltend bis an die Erdoberfläche durchfeuchtet. Abgestorbene Pflanzen werden unter den im Wasser herrschenden sauerstofffreien Bedingungen nur langsam abgebaut und es bildet sich Torf. Nach der Wasserspeisung unterscheidet man Nieder-, Übergangs- und Hochmoore. In der Bodenkunde werden Böden mit einem organischen Anteil von mehr als 30 Prozent und mehr als 30 Zentimeter Dicke des

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organischen Horizontes als Moorböden bezeichnet. Morphologie Morphologie ist die Lehre von der äußeren Gestalt von Körpern oder Formen. Mure Wenn sich nach Starkregen oder der Schneeschmelze wasserdurchtränkte Schuttmassen in Bewegung setzen, spricht man von Muren oder Murgängen. Diese breiartigen Schuttströme haben in Hochgebirgen teilweise verheerende Auswirkungen. Muren besitzen durch ihre große Masse und Geschwindigkeit von 300 km/h eine ungeheure Zerstörungskraft. Naturkatastrophen Außergewöhnliche Naturereignisse, wie z.B. Erdbeben, Vulkanausbrüche, Dürren oder Meteoriteneinschläge. Zu einer Katastrophe werden sie durch die beträchtlichen Folgen in Bezug auf Menschenopfer und direkte Sachschäden. Naturlandschaft Gebiete, die wenig oder gar nicht vom Menschen beeinflusst werden. Sie stehen den Kulturlandschaften gegenüber. Neigungsmesser Siehe ÆKlinometer. Niederschlag Sammelbezeichnung für Wasser, welches in flüssiger oder fester Form aus der Atmosphäre auf die Erdoberfläche gelangt (Regen, Schnee, Hagel oder Tau). Niedrigwasser Niedrigster Wasserstand an einem Fließgewässer. An den Meeren ist das Niedrigwasser der niedrigste Wasserstand, der bei Ebbe auftritt. Nipptide Gezeiten mit relativ geringem Unterschied des Wasserstandes zwischen Niedrigwasser und Hochwasser. Wenn Sonne, Mond und Erde

nicht in einer Linie, sondern in Quadratur stehen (erstes und letztes Mondviertel), gibt es die Nipptiden. Nival Vom Schnee beeinflusst. Z.B.: Nivales Klima = Klima mit vorherrschenden Schneefällen, nivale Stufe = Höhenstufe in Gebirgen, die durch Schnee und Eis geprägt wird. Normalnull Bezugsgröße für Höhenangaben, die auf der mittleren Höhe des Meeresspiegels (NN) basiert. Nullmeridian Der Nullmeridian ist der Längenkreis, von welchem die Zählung der Längenkreise beginnt. Er verläuft durch die englische Stadt Greenwich bei London. Seit 1911 ist der Nullmeridian international gültig. Oase Oasen besitzen im Vergleich zur umgebenden Wüste eine bessere Wasserversorgung durch höhere Grundwasserspiegel oder Quellen und dadurch ein größeres Pflanzenwachstum. Oberboden Der Oberboden (A-Horizont) ist der oberste mineralische und mit organischer Substanz (Humus) vermischte Horizont eines Bodens. Im Gegensatz zu Schichten, die durch geologische Vorgänge entstehen, spricht man bei Böden von Horizonten. Diese sind durch die Bodenbildung meist einheitlich ausgebildete und parallel zur Oberfläche verlaufende Bereiche der Böden. Oberlauf Oberer Abschnitt eines Fließgewässers. Große Fließgewässer werden sehr grob in Ober-, Mittel- und Unterlauf eingeteilt. Der Oberlauf eines mitteleuropäischen Flusses (z.B. Rhein) zeichnet sich durch hohe Fließgeschwindigkeit, hohen Sauerstoffgehalt, Temperaturen zwischen ungefähr 5 bis 10 °C und einen gerölligen oder schotterigen Untergrund aus.

Glossar Offshore-Bereich Offshore-Bereiche (engl. = küstennah) bezeichnen Gebiete, die in einiger Entfernung von der Küste, aber noch im relativ flachen Wasser des Kontinentalschelfs liegen. Für die Energieversorgung haben diese Areale eine besondere Bedeutung. Weit über ein Drittel der weltweiten Ölreserven liegen in den Schelfbereichen. Die Offshore-Bereiche sollen auch verstärkt als Standort für Windkraftanlagen genutzt werden.

zessen erklärt. Folgende Typen der Gebirgsbildung werden unterschieden: Inselbogen-Typ, Andiner Typ, Kollisions-Typ.

im Bereich der ozeanischen Platten der Erdoberfläche am nächsten. Die ozeanische Kruste erreicht eine Mächtigkeit von 5 bis 10 km.

Os Ablagerungen aus geschichteten Kiesen, die ähnlich Bahndämmen mit Längen von mehr als 100 Kilometern in ehemalig vereisten Gebieten liegen. Sie entstehen als Schmelzwasserablagerungen unter dem Eis.

P-Wellen Siehe ÆPrimärwellen.

Ökosystem Funktionelle Einheit aus einem Lebensraum und den darin lebenden Organismen. In einem Ökosystem bilden alle biotischen (lebende Bestandteile) und abiotischen (nichtlebende Bestandteile) Faktoren ein zusammenwirkendes Gefüge.

Oxidation Bei der Verwitterung durch Oxidation werden z.B. Eisen und Mangan durch die Aufnahme von Sauerstoff von ihrer zwei- in die dreiwertige Form gebracht. Durch O- und OHAnlagerungen bei Anwesenheit von Wasser kommt es zu Volumenvergrößerungen und damit zur Gesteinslockerung.

Ölschiefer Verfestigte Tonsteine (Sedimentgestein), die einen hohen Gehalt an Bitumen besitzen. Bitumen ist ein natürlicher aus organischen Stoffen entstehender brennbarer Stoff. Aufgrund des Bitumengehaltes werden Ölschiefer zur Erdölproduktion genutzt. Organische Böden Organische Böden bestehen vollständig oder zu einem großen Teil aus organischen Substanzen (z.B. Pflanzenreste). Es sind vor allem die Moore (Niedermoore, Hochmoore), die den organischen Böden zugerechnet werden. Orkan Bezeichnung für einen Wind der Stärke 12 (Beaufort-Skala). Orogenese Orogenesen ( ÆGebirgsbildungen) sind Gesteinsdeformationen, bei denen Falten- und Bruchtektonik auftreten und hohe Gebirge gebildet werden. Die Lagerungsverhältnisse der Gesteine werden bei diesem geologisch gesehen schnell ablaufenden Prozess völlig verändert. Der Ablauf von Gebirgsbildungen wird heute mit plattentektonischen Pro-

Ozean-Kontinent-Kollision, Bewegen sich ein ozeanischer und ein kontinentaler Erdkrustenbestandteil (Lithosphärenplatten) aufeinander zu, kommt es zu einer Ozean-Kontinent-Kollision bzw. zur Gebirgsbildung nach dem AndinenTyp. Ozeanische und kontinentale Erdkrusten unterscheiden sich in ihrer Dichte. Da die ozeanische Kruste schwerer ist, wird sie, wenn sie sich in Richtung einer kontinentalen Platte bewegt, untergetaucht oder subduziert. Die Platte wird in größeren Tiefen aufgeschmolzen und Magma steigt auf: Es entstehen auf der kontinentalen Platte Vulkane. Zudem setzen Verformungen und Faltungen der Gesteine ein und Berge wölben sich auf. Ein typisches Beispiel für diesen Gebirgsbildungstyp sind die südamerikanischen Anden. Ozeanische Kruste Bestandteil der Erdkruste. Im Gegensatz zur kontinentalen Kruste ist die ozeanische Kruste wesentlich dünner und schwerer. Die Dichte der ozeanischen Kruste beträgt 3,0 bis 3,1 g/cm3 (kontinentale K. 2,7 bis 2,8 g/cm3). Der Erdmantel kommt

Paläogeographie Die Paläogeographie untersucht die in geologischen Zeiträumen aufgetretenen Verteilungen von Land und Meer sowie die Entwicklung der Kontinente. Sie befasst sich mit dem geologisch-morphologischen Erscheinungsbild der Erde in der Erdgeschichte. Paläoklimatologie Wissenschaft von der Klimageschichte der Erde, die anhand von fossilen Klimazeugen das Klimageschehen der Vergangenheit rekonstruiert. Paläomagnetismus Der in Gesteinen erhalten gebliebene vorzeitliche Magnetismus. Wenn Gesteine entstehen, z.B. bei der Abkühlung von Lava, richten sich bestimmte Minerale und Atomgruppen in den Gesteinen nach dem aktuellen Magnetfeld aus. Da sich das Erdmagnetfeld oft umpolte, haben in unterschiedlichen Zeiten gebildete Gesteine auch eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung, die über Jahrmillionen in den Gesteinen erhalten bleibt (remanenter Magnetismus). Anhand von Bestimmungen der Magnetisierungsrichtung und der Altersbestimmung von Gesteinen wurde eine Zeitskala der magnetischen Umpolungen erstellt. Paläontologie Wissenschaft von den pflanzlichen und tierischen Organismen der erdgeschichtlichen Vergangenheit. Fossilien sind das Studienmaterial der Paläontologie. Pangäa Bezeichnung für einen Urkontinent, der alle heutigen Kontinente vereinigte. Durch ein sich in der Mitte

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Anhang entwickelndes Meer (Tethys) zerfiel Pangaea in das nördliche Laurasia und das südliche Gondwanaland. Beginn der Bildung Pangäas Ende des Karbon, Auflösung im Jura. Passat Ganzjährig wehender, mäßiger Wind über den tropischen Ozeanen. Auf der Nordhalbkugel weht er aus nordöstlicher Richtung zum Äquator, auf der Südhalbkugel aus südöstlicher Richtung (Corioliskraft). Passate sind trockene, niederschlagsfeindliche Winde, die zur Bildung von Wüsten führen. Passatwüste Wüsten im Einflussbereich der Passatwinde. Da diese beständigen Winde keine ausreichenden Niederschläge bringen, bilden sich in diesen Regionen Wüsten. Pazifischer Feuerring Die pazifische Kontinentalplatte wird überwiegend von Subduktionszonen begrenzt. An diesen Plattengrenzen wird die pazifische Platte in tiefere Bereiche der Erde geschoben und dabei aufgeschmolzen. Es kommt zum Vulkanismus und zu Erdbeben. Die Form der pazifischen Platte zeichnet sich im pazifischen Feuerring ab - dort treten der Plattengrenze folgend Vulkane auf. Pegel Der Wasserstand eines Gewässers. Wird mit einer Messlatte oder einem Schwimmer bestimmt. Pedogenese Die Bodenbildung umfasst Prozesse, die zur Entstehung und/oder Weiterentwicklung von Böden führen. Faktoren, die die Bodenbildung beeinflussen sind: Ausgangsgestein, Klima, Vegetation, Tierwelt, Wasser und auch die Zeit. Pedosphäre Fester Teil der Erdoberfläche, wo sich Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre gegenseitig beeinflussen und Prozesse der Bodenbildung ablaufen.

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Periglazial Der Begriff Periglazial wird im allgemeinen für Prozesse, Orts- und Zeitbeschreibungen im Zusammenhang mit dem eisfreien Gletscherumland verwendet. Weiter gefasst beschreibt periglazial aber auch Klimaregionen mit häufigem Frost und Frostwechsel. Zu den periglazialen Bildungen gehören z.B. die Solifluktion, Frostsprengung, die Erosion von Schmelzwässern oder die ausblasende Wirkung des Windes. Perihel Der sonnennächste Punkt der Erde auf ihrer elliptischen Bahn um die Sonne. Wird am 3. Januar jeden Jahres erreicht. Der Punkt der größten Sonnenferne ist der Aphel. Permafrost Permafrost tritt vor allem in polaren Regionen auf, wo die Temperaturen nicht ausreichen, mehr als die obersten Bodenschichten aufzutauen. Die Böden sind die meiste Zeit des Jahres gefroren, nur in den Sommermonaten tauen einige Dezimeter bis wenige Meter des dann stark vernässten Bodens auf. Permafrostboden Böden, vor allem in polaren Regionen (Permafrostgebiete), die ständig gefroren sind und in den wärmeren Monaten nur oberflächlich bis wenige m tief auftauen. Da das Eis im Untergrund die Versickerung des Auftauwassers verhindert, sind die Böden dann stark vernässt und schlammig. In Hanglagen neigen Permafrostböden zur Solifluktion. Permafrostgebiete Gebiete, in denen der Untergrund während des ganzen Jahres gefroren ist. Sie liegen in den polaren Klimaten, in Nordamerika etwa auf der Höhe des nördlichen Polarkreises (etwa 66,5 °), auf dem eurasischen Kontinent dank des Golfstroms stellenweise weit darüber hinaus. Phreatomagmatische Eruption Explosiver Eruptionstyp, für den Wasser im Untergrund oder an der

Oberfläche vorhanden sein muss. Bei diesem durch den Kontakt von heißer Magma mit Wasser hochexplosiven vulkanischen Ereignis können Dampf, Wasser, Asche und Gesteinsbrocken kilometerhoch in die Atmosphäre geschleudert werden. Ein Beispiel ist der Ausbruch des Krakatau im Jahre 1883 (‚Krakatau-Typ‘). Physische Geographie Teilgebiet der Allgemeinen Geographie. Die Wissenschaft Geographie befasst sich mit den Erscheinungen der Erdhülle in ihrem räumlichen Gefüge, ihren örtlichen Verschiedenheiten, zeitlichen Veränderungen und ursächlichen Wechselbeziehungen. Die physische Geographie legt dabei den Schwerpunkt auf die belebte (biotische) und unbelebte (abiotische) Umwelt mit folgenden Faktoren: Gesteine und Böden, Relief, Klima, Pflanzen- und Tierwelt und Wasser. Pillow-Lava Die Pillow- oder Kissen-Lava ist eine spezielle Form der Lava, die im Wasser erstarrt. Durch eine schnelle Abkühlung im Wasser entstehen etwa 1 m große kissen- oder blasenartige Strukturen mit glatter Oberfläche. Pillow-Laven bilden sich vornehmlich im Bereich Mittelozeanischer Rücken. Pilzfelsen Häufig isoliert stehende Felsen, deren Basis durch die Schleifwirkung des Windes in ariden Gebieten dünner geschliffen wurde als die überhängenden Felsbereiche. Pingo Rundliche Einsenkungen im Erdboden, die durch das Ausschmelzen von Eis während der letzten ausgehenden Kaltzeit entstanden. Plateaubasalte Plateaubasalte (auch: Trapp) sind mächtige, basaltische und vor allem flächenhafte Lavaergüsse, die aus Vulkanspalten austreten. Da die Lava sehr dünnflüssig ist, baut sie

Glossar keine symmetrischen Kegel auf, sondern sie überdeckt das bestehende Relief. Infolge einer Aufeinanderlagerung mehrerer horizontaler Ergüsse ist der Plateaubasalt, der Ausdehnungen von mehreren 100 km2 besitzen kann, in mehr oder weniger dünne Schichten gegliedert. Beispiele von Plateaubasalten: Dekkan Trapp/Indien, ColumbiaPlateau/Oregon, Island. Platte Siehe ÆLithosphärenplatten. Plattenbewegung Bewegung der Kontinentalplatten durch Strömungsvorgänge im zähflüssigen Erdmantel. Die Plattenbewegung ist Bestandteil der Plattentektonik-Theorie. Plattengrenze Eine Plattengrenze kennzeichnet den Übergangsbereich von einer Kontinentalplatte zu einer anderen. Hier kommt es zu Spannungen und Reibungen, die sich durch Erdbeben und Vulkanismus entladen. Es gibt konvergierende Plattengrenzen (Platten bewegen sich aufeinander zu), divergierende Plattengrenzen (Platten bewegen sich voneinander weg) und konservative Plattengrenzen (Platten gleiten aneinander vorbei). Plattentektonik Auf der Lehre der Kontinentalverschiebung und der Unterströmung basierende Theorie über den Krustenbau der Erde und die Entstehung und Verlagerung der Kontinente und Weltmeere. Grundlage hierfür ist die Aufgliederung der festen Erdoberfläche in große, weitgehend starre Platten und deren allmähliche passive Wanderung als Folge von Strömungsvorgängen im Erdmantel. Begleitende Prozesse sind u.a. die Meeresbodenspreizung, Vulkanismus und Erdbebenaktivitäten. Pleistozän Geologischer Zeitabschnitt (Epoche). Teil des Quartärs. Das Pleistozän, das vor etwa 1,8 Mio. Jahren

beginnt, ist geprägt durch starke weltweite Temperaturrückgänge. In den Kaltzeiten (Glazialen) ist es zu Gletschervorstößen von Skandinavien aus bis nach Mitteleuropa und zur Vergletscherung der Alpen gekommen. Die Eisdicke über Skandinavien betrug weit über 2.500 m. Weltweite Vereisungen (u.a. in Nordamerika, Asien, Nordschottland). Die Kaltzeiten mit Temperaturen bis zu 15 °C unter den heutigen wurden von wärmeren Phasen, den Interglazialen, unterbrochen. Da enorme Wassermengen im Gletschereis festgelegt waren, lagen die Meeresspiegelstände bis zu 150 m tiefer als heute. Ablagerungen aus dem Quartär haben weltweit die größte Verbreitung. Plutonium In der Natur nicht vorkommendes, radioaktives chemisches Element (Symbol Pu, Ordnungszahl 94). Plutonium entsteht in Kernkraftwerken und bei Atombombenexplosionen. Es ist extrem Krebs erzeugend und hochgiftig. Polder Polder sind eingedeichte Gebiete in Meeresnähe oder in überschwemmungsgefährdeten Niederungen. Pollenanalyse Anhand von Pollenanalysen wird versucht die Vegetations- und damit auch die Klimaverhältnisse der Vorzeit, besonders der letzten geologischen Epoche, zu ermitteln. Die in Sedimenten, Böden, Mooren oder Torfen konservierten Pollen werden dafür aus dem umlagernden Material freigelegt, ihre Art bestimmt und die Mengenverhältnisse ermittelt. In Pollendiagrammen werden die Pollenzahlen einzelner Arten im Vergleich zur Gesamtpollenzahl aufgetragen. Das Auffinden bestimmter Pollenarten und ihrer Menge liefert Anhaltspunkte für die ehemaligen Vegetations- und Klimaverhältnisse. Beispiel: Massenausbreitung der Hasel in einer Warmzeit (Boreal, 9.000 bis 7.500 Jahre vor heute).

Ponor Schluckloch im Karst, in dem das Wasser eines Flusses oder Sees in unterirdischen Hohlräumen verschwindet (auch: Flussschwinde). Oft fließt das Wasser dann unterirdisch mehrere km weiter, bevor es an einer Quelle wieder an die Oberfläche gelangt. Postglazial Das Postglazial (oder Holozän) umfasst die vor 10.000 Jahren beginnende und damit letzte geologische Epoche, in der wir uns auch heute noch befinden. Das auf die so genannte „Eiszeit“ folgende Postglazial ist durch eine zunehmende Klimaerwärmung, den endgültigen Rückzug der Inlandeismassen und eine Wiederbesiedlung vorher eisbedeckter Gebiete gekennzeichnet. Oft wird der Begriff postglazial auch adjektivisch für „nacheiszeitlich“ verwendet. Präglazial Das Präglazial bezeichnet Zeitabschnitte vor Eis- oder Kaltzeiten. Wird auch adjektivisch für „voreiszeitlich“ verwendet. Präzession Die Präzession bezeichnet eine kreiselartige Bewegung der Erdachse. Eine volle Umdrehung dieser „Trudelbewegung“ dauert zwischen 19.000 und 23.000 Jahren. Die Präzession hat nur eine Auswirkung auf die Stellung der Erdachse, nicht auf die Neigung. In Kombination mit der Exzentrizität und Veränderungen der Erdachsenneigung wird das globale Klima beeinflusst. Primärwald Natürliche Waldvegetation vor jeglichem Einfluss durch den Menschen (Urwald). Nach einer Rodung kann sich selbst bei völliger Unterbindung menschlicher Einflüsse nur ein dem Primärwald ähnlicher Sekundärwald bilden. Primärwellen Die sich am schnellsten (6 bis 13 km/ s) ausbreitenden Erdbebenwellen.

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Anhang Bei den Primärwellen schwingen die Gesteinspartikel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, das Gestein wird wechselweise komprimiert und gedehnt. Sie können sich in Flüssigkeiten und fester Materie gleichermaßen fortpflanzen, richten aber meistens keine großen Zerstörungen an. Nach den Primär- folgen die Sekundärwellen. Pseudotektonik Gesteinsbewegungen, die nicht durch endogene Prozesse entstanden sind. Endogene oder (innenbürtige) Prozesse werden durch „Kräfte“ aus dem Erdinneren gesteuert, wie z.B. Magmaströmungen. Zur Pseudotektonik werden u.a. Gesteinsdeformationen durch Gletscher, Einstürze von Dolinen oder die Salztektonik gezählt. Pyroklastika Vulkanische Förderprodukte aus Aschen und Gesteinstrümmern. Sie entstehen vorwiegend bei explosiven Eruptionen. Sie können als pyroklastischer Strom in einer Glutwolke zu Tal stürzen. Pyroklastischer Strom Glutwolke aus heißen vulkanischen Gasen, Aschen und Gesteinsbruchstücken, die bei einer Eruption ähnlich einer Lawine mit hoher Geschwindigkeit talwärts fließt. Handelt es sich nur um heiße Asche, spricht man auch von einem vulkanischen Aschenstrom. Radioaktive Elemente Elemente, deren Atomkerne die Eigenschaft haben, ohne äußere Einwirkung und unter Abgabe von Teilchen und Strahlung zu zerfallen. Beispiele sind Radon, Radium und Uran. Von nichtradioaktiven Elementen können auch radioaktive Isotope existieren, z.B. das für die Radiokarbonmethode relevante Kohlenstoffisotop C14. Radioaktiver Zerfall Eine auch Radioaktivität genannte Eigenschaft schwerer Elemente. Diese geben wegen der zunehmen-

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den Instabilität ihres Atomkerns Elementarteilchen ab und verändern ihre atomare Zusammensetzung. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form von Teilchen und Strahlung (Kernstrahlung) abgegeben. Radioaktivität Siehe Æradioaktiver Zerfall. Radiokarbonmethode Siehe ÆC14-Methode. Radionuklid Instabile Atomart, die ohne äußere Einwirkungen unter Strahlungsabgabe zerfällt (Radioaktivität). Radionuklide werden auch Radioisotope genannt. Randgebirge Schollengebirge sind durch Verwerfungen umgrenzte Bestandteile der Erdkruste, die im Ganzen durch tektonische Prozesse angehoben wurden (z.B. Rheinisches Schiefergebirge, Harz). Randmeer Vom offenen Ozean durch Inseln oder Inselketten umrahmte, den Kontinenten naheliegende Meeresbereiche (z.B. Nordsee). Binnenmeere hingegen (Ostsee, Mittelmeer) werden fast allseitig vom offenen Ozean abgetrennt. Randwüste Als Randwüste (auch: Halbwüste) wird oft das Übergangsgebiet von der Steppe zur Wüste bezeichnet. Randwüsten zeichnen sich durch eine spärliche Vegetation (kleine Sträucher, Büschelgräser) und wenig Niederschlag aus. Im Gegensatz zu Kern- und Vollwüsten, die die inneren Bereiche der Wüsten beschreiben, besitzen die in den Außenbereichen liegenden Randwüsten jedoch mehr Niederschläge. Rayleigh-Wellen Erdbebenwellen mit hoher Zerstörungskraft. Während einer Rayleigh-Welle bewegen sich die Gesteinspartikel elliptisch auf einer vertikalen Ebene. Sie sind die Ur-

sache für das bei einem Erdbeben typische Rollen des Bodens. Die Bodenschwingungen sind mit einer Wellengruppe vergleichbar, die über eine Wasseroberfläche läuft. Im Gegensatz zu den Primär- und Sekundärwellen setzen sich RayleighWellen nur an der Oberfläche fort. Reg Geröllwüste. Sie bezeichnet einen ähnlichen Landschaftstyp wie die algerische Serir. Regenwald Bezeichnet das Waldökosystem oder die Vegetationsform der immerfeuchten Tropen mit Niederschlägen von mehr als 2.000 mm/ Jahr und Jahresmitteltemperaturen von mehr als 18 °C. Der Regenwald besitzt einen enormen Reichtum an Tier- und Pflanzenarten. Charakteristisch ist der Stockwerkaufbau dieser Wälder (Baumriesen bis über 50 m). Regenwälder nehmen etwa ein Drittel der weltweiten Waldflächen ein. Regression Zurückweichen eines Meeres aus überfluteten kontinentalen Gebieten. Das Zurückweichen wird entweder durch eine Hebung des Landes oder durch globale Wasserhaushaltsänderungen hervorgerufen. Relief Bezeichnet die Oberflächengestalt der Erde einschließlich der Meeresböden. Reliefenergie Häufig verwendeter Ausdruck zur Beschreibung von Höhendifferenzen oder Hangneigungen einer Landschaft. Hochgebirge haben eine hohe, Ebenen eine niedrige Reliefenergie. Sie entscheidet u.a. über das Ausmaß der Abtragung, denn je steiler ein Hang ist, desto größer ist die mögliche Abtragung. Reliktformen Formen, die unter anderen Klimabedingungen als heute gebildet wurden.

Glossar Renaturierung Künstliche Wiederherstellung eines annähernd naturnahen Zustands von Fließgewässern oder Flächen (z.B. Tagebaue). Ressourcen Bezeichnet die weltweite Gesamtmenge eines bestimmten Rohstoffes einschließlich noch nicht entdeckter Lagerstätten. Retention Zurückhalten von Niederschlagswasser. Durch die Speicherung in Böden, Pflanzen oder Seen wird der Abfluss verringert und somit eine mögliche Hochwasserwelle abgeschwächt. Auen sind natürliche Retentionsflächen. Richter-Skala Die nach dem amerikanischen Seismologen genannte Richter-Skala gibt die Stärke (Magnitude) eines Erdbebens an. Sie wird aus dem Maximalausschlag von Seismographen und der Entfernung zum Erdbebenherd berechnet. Der höchste bisher gemessene Wert auf der nach oben offenen Skala betrug 8,6. Obwohl die Richter-Magnitude nach wie vor in der Öffentlichkeit und in den Medien sehr verbreitet ist, wird diese Skala in der seismologischen Forschung kaum noch verwendet. Riedel Schlanker, kleinerer Landrücken zwischen zwei Tälern. Riff Ein Riff entsteht durch Ablagerung koloniebildender Meeresorganismen (z.B. Korallen). Riffe reichen bis nahe an oder bis über die Meeresoberfläche (Atoll) und entstehen vorwiegend in warmen, tropischen Gewässern. Riftzone Bereiche, an denen tektonische Verschiebungen von Gesteinsschollen stattfinden. Es sind Senken, die sehr viel länger als breit sind. Ihre Bildung steht mit der Plattentektonik in Verbindung.

Rippelmarke Kleine, im Zentimeterbereich liegende Sandwälle, die unter Wasser und an Land entstehen. Rippeln verlaufen mehr oder weniger parallel zueinander, ihre Rücken liegen quer zur Wind- oder Strömungsrichtung. Rippelmarken am Meer besitzen eine symmetrische, die in Dünengebieten oder Flüssläufen eine asymmetrische Form. Anhand der Form fossiler Rippel z.B. im Sanstein werden die Ablagerungsbedingungen (marin oder terrestrisch) bestimmt. Rücken Unscharfer Begriff für Erhebungen mit größerer Länge als Breite und einer oft abgerundeten Form auf dem Festland (z.B. Bergrücken). Begriff wird auch für die lang gestreckten Ozeanspreizungszonen verwendet (Mittelozeanische Rücken). Rumpffläche Mehr oder weniger ebene, leicht gewellte Flächen. Unabhängig von Faltungen, Brüchen und Verwerfungen bilden sich diese Flächen in einem wechselfeuchten Klima mit intensiver Verwitterung. Da sich der innere Bau eines Gebirges mit Rumpfflächen nicht an der Landoberfläche abzeichnet, spricht man von einer Skulpturform. Rumpftreppe Rumpftreppen schließen sich an Außenrändern von ebenen Rumpfflächen an. Die einzelnen Rumpfstufen, die die Treppe bilden, werden u.a. aufgrund von Abtragungsvorgängen oder Gesteinsunterschieden herausgebildet. Für die Ausbildung eines stufigen Reliefs müssen mindestens zwei Voraussetzungen erfüllt sein. Erstens muss zur Bildung der ebenen Rumpffläche eine starke Verwitterung stattfinden (wechselfeuchtes Klima). Zweitens muss das Gebirge schrittweise angehoben werden. Rundhöcker Längliche Hügel aus Fels, an denen deutlich die Spuren einer Gletscherüberfahrung durch Schrammen zu

erkennen ist (auch die Richtung des Gletschervorstoßes). Vorkommen z.B. Hochlagen der Alpen. Wird eine Rundhöckerlandschaft (großflächiges Auftreten der Rundhöcker) vom Meer eingenommen, spricht man von einer Schärenküste. Durch den Meeresspiegelanstieg nach den Kaltzeiten sind diese Rundhöcker heute als Felseninseln oder Schären der Küste vorgelagert. Rutschung Rutschungen von Gesteinsmassen verlaufen im Gegensatz zu Stürzen (Bergsturz) eher gleitend als stürzend und die Gesteinsmassen bleiben während der Bewegung im Zusammenhang. Besonders auf tonigen Schichten und bei starker Durchfeuchtung beginnen Gesteinsblöcke und Böden im Verbund zu gleiten. S-Wellen Siehe ÆSekundärwellen. Saffir-Simpson-Skala Fünfstufige Skala zur Angabe der Stärke und Windgeschwindigkeit eines Hurrikans. Sie reicht von Kategorie 1 (sehr schwach) mit Windgeschwindigkeiten um die 120 km/h bis zu Kategorie 5 (verwüstend) mit Windgeschwindigkeiten über 250 km/h. Salinität Salzgehalt des Meerwassers. Salzstock Pilzförmige bis zu mehrere 1.000 Meter lange Körper aus Steinsalz, die in der Erdkruste liegen. Die Oberseite reicht manchmal auch bis direkt an die Erdoberfläche. Salzstöcke oder Salzdiapire entstehen durch das Aufsteigen von Salzen aus Salzlagerstätten. Salz verhält sich bei Auflast (Druck) plastisch. Es ist daher in der Lage in Gesteinsklüften aufzusteigen, diese auch zu erweitern und die Salzstöcke zu formen. Salzwüste Salzwüsten sind Wüsten, in denen stark salzhaltige Böden, Salzkrusten

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Anhang oder Salzseen liegen. Es sind sowohl klimatisch als auch für Lebewesen besondere Extremstandorte. Sander Eine von Gletscherschmelzwässern abgelagerte Aufschüttungsebene aus Sanden, Kiesen und Schottern. Diese oft fächerförmigen Flächen liegen zwischen dem Endmoränenbogen und dem Urstromtal, in dem sich alle Schmelzwasser sammeln (Glaziale Serie). In trockenen Zeiten wurde aus den Sanderflächen der Löss ausgeblasen. Die Sander NordMitteleuropas und die des Alpenvorlandes wurden während der Vereisungen des Pleistozäns (vor 1,8 Mio. bis 10.000 Jahre vor heute) gebildet. Sandwüste In Sandwüsten ist Sand das vorherrschende Substrat. Sandwüsten, wie Teile der Sahara oder die australische Wüste, werden von welligen Sandflächen oder Dünen geprägt. Saures Magma Saure Magmen, Laven oder Schmelzen besitzen einen hohen Anteil an Kieselsäure (SiO2). Sie werden auch als granitische Magmen (Laven etc.) bezeichnet, da sich aus ihnen z.B. Granit bildet. Sie stehen damit im Gegensatz zu kieselsäurearmen (basischen) Magmen, aus denen sich z.B. der Basalt bildet. Der Kieselsäureanteil von Magmen entscheidet über die Zähflüssigkeit und über die Farbe (je mehr, desto zäher und heller). Savanne Vegetationsform der wechselfeuchten Tropen und Subtropen mit Regen- und Trockenzeiten. In Abhängigkeit von den Niederschlagsmengen unterscheidet sich die Vegetation der Dorn-, Trocken- und Feuchtsavanne. Grasland ist vorherrschend, bei Niederschlagsreichtum auch Wälder. Schalenverwitterung Vorgang der Gesteinsauflösung durch Schalenablösung. Dabei

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werden Gesteinsstücke in Form von gebogenen Schalen von einem Gestein abgetrennt. Diese Abschalung von Gesteinsoberflächen entsteht vermutlich aufgrund von schnellen Temperaturwechseln besonders im wechselfeuchten Klima. Mineralveränderungen in der Oberfläche und eine fehlende Auflast nach Abtragungen sind an dieser Verwitterungsart wahrscheinlich mitbeteiligt. Die Größen der abgelösten Gesteinsfragmente schwanken zwischen Zentimetern bis hin zu 30 Meter (Beispiel: Zuckerhut in Rio de Janeiro). Schelf Siehe ÆKontinentalschelf. Schelfmeer Schelfmeere sind die relativ flachen Meeresteile mit Wassertiefen bis etwa 200 m. Beispiel: Nordsee. Um den antarktischen Kontinent herum wird das seichte Schelfmeer vom Schelfeis eingenommen. Schicht Eine Schicht beschreibt in der Geologie einen tafelartigen Gesteinskörper, dessen Dicke im Vergleich zu seiner horizontalen Ausdehnung gering ist. Die Abgrenzung zweier Schichten ist die Schichtfuge, an der sich die verschiedenen Schichten gut teilen lassen. Unterschiedliche übereinander lagernde Schichten sind eine Schichtfolge. Der Begriff Schicht wird im engeren Sinne nur für Sedimentgesteine verwendet. Schichtlücke Bezeichnet das Fehlen einer oder mehrerer Gesteinsschichten. Schichtlücken entstehen u.a. durch Abtragung von Schichten oder dadurch, dass sie in bestimmten Räumen nicht abgelagert wurden. Deutlich werden sie oft anhand von Diskordanzen. Diskordanzen sind Winkelbeträge zwischen verschiedenen Gesteinsschichten. Sie entstehen, wenn Gesteinsschichten gefaltet oder verstellt werden und danach an der Oberfläche abgetragen werden. Schichten, die

darauf wieder horizontal abgelagert werden, stehen dann in einem bestimmten Winkel zu der gefalteten oder verstellten Schicht. Schichtstufe Geländestufe, die in einen steilen Hang und eine relativ flache Stufenfläche gegliedert werden kann. Sie entsteht durch flächenhafte Abtragungsvorgänge in flachlagernden, wechselnd widerständigen Gesteinen. Widerständige, wasserdurchlässige Gesteine (Kalkgesteine) bilden die steile Stufenstirn. Weniger widerständige Gesteine, wie z.B. Mergel und Schiefer, bilden die Stufenflächen. Beispiele: Schwäbische Alb, Südengland. Schichtstufenlandschaft Die Schichtstufenlandschaft besteht aus einer Abfolge von Schichtstufen. Schichtvulkan Siehe ÆStratovulkan. Schieferung Bezeichnet die Einregelung von Gesteinsbestandteilen als Reaktion auf einen ausgeübten Druck. Die einzelnen Gesteinsbestandteile, wie z.B. Glimmer-Minerale, werden bei einem einseitig wirkenden Druck mit ihrer längsten Achse im rechten Winkel zur Druckrichtung gestellt. Die Folge dieser Mineralieneinregelung ist, dass Schiefergesteine ein deutliches Parallelgefüge aufweisen. Schichtung und Schieferung können in einem gewissen Winkel zueinander stehen. Schild Siehe ÆKraton. Schildvulkan Entsteht durch mehrfache Ausflüsse von Lava-Strömen aus einem Zentralschlot (Aufstiegsstelle des Magmas). Da die ausfließende Lava dieses Vulkantyps sehr dünnflüssig ist, besitzt er eine flache bis buckelartige Form mit geringen Hangneigungen. Schildvulkane, die sich zu den Seiten ausbreiten und überlagern, sind die größten Vulkane der

Glossar Erde. Der Mauna Loa auf Hawaii hat seinen Ursprung 5.000 m unter der Meeresoberfläche, er reicht 4.170 m über das Meer hinaus. Schlacken Vulkanische Auswurfprodukte. Sie sind ungerundet und oft scharfkantig. Auch Lavaströme werden als Schlacken bezeichnet, wenn diese stark porös oder blasig sind. Schlammstrom An Hängen herabfließende Ströme aus vulkanischen Aschen, Böden oder Sedimenten, die mit Wasser gesättigt sind. Schlammströme können ganze Dörfer unter sich begraben Schlammvulkan Schlammvulkane fördern kein Magma, sondern sie sind Austrittstellen von Gasen, Grundwasser und aufgeweichten Bodenmaterialien. Schlick Feinkörniges Sediment (Ton, Silt) mit einem hohen Anteil an organischen Substanzen (feinkörnige Tier- und Pflanzenreste). Häufig verwendeter Begriff im Zusammenhang mit den Sedimenten der Gezeitenküsten (Wattgebiete). Schlipf Ein Schlipf oder Erdschlipf ist eine schnelle Massenbewegung an Hängen. Böden und locker gelagerte Gesteine bewegen sich dabei auf tonigen Gleitbahnen oder wasserundurchlässigen Schichten hangabwärts. Sie bilden am oberen Hang eine halbkreisförmige Abrissnische und dort, wo sie zum Stehen kommen, einen Wulst. Diese zungenartigen Gebilde verlieren ihre Bewegungsenergie dadurch, dass sie in flacheres Gelände gleiten, oder wenn ihr Wassergehalt abnimmt. Schlot Aufstiegskanäle des Magmas in Vulkanen. Schmelzwasser Das von Gletschern abgegebene

Wasser, das als Gletscherbach wieder an die Oberfläche gelangt. Das Schmelzwasser der Gletscher ist ein wichtiger Faktor bei der Landschaftsformung. Durch die abtragende Wirkung der Schmelzwässer sowohl unter als auch vor den Gletschern entstehen z.B. Rinnenseen und Urstromtäler.

Schuttlawine Schnelle, fließende Massenbewegung von Lockermaterial.

Schneebrettlawine Lawine mit breiter Abrisskante aus trockenem Festschnee. Der Schnee gleitet in großen Schollen mit im Vergleich zu anderen Lawinen moderater Geschwindigkeit (8 bis 10 m/s) talwärts. Schneebrettlawinen sind extrem gefährlich, da die Schneeschollen einen großen Druck ausüben und dadurch eine hohe Zerstörungskraft haben. Sie werden häufig durch Touren- oder Variantenskifahrer ausgelöst.

Schuttstrom Mäßig schnelle, fließende Massenbewegung aus Gesteinstrümmern und Schlamm.

Schneegrenze Oberhalb der Schneegrenze gelegene Gebiete werden ganzjährig vom Schnee bedeckt. Diese Höhengrenze schwankt in den unterschiedlichen Klimazonen (Tropen bei 5.000 m, Alpen bei 2.800 m) und in Abhängigkeit von lokalen Klimaverhältnissen (Nord- oder Südhang). Schneewächte Einseitig überhängende Ansammlung von Schnee an der dem Wind abgekehrten Seite (Leeseite) eines Grates oder Kamms. Schollengebirge Durch Verwerfungen umgrenzte Bestandteile der Erdkruste, die im Ganzen durch tektonische Prozesse angehoben wurden (Harz). Schutt Schutt ist kantiges Abtragungsmaterial, das u.a. durch Frostsprengung aus dem anstehenden Gestein gelöst und vor den Hängen abgelagert wird. Schutt ist generell unverfestigt und weist eine schlechte Sortierung auf (viele verschiedene Korngrößen). Der Begriff wird allgemein für mehr oder weniger kantige Gesteinsbruchstücke verwendet.

Schuttrutschung Schnelle, gleitende Massenbewegung von Lockermaterial in einer mehr oder weniger geschlossenen Einheit.

Schuttwüste Die Schuttwüste (auch Hamada, arab.: die Unfruchtbare) ist eine Felswüste aus eckigem Schutt. Sie entsteht durch die ausblasende Wirkung des Windes, der das feinkörnige Material abtransportiert. Schwelle Siehe ÆHamada. Schwemmfächer Fächerartige Ablagerungen von Flüssen. Da Fließgewässer, die in Bereiche mit geringerem Gefälle gelangen, aufgrund der abnehmenden Fließgeschwindigkeit ihre Transportkraft für Sedimente verlieren, lagern sie die vorher transportierten Materialien ab. Schwerkraft Gravitation der Erde. Gravitation ist die wechselseitige Anziehung von zwei Körpern. Auf der Erde beträgt diese Kraft ungefähr 9,8 m/s2. Seafloor-Spreading An den Mittelozeanischen Rücken, dringt durch aufsteigende Strömungen immer wieder Magma aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche. Dabei werden die ozeanischen Platten auseinander gedrückt und neuer Ozeanboden entsteht. Dieser Vorgang läuft mit wenigen cm pro Jahr ab. Sediment Ablagerungen von verwitterten Gesteinsbruchstücken (klastische S.), aus einer Lösung ausgefällte

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Anhang Ablagerungen (chemische S.) oder Ablagerungen von Pflanzen und Tierresten (biogene S.). Klastische Sedimente sind z.B. Konglomerate, Sand-, Silt- und Tonsteine. Biogene Sedimente sind hauptsächlich Kalksteine aus karbonathaltigen Schalenresten von Tieren. Chemische Sedimente, wie z.B. Salze, bilden sich häufig aus verdunstendem Meerwasser. Sedimentation Prozess der Ablagerung von durch Wasser, Wind und Eis transportierten Materialien (z.B. Aschen, Sand, Gesteinsbruchstücke). Sedimentgestein Verfestigte Sedimente. Charakteristisch ist die Schichtung dieser Gesteine, die besonders häufig Fossilien besitzen. Unterschieden werden: klastische Sedimente (Konglomerate, Sand-, Silt- und Tonsteine), biogene Sedimente (z.B. Kalksteine aus karbonathaltigen Schalenresten von Tieren) und chemische Sedimente (wie z.B. Salze, die sich häufig aus verdunstendem Meerwasser bilden). Der Prozess des Übergangs von einem Lockersediment zu einem Festgestein wird Diagenese genannt. Porenräume der Lockersedimente werden mit Bindemitteln aufgefüllt oder werden durch Druckwirkung geschlossen. Steigen die Temperaturverhältnisse, unter denen das Sediment verfestigt wird über 200°C, spricht man von Metamorphose. Seebeben Erschütterungen des Meeresbodens. Sie sind zu einem großen Teil die Auslöser von bis zu 30 m hohen Tsunamis in Küstenbereichen. Seismik Die Seismik ist ein Verfahren, das zur Untersuchung der Wellenausbreitung in der Erdkruste angewendet wird. Mit Hilfe von künstlich erzeugten Erdstößen (Sprengseismik) und deren Messung mittels Seismographen wird dabei das Verhalten der Wellen erkundet. Da

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sich Wellen in unterschiedlichen Gesteinsschichten auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortpflanzen, ist dies eine Möglichkeit, den Aufbau der Erde zu bestimmen. Allgemeiner wird der Begriff Seismik auch für Erdkrustenbewegungen oder Erdbebenkunde verwendet. Seismisches Moment Maß der mechanischen Krafteinwirkung auf eine geologische Störung bei einem Erdbeben. Die Höhe des seismischen Moments ist abhängig von der Bruchfläche, der Länge der Versetzung und der Elastizität des Gesteins. Es kann aus Seismogrammen und Feldmessungen ermittelt werden. Seismogramm Von einem Seismographen aufgezeichnete Messkurve aller Erschütterungen und Bewegungen der Erdoberfläche in einer Zeitperiode. Anhand der Seismogramme lassen sich sowohl die Magnitude als auch die ungefähre Lage des Epizentrums eines Erdbebens bestimmen. Der Kurvenverlauf der Seismogramme von Erdbeben und anderen, auch künstlich verursachten Erschütterungen lässt Rückschlüsse auf ihre Entstehungsursachen zu. Seismograph Messgerät zur Aufzeichnung von Erdkrustenbewegungen (Erdbeben). Die vom Seismographen über eine Zeitperiode gesammelten Messwerte werden aufgezeichnet und bilden das Seismogramm. Seismologie Erdbebenkunde und Erdbebenforschung. Sekundärwellen Die nach den Primärwellen als zweite eintreffenden Erdbebenwellen. Bei den Schwingungen der Sekundärwellen bewegen sich die Bodenteilchen quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen. Das Gestein wird dadurch horizontal oder vertikal verformt und geschüttelt.

Im Gegensatz zu den Primärwellen können die S-Wellen nur in festem Gestein wandern und werden daher von den flüssigen Bereichen des Erdinneren „geschluckt“. Semiarid Ein semiarides Klima liegt vor, wenn die Niederschläge 3 bis 5 Monate im Jahr höher sind als die Wassermenge, die verdunstet. Semihumid Ein semihumides Klima liegt vor, wenn die Niederschläge 6 bis 9 Monate im Jahr höher sind als die Wassermenge, die verdunstet. Serir Die Serir ist eine flache Geröllwüste. Sie entsteht durch die ausblasende Wirkung des Windes, der das feinkörnige Material abtransportiert. Silikate Silikate sind Minerale mit Verbindungen von SiO2 und basischen Kationen. Silikat-Minerale bestehen aus Tetraedern, bei denen ein Silizium-Ion von vier Sauerstoff-Ionen umgeben ist. Diese Tetraeder haben vier negative Ladungsplätze, die mit Kationen (Na, Ka, Mg, usw.) aufgefüllt werden können. Zwei Tetraeder können sich auch ein Sauerstoff-Ion teilen, wodurch verschiedene Strukturen, wie Ring-, Ketten-, Schicht- oder Gerüstsilikate entstehen. Silikatische Mineralien sind z.B.: Pyroxen (Kettensilikat), Kaolinit (Schichtsilikat), Feldspat (Gerüstsilikat). Silikatverwitterung Teil der chemischen Verwitterung. Kationen und Kieselsäure der Silikate werden dabei durch Hydrolyse getrennt und andere Minerale entstehen (sekundäre Minerale, Tonminerale). Sinter Meist kalkhaltige Mineralausscheidungen an Quellen. Bei der Bildung von Sinter kommt es durch folgende Faktoren zu einer Ausfällung der Mineralien: Kohlendioxidabgabe

Glossar des Wassers, Temperaturerhöhung, Druckerniedrigung. Solfatare Solfatare sind vulkanische Ausgasungen. Sie besitzen einen hohen Gehalt an Schwefelverbindungen, die sich als reiner Schwefel neben den Austrittsstellen absetzen. Andere Ausgasungen sind die bis zu 1.000 °C heißen Fumarolen und die kohlendioxidhaltigen Mofetten. Solifluktion Massenbewegung von Böden und lockeren Gesteinen in Gebieten mit Permafrostböden. Durch ein oberflächennahes Auftauen der Böden beginnen sich die Bodenschichten gleitend auf einem gefrorenem Untergrund zu bewegen. Die Solifluktion (eine Form des Bodenfließens) kann schon bei Hangneigungen unter 5 ° auftreten. Soll Kleiner, meist rundlicher See, dessen Ursprung mit den Kaltzeiten und Gletscherwirkung in Verbindung steht. Als die Gletscher vor etwa 20.000 Jahren im nördlichen Mitteleuropa ihren Rückzug antraten, blieben immer noch einzelne Eisreste zurück. Dieses Toteis schmolz erst hunderte oder tausende Jahre später ab, da es von Schutt und Stäuben bedeckt nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt war. Als auch das Toteis abtaute, füllten sich die freigegeben meist rundlichen Wannen mit Wasser. Die Sölle entstanden. Spaltenerguss Andere Bezeichnung für Lineareruption. Spätglazial Das Spätglazial umfasst den Zeitraum von 14.000 bis 10.000 Jahre vor heute. Es ist der Abschnitt zwischen dem Hochglazial (stärkste Vereisung der letzten Kaltzeit, Weichsel-Kaltzeit) und dem Zerfall des nordischen Inlandeises. Im Spätglazial Mitteleuropas ist es zu mehreren Klima- und Vegetationsver-

änderungen gekommen. Die zuvor vom Eis bedeckten Gebiete wurden zuerst von einer baumarmen Tundra, später von Birken und Kiefern wiederbesiedelt. An das Spätglazial schließt sich der wärmere Zeitabschnitt des Holozäns an. Speläologie Wissenschaft der Naturhöhlen. Sie befasst sich mit der Entstehung der Höhlen, den Höhlenformen und in ihnen stattfindenden Prozessen. Sporn Deutlich aus Bergen oder Felswänden hervortretende schmalere Vorsprünge unterschiedlicher Größe. Springtide Springtiden (auch: Springfluten) sind Gezeiten mit einem erhöhten Wasserstand. Stehen Mond und Sonne bei Vollmond in Opposition oder bei Neumond in Konjunktion, addieren sich die Anziehungskräfte beider Himmelskörper. Sie wirken in die gleiche Richtung und verstärken einander in der Springtide. Sprung Trennfugen in Gesteinen oder Gesteinsschollen, an denen eine Verschiebung oder Verstellung stattgefunden hat. Sie liegen im Bereich von Zentimetern bis hin zu Kilometern. Ein anderer Ausdruck für Sprung ist Verwerfung oder Störung. Die Sprunghöhe ist der vertikale Versatz von zwei gegeneinander verschobenen Gesteinsschollen. Spülfläche Spülflächen bilden sich durch die flächenhafte Abtragung von meist tiefgründig verwitterten Böden. Häufig treten sie in Gebieten mit einem Wechsel von Trocken- und Regenzeiten auf. Spülfluten (mehr flächige als lineare Abtragung) schwemmen das leicht erodierbare Material weg und sorgen für die Bildung von fast ebenen Flächen. Spülrinne Spülrinnen entstehen durch die Erosion des Wassers. Es sind im Dezi-

meterbereich liegende, meist geradlinig verlaufende Erosionsrinnen. Stadiale Zeitabschnitte innerhalb von Kaltzeiten, die durch Gletschervorstöße gekennzeichnet sind. Die Stadiale werden von den wärmeren Interstadialen begrenzt. Staffelbruch Stufen- oder treppenartig angeordnete Gesteinsschollen, die meist durch Abschiebungen entstehen. Die Störungslinien, die Orte, an denen die Abwärtsbewegungen der einzelnen Schollen stattfinden, liegen parallel zueinander. Staffelbrüche finden sich oft an den Rändern von tektonischen Gräben. Staublawine Lawine mit punktförmigem Abriss aus trockenem, wenig verfestigtem Schnee. Durch Luftturbulenzen wird der Schnee aufgewirbelt und fein zerstäubt und rast mit Geschwindigkeit von 50 bis 100 m/s bergab. Staukuppe (auch: Quellkuppen) Kugel- bis kuppelförmige Magmenmassen, die einen Vulkanschlot aufgrund ihrer Zähflüssigkeit ähnlich einem Korken in einer Flasche verschließen. Staunässe Auf einer wenig oder nicht wasserdurchlässigen Bodenschicht gestautes Niederschlagswasser. Staunässe verschwindet während längerer Trockenperioden. Steinschlag Aus einem Gesteinsverband (meist) durch Frostsprengung herausgelöste Gesteine, die im freien Fall Hänge herabstürzen. Steinwüste Unter Steinwüsten werden die Serir und die Hamada zusammengefasst und den Sandwüsten gegenübergestellt. Beide Wüstentypen entstehen hauptsächlich durch die ausblasende Wirkung des Windes, der das feine Material abtransportiert.

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Anhang Steppe Baumlose Graslandschaften, die sich häufig an Wüstengebiete (Subtropen) anschließen oder im kontinental geprägten Klima der Mittelbreiten liegen. In den Sommermonaten herrschen Trockenzeiten vor, die Jahresniederschläge sind aber auch insgesamt niedrig (um 500 mm). In Nordamerika werden diese Gebiete Prärie, in Südamerika Pampa genannt.

über den Polen in 8 km Höhe. In durchschnittlich 50 km Höhe, an der Stratopause, liegt der Übergang zur Mesosphäre. Dort herrschen Temperaturen von etwa 0 °C. Im unteren Bereich der Stratosphäre liegen sie relativ konstant bei -55 °C. In einer Höhe von 25 bis 30 km sind die Ozonkonzentrationen am höchsten (Ozonschicht). In dieser Schicht absorbiert das Ozon die ultraviolette Strahlung.

Strahlung Ausbreitung von Energie in Form von Wellen und Teilchen. Licht-, Infrarot- und Röntgenstrahlung stehen als Wellenstrahlung der Alpha- und Beta-Strahlung (Teilchenstrahlung) gegenüber. In der Meteorologie und Klimatologie wird der Einstrahlung von Licht- und Wärmeenergie durch die Sonne die Ausstrahlung von Wärmeenergie von der Erdoberfläche gegenübergestellt. In diesem Sinne ist die Gegenstrahlung die von der Atmosphäre reflektierte Wärmestrahlung. Die Energie des kurzwelligen Sonnenlichtes wird an der Erdoberfläche in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt.

Stratovulkan Explosionsartige Ausbrüche von Staub, Asche und anderem Lockermaterial führen zur Bildung von Schicht- oder Stratovulkanen. Dabei baut sich ein steiler Vulkankegel aus einer Wechselfolge von Lavaschichten und Aschenablagerungen auf. Zu den Stratovulkanen gehören z.B. der Ätna oder der Fujiyama.

Stratigraphie Geologische Fachdisziplin, die sich mit der zeitlichen Einordnung von Gesteinsschichten und der Aufstellung der geologischen Zeitskala beschäftigt. Die zeitliche Einordnung der Gesteine erfolgt zum einen durch Leitfossilien (Biostratigraphie) zum anderen anhand anorganischer Merkmale (Lithostratigraphie, z.B. Gesteinszusammensetzung). Für stratigraphische Untersuchungen eignen sich besonders die Sedimentgesteine, da die horizontale Abfolge von Sedimentgesteinsschichten in vielen Fällen eine zeitliche Abfolge darstellt. Stratosphäre Schicht der Atmosphäre. Sie liegt oberhalb der Troposphäre, in der sich das Wettergeschehen abspielt. Die Untergrenze der Stratosphäre befindet sich am Äquator in 17 und

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Streichen Siehe ÆFallen. Stufe In der Geomorphologie ist eine Stufe ein Steilabfall, der zwei Flächen voneinander trennt. Die Größe und Höhe von Stufen schwankt in einem weiten Bereich. Zur genaueren Beschreibung werden der Stufe Begriffe vorangestellt: Schichtstufe, Talstufe, Bruchstufe. Die Stufe ist auch Bestandteil des stratigraphischen Systems, welches die Abfolge von Gesteinsschichten beschreibt und diese gliedert. Es bezieht sich dabei auf den Inhalt von Gesteinsschichten (Leitfossilien). Im Gegensatz zu der Geologischen Zeitskala arbeitet die Stratigraphie nicht mit abstrakten geologischen Zeiteinheiten sondern mit konkreten Gesteinsdaten. Mehrere Stufen bilden die größere Einheit der Serie, mehrere davon werden in einem System zusammengefasst. Mehrere Systeme bilden die Gruppe als höchste Einteilungseinheit. Sturmflut Sturmfluten entstehen, wenn Springflut und starke auflandige Winde gleichzeitig auftreten. Die

Höhe der Wasserstände und der Brandung ist in diesen Fällen extrem. Es kann zu katastrophalen Folgen kommen. Störung Siehe ÆVerwerfung. Subduktion Subduktion bezeichnet den Vorgang des Absinkens einer ozeanischen Platte unter eine andere Lithosphärenplatte. Subduktionszone Eine Subduktionszone ist der Bereich, in dem eine ozeanische Platte unter eine andere Platte abtaucht und dabei in großer Tiefe schmilzt. Subduktionszonen sind durch hohe seismische Aktivität gekennzeichnet. Sublimation Direkter Übergang eines festen Stoffes in seine gasförmige Form (und auch umgekehrt). Die Sublimation ist ein Prozess, der während der Bildung von Gletschereis abläuft. Submariner Canyon Untermeerische Talungen, die sich an den Kontinentalhängen befinden. Sie ähneln in ihrem Aussehen unter dem Meeresspiegel liegenden Canyons, werden aber vollkommen anders als diese Talform gebildet. Submarine Canyons entstehen, wenn Trübeströme aus feinkörnigen Materialien am Kontinentalhang in Bewegung kommen und sich dabei in vorher abgelagerte Sedimente einschneiden. Nimmt die Fließgeschwindigkeit eines Trübestromes ab, werden die mitgeführten Materialien wieder abgelagert, und zwar die groben zuerst und die feinen zuletzt. Es ergibt sich daher eine besondere Schichtung, die gradierte Schichtung. In diese Ablagerungen, den submarinen Fächern, werden bei einem erneuten Trübestrom wieder Talungen eingeschnitten. Subpolare Zone Die subpolare Zone ist der klimatische Übergangsbereich zwischen

Glossar den kühlgemäßigten Mittelbreiten und der polaren Zone. Substrat Der Begriff Substrat wird häufig im Sinne von Ausgangsgestein oder Nährboden verwendet. Das Ausgangsgestein ist ein an der Erdoberfläche lagerndes Gestein, das der Verwitterung ausgesetzt ist. Auf und aus dem Ausgangsgestein beginnen sich Böden zu entwickeln. Subtropen In den Subtropen liegen die Temperaturen im Jahresdurchschnitt zwischen 12 und 20 °C. Sie schließen sich nördlich und südlich an die Tropen an und reichen über den 40. Breitenkreis auf der Nord- und Südhalbkugel hinaus. Nach der jährlichen Temperaturschwankung werden sie in drei verschiedene Zonen eingeteilt. Die maritimen Subtropen haben einen ausgeglichenen Jahresgang der Temperatur mit Schwankungen der Monatsmittelwerte zwischen 10 und 20 °C. In den kontinentalen und hochkontinentalen Subtropen können die Temperaturschwankungen bis über 40 °C betragen. Zu den hochkontinentalen ariden Subtropen zählen bekannte Wüstengebiete, wie die nördliche Sahara, Teile Saudi-Arabiens und des Irans. Tafelberg Tafelberge (oder Mesas) sind Hochebenen in Gebieten mit horizontal gelagerten Gesteinen. Sie sind an der Oberfläche relativ eben und überragen die Umgebung als isolierte Einzelberge. Tafelberge entstehen, wenn eine widerständige horizontal gelagerte Gesteinschicht durch die Abtragung von Flüssen zerschnitten wird. Die Fließgewässer arbeiten sich in die darunterlagernden weicheren Schichten vor und tragen diese Gesteine dann schnell ab. Die Tafelberge sind Überreste, die von der Abtragungskraft der Fließgewässer verschont geblieben sind. Beispiele: Tafelberge in Venezuela, die dort als Tepuis bezeichnet werden.

Tafoni Rundliche Aushöhlungen in Gesteinen, die durch chemische Verwitterung entstehen. Taifun Regionale Bezeichnung für tropische Wirbelstürme, die über dem Nordwestpazifik entstehen und in Ostasien (Japan, China) schwere Verwüstungen anrichten können. Taiga Landschaftstyp mit vorwiegend immergrünen Nadelwäldern. Sie tritt im nördlichen Eurasien und Nordamerika auf. Das Klima der Taiga wird geprägt durch kalte, lange Winter und kurze, kühle Sommer. Talhang Übergangsbereich zwischen dem Talboden und der oberen Begrenzung des Tals. Tektonik Lehre vom Aufbau der Erdkruste, den Bewegungsvorgängen von Erdplatten und den Kräften, die zu diesen Bewegungen führen. Tektonische Störung Allgemeine Bezeichnung für eine durch die Bewegungsvorgänge der Erdplatten verursachte Trennlinie in der äußeren Erdkruste. An einer Störung erfolgt die Versetzung oder Verlagerung von Gesteinspaketen. Tephra Sammelbezeichnung für alle lockeren vulkanischen Auswurfprodukte. Terrestrisch Bedeutet ‚auf der Erde‘ (Landoberfläche) entstanden oder auf ihr vorkommend (griech.: terra = Erde). Der Begriff wird für Vorgänge und Formen verwendet. Tethys Die Tethys ist das „Urmittelmeer“, welches sich im Erdmittelalter bildete und so den Urkontinent Pangäa in die beiden Kontinente Gondwana und Laurasia spaltete. Als Restbecken der Tethys sind das heutige

Mittelmeer, das Schwarze Meer, das Kaspische Meer und der Aralsee zu betrachten. Theodolit Wichtiges Vermessungsgerät aus einem Fernrohr mit Fadenkreuz. Es dient der Bestimmung horizontaler und vertikaler Winkel. Durch eine Dreiecksaufnahme oder „Triangulation“ können so große und kleinere Gebiete vermessen werden. Dabei wird ein Gebiet mit Netzen aus Dreiecken überzogen (Hauptriangulation), die wiederum in kleinere Dreiecke unterteilt werden (Kleintriangulation). Tide Siehe ÆGezeiten. Tidenhub Tidenhub ist die Wasserstandsschwankung, die während der Gezeiten oder Tiden auftritt. Tiefengestein Tiefengesteine, auch Plutonite genannt, entstehen in der Tiefe der Erdkruste. Dabei dringt Magma in den unteren Teil der Erdkruste ein und erstarrt dort allmählich zu einem relativ grobkörnigen magmatischen Gestein. Tiefseesedimente Ablagerungen, die sich auf den Meeresböden in mehr als 800 m Tiefe befinden. Sie bestehen zum größten Teil aus sehr feinkörnigen Materialien, wie zum Beispiel kalkhaltige Gehäusereste einzelliger Organismen (Globigerinenschlamm), kieselsäurehaltige Gehäusereste von einzelligen Kieselalgen (Diatomeenschlamm) oder Resten von Strahlentierchen (Radiolarienschlamm). Ab einer Meerestiefe von 4.000 m gibt es fast keine kalkhaltigen Ablagerungen mehr. Aufgrund des hohen Kohlendioxidgehaltes in dem kalten und unter hohen Druck stehendem Ozeanwasser, wird das Kalizumkarbonat aufgelöst (KalkKompensationstiefe). In diesen Meeresbereichen überwiegen dann die Roten Tiefseetone.

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Anhang Tillit Verfestigte Grundmoränen. Grundmoränen bestehen aus Gesteinsmaterialien, die Gletscher transportiert und abgelagert haben. Tillite belegen Gletscherbewegungen und damit Kaltzeiten. Das Auffinden von Tilliten ist wichtig für die Rekonstruktion des Vorzeitklimas.

sturm mit großer Zerstörungskraft. Ein Tornado kann sich bei heftigen Gewittern über dem Festland bilden. Charakteristisch ist der von der Gewitterwolke bis zum Boden reichende, rotierende Schlauch. Sein Durchmesser beträgt 10 bis wenige 100 m, die Windgeschwindigkeit in seinem Inneren bis zu 400 km/h.

Tiltmeter Präzisionsneigungsmesser, der auch zur Messung seismischer Aktivität und der Vorhersage von Vulkanausbrüchen eingesetzt wird. Ein Tiltmeter kann geringste Neigungsveränderungen anhand der Lageveränderung des Schwerevektors registrieren und wird zum Schutz vor Fremdeinflüssen in der Regel in ein Bohrloch eingeführt.

Toteis Kleinere oder größere Eisreste eines Gletschers oder des Inlandeises. Beim Rückzug und Zerfall eines Gletschers bzw. von Inlandeis wird das Toteis von den Haupteismassen getrennt. Da es meist von Moränenmaterial bedeckt ist, kann es sich relativ lange halten bevor es schmilzt. Wenn Toteis abschmilzt, entstehen Hohlräume, die sich mit Wasser füllen können und dann Toteisseen genannt werden.

Tobel Kurzes Kerbtal in Gebirgen. Tobel können die Abflussbahnen von Muren und Lawinen bilden. Tonminerale Tonminerale sind Kalium-, Natrium-, Magnesium-, Eisen-, Magnesium-, Aluminium und KalziumSilikate (SiO2-Verbindungen). Die blättchenförmigen und sehr kleinen Tonminerale (< 0,02 mm) entstehen durch Verwitterung aus anderen Mineralen und durch Neubildung. Ihr innerer Aufbau (Schichten) lässt sie bei Wasseranlagerung quellen. Tonminerale haben eine wichtige Funktion im Stoffhaushalt der Böden. Sie besitzen die Fähigkeit, Kationen (z.B. Kalzium, Magnesium) anzulagern und gegen andere Kationen auszutauschen. Tornado Alley Region im Süden und mittleren Westen der USA, die häufig von Tornados heimgesucht wird. In diesem ungefähr 1.000 km breiten Streifen zwischen Texas und North Dakota werden bis zu 800 Tornados jährlich registriert. Tornado Auch Trombe oder Windhose genannter, kleinräumiger Wirbel-

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Transformstörung Horizontale Verschiebung von Gesteinspartien mit teilweise erheblichen Weiten. Als Transformstörungen werden besonders die senkrecht zu den mittelozeanischen Rücken verlaufenden Verschiebungen bezeichnet. Große Transformstörungen wie die San-Andreas-Störung werden auch als konservative Plattengrenzen bezeichnet. An ihnen wird weder Erdkruste aufgeschmolzen noch neue gebildet, sie sind extrem erdbebengefährdet. Transgression Vordringen des Meeres in Bereiche des Festlands. Der Grund für eine Transgression kann entweder die Senkung des Landes oder ein Anstieg des Meeresspiegels sein. Transversalwellen Siehe ÆSekundärwellen. Trapp Siehe ÆPlateaubasalte. Treibhaus-Effekt Kurzwellige Strahlung der Sonne wird an der Erdoberfläche in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Die langwellige Strahlung wird

von Wasserdampf, Kohlendioxid und Spurengasen (Treibhausgasen) teilweise reflektiert oder absorbiert und daher nicht wieder in das All abgegeben. Ohne diesen Effekt läge die Mitteltemperatur der Erde nicht bei ca. 15 °C, sondern bei -18 °C. Dieser Treibhaus-Effekt ist ein natürlicher Prozess und ein wichtiger Bestandteil für den Wärmehaushalt der Erde. Bei einem Anstieg der Treibhausgase wird mehr langwellige Energie absorbiert als unter natürlichen Bedingungen; die globalen Temperaturen steigen. Treibhausgas Gase, die zu einer Erwärmung des globalen Klimas beitragen. Es sind u.a. Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon und zahlreiche schwefel- und fluorhaltige Gase. Triangulation Siehe ÆTheodolit. Triebschnee Vom Wind verfrachteter Schnee, der an dem Wind abgewandten Lagen (Lee-Lagen) abgelagert wurde. Tropen Die Tropen können klimatisch oder auch über die Lage zwischen den Wendekreisen definiert werden. In Bezug auf das Klima liegen die Tropen innerhalb eines Bereichs mit Jahresdurchschnittstemperaturen von über 20 °C. In Äquatornähe fallen noch über 5.000 mm Niederschlag, in Richtung der Wendekreise nehmen die Niederschläge aber so weit ab, dass nur noch während maximal zwei Monaten im Jahr die Niederschläge höher sind als die Verdunstung. In den humiden Tropen liegt der tropische Regenwald. In den semiariden und semihumiden Tropen (mit drei bis fünf und sechs bis neun humiden Monaten) finden sich ganz unterschiedliche Vegetationsformen. Je nach Anzahl der Trockenmonate gibt es sowohl regengrüne tropische Feucht- als auch Trockenwälder, die Trockenund Dornsavannen. Wechselfeuchte Tropen haben in ihrem Sommer

Glossar Regenzeit - ansonsten herrschen trockene Passatwinde vor. In den ariden Tropen ist über zehn Monate im Jahr die Verdunstung höher als die Niederschläge. Tropischer Regenwald Siehe ÆRegenwald. Tropischer Wirbelsturm Wirbelsturm in tropischen Regionen, der sich über dem Meer bildet und schwere Verwüstungen anrichtet. Bekannte regionale Bezeichnungen sind: Hurrikan, Taifun, Zyklon oder Willy-Willy. Ihre Energie erhalten sie aus der Verdunstung über tropischen Meeren. Sie benötigen zur Entstehung eine Mindestwassertemperatur von annähernd 27 °C. Die Windstärken tropischer Wirbelstürme sind mit 120 bis über 250 km/h immer höher als ein Orkan mit Windstärke 12 der Beaufort-Skala, ihre Wirbel haben eine Ausdehnung von 200 bis 500 km. Troposphäre Unterste Schicht der Atmosphäre, in der das Wettergeschehen stattfindet. Sie reicht am Äquator bis in 17 und an den Polen bis in 8 km Höhe. Die Temperaturen in dieser Schicht nehmen pro 100 m Höhe um etwa 0,6 °C ab. Über der Äquatorregion herrschen an der Grenze von Tropo- zur Stratosphäre Temperaturen von -80 °C und über den Polen -50 °C. Der Luftdruck verringert sich von durchschnittlich 1.013 hPa auf Meereshöhe auf 100 hPa (über dem Äquator) und 400 hPa (über den Polen). Der Übergang von Tropo- zur Stratosphäre ist die Tropopause. Tsunami Durch untermeerische Vulkanausbrüche, Erdbeben oder Erdrutsche verursachte Flutwelle. Tsunamis können sich über tausende km ausdehnen, bis zu 30 m hoch werden und ganze Küstenstreifen verwüsten. Tsumamis treten besonders an den Küsten des Pazifiks auf, ihre Entstehung wird dort von einem internationalem Tsunami-Warnsystem überwacht.

Tundra Baumfreie Kältesteppe. Sie liegt im polaren Klima und ist vor allem von Flechten, Moosen und Zwergsträuchern besiedelt, da die Vegetationsperiode für ein Baumwachstum zu kurz ist. Übergangsmoor Übergangs- oder Zwischenmoore leiten von den ausschließlich niederschlagsgespeisten Hochmooren zu den grundwasserbeeinflussten Niedermooren über. In ihnen siedeln sowohl hoch- als auch niedermoortypische Pflanzen. Die Entwicklung eines Hochmoores kann ihren Ursprung in diesem Moortyp nehmen. Überkippung Über 90 ° steilgestellte Gesteinsschichten. Die älteren Gesteinsschichten eines überkippten Gesteinsblockes liegen dann über den jüngeren (inverse, umgekehrte Lagerung). Überschiebung Aufwärtsbewegung einer Gesteinsscholle relativ zu einer anderen. Im Gegensatz zu Auf- oder Abschiebungen liegen dabei aber die Neigungen der Bruchflächen, an denen die Gesteinspakete verschoben werden, flacher als 45 °. Ursache sind tektonischen Einengungen. Überschiebungsdecken Überschiebungsdecken entstehen bei tektonischen Verschiebungen von Gesteinsmassen. Im Gegensatz zu Auf- oder Abschiebungen liegen bei Überschiebungen die Neigungen der Bruchflächen, an denen die Gesteinspakete verschoben werden, flacher als 45 °. Der Begriff Decke wird verwendet, wenn die Gesteinsschichten annähernd horizontal verschoben werden und das unterlagernde Gesteine überdecken. Überweidung Zerstörung der Vegetation besonders in Trockengebieten durch zu starke Beweidung bzw. zu hohen Tierbesatz. Überweidung führt zu Bodenerosion und Desertifikation.

UNEP United Nations Environment Program. Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen koordiniert alle Umweltschutzprojekte, an denen die UNO beteiligt ist, z.B. das IPCC. Umweltfaktoren Organismen beeinflussende Faktoren, wie z.B. Klima, Boden, Wasser, Relief, Mensch, Tier und Pflanzen. Unterlauf Unterer Abschnitt eines Fließgewässers. Große Fließgewässer werden sehr grob in Ober-, Mittel- und Unterlauf eingeteilt. Der Unterlauf eines mitteleuropäischen Flusses (z.B. Rhein) zeichnet sich durch niedrige Fließgeschwindigkeit, niedrigen Sauerstoffgehalt, Temperaturen zwischen ungefähr 18 bis 20 °C und schlammigen Untergrund aus. Der Unterlauf bildet ausgedehnte Mäander. Unterschiebung Eine Unterschiebung ist das Untertauchen einer ozeanischen Kruste unter eine andere ozeanische oder kontinentale Kruste. Dieser Vorgang (Subduktion) findet an konvergierenden, sich aufeinander zu bewegenden Platten statt (Plattenkollision). Die Zone einer solchen Unterschiebung wird als Subduktionszone bezeichnet. Unterschneidung Natürliche oder künstliche Ausräumung von Material an einem Hang oder Ufer; kann zum Abbrechen der unteren und Nachrutschen darüber liegender Bereiche führen. Urstromtal Hauptentwässerungsbahnen von abfließenden Schmelzwässern in Kaltzeiten. Im Norden Mitteleuropas verlaufen die breiten Urstromtäler von Südost nach Nordwest. Das von den Gletschern im Pleistozän (1,8 Mio. bis 10.000 Jahren vor heute) abgegebene Wasser folgte dieser Richtung, da ein Abfließen in Richtung Süden wegen des ansteigenden Reliefs (Mittelgebirge) verhin-

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Anhang dert wurde. Wichtige Urstromtäler sind das Elbe-, Glogau-Baruther-, Warschau-Berliner- und ThornEberswalder-Urstromtal. Valley-and-ridge-Provinz Die Valley-and-ridge-Provinz der Appalachen ist ein erodiertes Faltengebirge, das durch charakteristische Mulden und Sättel bzw. Täler und Bergrücken gekennzeichnet ist (engl.: valley = Tal, ridge = Bergrücken). Vegetation Gesamtheit aller Pflanzen, die in einem bestimmten Gebiet wachsen bzw. es bedecken. Versalzung Prozesse, die zu einem steigenden Salzgehalt in Böden führen. In ariden Gebieten kommt es durch hohe Verdunstungsraten zum Aufsteigen von Grundwasser, wobei in Oberflächennähe die Salze ausfallen. Salzanreicherungen treten aber ebenso in humiden Klima auf (z.B. durch Meerwasser). Versteinerung Beim Vorgang der Versteinerung werden organische Substanzen der Organismen durch mineralische Stoffe ersetzt. Durch diesen Prozess entstehen Fossilien. Verwerfungen Verwerfungen sind Trennfugen in Gesteinen oder Gesteinsschollen, an denen eine Verschiebung oder Verstellung stattgefunden hat. Verwerfungen liegen im Bereich von cm bis hin zu km. Ein anderer Ausdruck für Verwerfung ist Störung. Verwitterung Chemischer, physikalischer oder biologischer Prozess, bei dem Gesteine, Mineralien und Böden aufbereitet, umgewandelt oder zerstört werden. Vollform Der Begriff Vollform wird v.a. in der Geomorphologie verwendet. Vollformen sind im Gegensatz zu

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Hohlformen das umgebende Relief überragende Gebilde.

Wächte Siehe ÆSchneewächte.

Vorfluter Natürliche oder künstliche Abflussbahnen. Vorfluter nehmen das Wasser kleinerer Flüsse auf und leiten es ihrerseits zu einem größeren Vorfluter ab. Der Vorfluter der großen Flüsse ist das Meer.

Waldgrenze Grenzsaum, in dem sich geschlossene Baumbestände (Wälder) aufgrund von widrigen Standortfaktoren auflösen. Die alpine Waldgrenze (in Gebirgen) ist bedingt durch niedrige Temperaturen und starke Winde, die polare ergibt sich ebenfalls durch niedrige Temperaturen und die kontinentale durch fehlende Niederschläge. Die Waldgrenze ist heute oft keine natürliche Linie der Waldverbreitung mehr, sondern stark vom Menschen und seiner Nutzung bestimmt. Die Waldgrenze leitet zur Baumgrenze über.

Vorzeitform Landschaftsformen, die unter anderen Klimabedingungen als heute gebildet wurden. Vorzeitklima Bezeichnet die Klimaverhältnisse geologisch vergangener Zeitalter. Infolge der Kontinentaldrift unterlagen die Kontinente verschiedenen Klimazonen. Wechsel von Kalt- und Warmzeiten führten zu lokalen Klimaäanderungen in der Vorzeit. Vulkan Ein Vulkan ist eine Stelle der Erdoberfläche, wo Magma aus dem Erdinneren an die Oberfläche tritt. Die austretenden Stoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein. Vulkanische Asche Siehe ÆAschen. Vulkanismus Bezeichnung für alle mit der Förderung von Magma an die Erdoberfläche verbundenen Vorgänge. Seine wichtigsten sichtbaren Erscheinungsformen sind die Vulkane. Vulkanit Vulkanite (auch: Ergussgesteine oder Effusivgesteine) sind eine Gruppe der magmatischen Gesteine. Sie entstehen, wenn Magma bis an die Erdoberfläche dringt und dort schnell abkühlt. Vulkanite besitzen daher immer ein sehr feinkörniges Gefüge, da für die Bildung großer Minerale keine Zeit bleibt. Der häufigste Vulkanit ist der Basalt. Vulkanschlot Schlote sind die Aufstiegskanäle der Magmen in Vulkanen.

Warft Künstlich angelegter Hügel in überschwemmungs- oder flutgefährdeten Gebieten. Warften dienen als Siedlungsplatz für Einzel- oder Gruppensiedlungen. Die Siedlungen auf den Halligen im norddeutschen Wattenmeer liegen auf Warften. Wärmestrahlung Siehe ÆInfrarotstrahlung. Warmzeit Zeitabschnitte, die zwei Kaltzeiten voneinander trennen. Sie besitzen ein wärmeres Klima und es kommt in diesen Zeiten zu einem Abschmelzen des Eises. Während der letzten Kaltzeiten gab es folgende Warmzeiten: (Weichsel-Kaltzeit), Eem-Warmzeit: von 128.000 bis 115.000 Jahre vor heute: (SaaleKaltzeit), Holstein-Warmzeit: von 585.000 bis 350.000 Jahre vor heute: (Elster-Kaltzeit), Cromer-Warmzeit: von 850.000 bis 760.000 Jahre vor heute. Warven Eine Warve ist eine aus hellen und dunklen Lagen bestehende Sedimentschicht in einem See. Die hellen Schichten enthalten Kalzitkristalle, die im Sommer abgelagert werden. Die Ablagerung der dunklen Schichten, die aus organischen Substanzen bestehen, findet im

Glossar Winter statt. Eine Warve umfasst also den Zeitraum eines Jahres. Zählt man alle Warven aus, kann das Alter des Sedimentes bestimmt werden. Warvenchronologie Altersbestimmung anhand von charakteristisch geschichteten Seesedimenten (Warven). Wasserhaushalt Der Wasserhaushalt eines Gebietes wird durch die Faktoren Niederschlag, Verdunstung, Abfluss, Rücklage und Verbrauch beschrieben. Wasserkreislauf Der Wasserkreislauf beschreibt schematisch die Bewegungen des Wassers zwischen den Kontinenten, Ozeanen und der Atmosphäre. Der Kreislauf beinhaltet Niederschlag, Verdunstung und Abfluss. Wasserscheide Die ober- aber auch unterirdisch verlaufende Grenze zwischen zwei Einzugsgebieten von Flüssen. An der Wasserscheide trennen sich die Niederschläge, indem sie entweder dem einen oder dem anderen Flusssystem zugeführt werden. Die oberirdischen Wasserscheiden sind meist Bergkämme oder -rücken. Watt Der flache, phasenweise trockene Meeresbereich einer Gezeitenküste. Während der Ebbe fallen die Wattgebiete trocken, während der Flut werden sie wieder überschwemmt. Das Watt besteht aus einem 10 bis 20 m mächtigen Sedimentkörper aus Sand und Schlick, der nach der letzten Kaltzeit (Weichsel) auf dem Grundmoränenmaterial abgelagert wurde. Wendekreise Die Wendekreise sind die 23 ° 27 ‘ sowohl nördlich als auch südlich des Äquators liegenden Breitenkreise. Die Sonne steht an einem Tag im Jahr (und zwar zur Zeit der Sommersonnenwende) auf diesen Breitenkreisen im Zenit.

Windablagerung Windablagerungen entstehen, wenn die Windgeschwindigkeit nicht mehr ausreicht, Materialien zu transportieren. Zu den Windablagerungen gehören die Dünen der Küstenbereiche und Trockengebiete, Flugsanddecken und Lössablagerungen. Generell haben Ablagerungen des Windes eine gute Sortierung. Windabtragung Die Windabtragung umfasst die Deflation und die Korrasion. Deflation ist die (meist flächenhafte) Abtragung des Untergrundes oder der Gesteinsoberflächen durch den Wind. Die Korrasion bezeichnet die mechanische Schleifwirkung des Sandes an Gesteinsoberflächen. Windhose Deutsche Bezeichnung für einen Tornado. Auch in Deutschland bilden sich regelmäßig Tornados. Windkanter Einzelsteine der Kälte- wie auch Wärmewüsten, die der abschleifenden Wirkung des Windes (Korrasion) ausgesetzt waren oder sind. Es handelt sich dabei um ein Gestein, das durch den Wind an einer Seite zugeschliffen wird. Dreht sich der Stein (oder der Wind), wird eine andere Seite bearbeitet. Es entstehen charakteristische Gesteinsformen (Dreikanter, Pyramidenkanter), die auch bei veränderten Umweltbedingungen auf ehemals trockene Verhältnisse schließen lassen. Windschliff (auch: Korrasion) Bezeichnet die mechanische Schleifwirkung des Sandes an Gesteinsoberflächen. Sie ist neben der Deflation eine wichtige Form der Windabtragung. Windschliff wirkt vor allem im vegetationsfreiem Gebiet. Wirbelsturm Starke Luftwirbel unterschiedlicher Größe, die je nach Ausdehnung und Entstehung als tropische Wirbelstürme (Hurrikan) oder Tornados bezeichnet werden.

Witterung Die sich im jahreszeitlichen Rhythmus wiederholende charakteristische Abfolge meteorologischer Erscheinungen. Wollsackverwitterung Verwitterungsart, die besonders beim Granit auftritt. Durch die an Klüften und Spalten wirkende chemische Verwitterung entstehen große rundliche Gesteinsblöcke, die Wollsäcken ähnlich sehen. Wüsten Vegetationslose oder vegetationsarme Gebiete, in denen Wasser- (Trockenwüsten) oder Wärmemangel (Kältewüsten) herrscht. Für die Wüstenbildung gibt es sowohl klimatische als auch reliefbedingte Ursachen. Man unterscheidet deshalb Passatwüsten, Küstenwüsten, Reliefwüsten und kontinentale Wüsten. Nach den vorherrschenden Substrattypen werden Sandwüsten, Hamada und Serir unterschieden. Zentraleruption Vulkanische Ausbruchstätigkeit, die von einem Punkt ausgeht. Im Gegensatz dazu stehen Lineareruptionen, bei denen die Ausbruchsstellen auf einer Linie angeordnet sind und Arealeruptionen, die auf eng begrenzten Flächen mit mehreren Austrittsstellen stattfinden. Zeugenberge Alleinstehende Einzelberge, die aus einem ehemalig zusammenhängenden Gesteinsverband durch Erosionsprozesse abgetrennt wurden. Im engeren Sinne sind Zeugenberge die Reste von zurückweichenden Stufen einer Schichtstufenlandschaft. Zweifarb-Geodimeter Messgerät in der Erdbebenvorhersage zum Erfassen schleichend langsamer Erdbewegungen, die als Warnhinweise für drohende Erdbeben gelten. Mit Hilfe zweier verschiedenfarbiger Laser können auf einer Strecke von 1 bis 12 km Verformungen auf 0,5 mm genau ermittelt werden.

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Index A

B

C

Abrasion 144 Aktualismus 36 Algarve 144 Alpen 66, 112 Altersbestimmung - Absolute 37 - Radiometrische 40 - Relative 37 - Warven-Chronologie 40 Amazonas 11, 126 Anden 65 Angelfalls 12 Annapurna 110 Antarktis 10 Antiklinale 113 Äolische Kraft 169 Appalachen 113 Aralsee 202 Aschenvulkan 86 Astenosphäre 19 Asteoriden 181 Asteroidengürtel 24 Ästuar 127 Atacama 10, 179 Ätna 9, 83 Atoll 151 Attahähle 132 Ausgleichsküste 152 Ayers Rock 8, 174

Badlands 72 Baikalsee 13 Barchane 174 Basalt 93 Batholith 65 Bay of Fundy 148, 149 Beaufort-Skala 171 Bergbaufolgelandschaft 201 Bergsturz 74 Binnendelta 127 Biogene Verwitterung 72 Black Smoker 201 Blattverschiebung 105 Boddenküste 152 Boden 50 - Bewegung 75 - Bildung 51 - Erosion 202 - Fossiler 51 - Horizont 51 - Tropischer 76 - Versalzung 202 Bohrungen 17 Blumentopferosion 149 Brackwasser 127 Brandung 141 Brandungstor 144 Brandungszone 143 Bruch 116

Canyon 123 Carlsberg Caves 13 Cenote 137 Chemische Verwitterung 72 Chicxulub-Krater 186 Chondrite 182

D Darwin, Charles 151 Death Valley 9, 72 Deflation 172 Deklination 60 Dekkan Trapp 86 Delta 126 Denudation 71 Detersion 161 Detraktion 161 Diagenese 47 Dinosauriersterben 186 Diskontinuität 18 Doline 137 Dünen 49, 174

E Eiszeit 164 Elektromagnetische Wellen 23 Endmoräne 161 Endogene Kräfte 55 Epizentrum 100

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Erdbeben 100 Erdbebenwellen 17, 102, 104 Erde - Alter 36 - Entstehung 14 - Erdkern 17 - Erdkruste 21 - Erdmantel 19 - Magnetfeld 60 - Umlaufbahn 24 - Radius 25 - Schalenaufbau 16 - Zeitalter 41 Erdpyramide 71 Erdschlipf 75 Erosion 71 Eruption - Formen 86 - Phreatomagmatische 92 - Plinianische 91 Exaraktion 161 Exogene Kräfte 53 Exzentrizität 26

F Faltung 113 Faunenschnitt 41 Findling 48, 153, 164 Firnlinie 155 Fjordküste 152 Flachwasserküste 126, 144 Fließgeschwindigkeit 121, 128 Flussbegradigung 196 Flusssediment 128 Flussterrassen 129 Förde 153 Formen - Größenordnungen 5 Fossile Korallen 142 Fossiler Boden 51 Fossilien 39, 44 Fossilisation 45 Front Range 117 Frostsprengung 72

Gefälle 121 Geologisches Zeitalter 41 Gemäßigte Zone 80 Gesteinskreislauf 47 Gesteinsschmelze 85 Gewässerregulierung 196 Gezeiten 148 Gezeitenküste 127, 148 Geysir 97 Giants Causeway 96 Gips 49 Glaziale Serie 165 Gleithang 124 Gletscher 155 Gletscherschrammen 156 Gletschersee 166 Gletscherspalte 163 Gletschervorstoß 164 Gletscherzunge 163 Gobelin Valley 172 Gornergletscher 156 Graben 116 Grand Prismatic Spring 98 Gravitation 74 Great Barrier Reef 13 Grönland 10 Grundmoräne 161 Guilin 130

H Haff 144 Halbwertszeit 40 Hängetalwasserfall 161 Hangneigung 75 Hangrutschung 144 Hawaii 68 Hess, Harry 57 Himalaya 66, 111 Höhenstufe, klimatische 81 Horizonte, Boden 51 Horst 116 Hot Spot 69 Hypozentrum 100

I G Gebirgsbildung 108

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Iguacu-Wasserfälle 12, 138 Inlandeis 165

Innertropische Konvergenz 178 Inselbogen 65, 109 Insolationsverwitterung 80

J Jardangs 173 Jungmoränenlandschaft 166 Jupiter 31

K K2 110 Kalbungsfront 159 Kalk 130 Kalkkreislauf 131 Kalkstein 130 Kalkalpen 49, 112, 132 Kalte Zone 81 Kaltzeit 164 Kappadokien 71 Kar 161 Karling 161 Karren 136 Karst 130 Kerbtal 123 Kieselsäure 86 Klamm 123 Kliff 144 Kilimandscharo 8, 81 Klimaerwärmung 157, 196 Klimaklassifikation 78 Klimatische Höhenstufe 81 Klimazone - Gemäßigte 80 - Kalte 81 - Subtropen 80 - Tropen 76 Kluft 116 Kohle 200 Kohlendioxid 72 Kohlensäure 130 Kohlensäureverwitterung 130 Konglomerat 128 Kongo 12, 126 Kontinent-Kontinent-Kollision 66 Kontinentaldrift 59 Kontinentale Kruste 21 Korallen 150

Index Korallenriff 151 Korrasion 172 Korrosion 131 Krakatau 89 Kreideküste 152 Kreide/Tertiärgrenze 188 Kreislauf der Gesteine 47 Krustengesteine 21 KTB 17

L Lageregel 37 Lagerungsverhältnisse 37 Lahar 93 Lanzarote 84, 93 Lapilli 96 Lateritgestein 77 Lava 86, 93 Leitfossilien 39 Lithosphäre 21 Löss 176

Meteoritenkrater 181, 189 Milankovich-Zyklus 156 Milchstraße 32 Mineralbestand 50 Mississippi 126 Mittelatlantischer Rücken 63 Mittelgebirge 112 Mittelmoräne 161 Mittelozeanischer Rücken 57, 62, 201 Mofetten 97 Mohorovicic 21 Mond 26 Mondkrater 183 Mono Lake 198 Moräne 161 Mount Everest 8 Mount St. Helens 85 Mulde 113 Muldental 123 Mure 74

N M Mäander 124 Maar 90 Magma 46, 85 Magmatite 46 Magnetfeld 60 Malaspinagletscher 11 Mangrovenküste 149 Marianengraben 65 Mars 29 Massenaussterben 41 Massenbewegung 74 Matterhorn 8, 161 Mauna Kea 68 Mauna Loa 86 Meeresboden 64 Meeressediment 142 Meeresspiegelanstieg 147, 153, 194 Mekong 126 Mercalli-Skala 101 Merkur 30 Metamorphite 47 Metamorphose 50 Meteor 182 Meteorit 181

Namib 178 Nasca-Platte 65 Nehrung 145 Neptun 31 Nevado del Ruiz 89 Nevado Sajama 9 Niger 126 Nil 11, 127 Nordseeküste 146 Nunatakker 161

O Oberrheingraben 119 Ostafrikanischer Graben 63, 64 Ostpazifischer Rücken 63 Ostsee 152 Ozean-Kontinent-Kollision 65 Ozean-Ozean-Kollision 65 Ozeanische Kruste 21

P Pasterze 155, 157 Pazifische Platte 65 Pazifischer Feuerring 65, 85 Permafrost 124

Petrified Forest 48 Phillipinische Platte 65 Physikalische Verwitterung 71 Pillow-Lava 63 Pilzfelsen 172 Pinatubo 89 Planeten 14 Planetesimals 14 Plateaubasalt 86 Plattengrenzen 58, 100 Plattentektonik 56, 108 Pluto 23 Pol - geographischer 60 - magnetischer 60 - Umpolung 61 - Wanderung 61 Polje 137 Ponor 136 Prallhang 124 Präzession 26 Primärwellen 17 Protoplaneten 14 Pyroklastischer Strom 92

R Radiometrische Altersbestimmung 40 Rheinfall 139 Rheinisches Schiefergebirge 113, 129 Riff 45 Riffkorallen 151 Ring of fire 65, 85 Rinnensee 166 Rippelmarken 49 Rohstoffgewinnung 200 Rückschreitende Erosion 138

S Sahara 10 Salzsprenung 72 San-Andreas-Störung 68, 100, 117 Sander 165 Santorini 89 Sattel 113 Saturn 31 Schichtvulkan 86 Schildvulkan 86

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Schlammstrom 74 Schleppkraft 121 Schratten 136 Schwarzglas 190 Schwerkraft 74 Seafloor-Spreading 62, 63 Seismograph 100 Schalenaufbau der Erde 16 Schärenküste 152 Schneegrenze 155 Schotter 128 Sedimentation 128 Sedimentfracht 122 Sedimentite 47 Sedimentschichten 37 Sedna 24 Seitenerosion 122 Sekundärwellen 17 Sinterringe 133 Sinterbildungen 97, 134 Sohlental 123 Solfatar 96 Solifluktion 75 Sonne 14, 23 Sonnensystem 15 Springtide 148 Stalagmit 133 Stalagnat 133 Stalaktit 133 Stauchfalte 153 Stauchendmoräne 161 Stausee 198 Steilküste 143 Steinkohle 200 Störung 116 Strahlung 23 Strandhaken 145 Strandversetzung 145 Stratigraphie - Grundregeln 38 - Schichtenabgleich 46 Stratovulkan 86 Stromboli 83 Sturmflut 147 Subduktionszone 65, 109 Subtropen 80 Südamerikanische Platte 65

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Surtsey 84 Sylt 141 Synklinale 113

T Tagebau 200 Talformen 122 Tambora 89 Tanganjikasee 13 Tektonik 113 Tektit 190 Tephra 94 Terrassen 129 Teufelsmauer 118 Tidenhub 148 Tiefenerosion 122 Tiefseegraben 65 Thermal boundary layer 18 Totes Meer 9 Transformstörung 68 Trockental 124 Trogtal 160 Tropen 76 Tropischer Regenwald 169 Tropfsteinhöhle 131 Tropischer Boden 76 Tsunami 105 Tulla, Johann Gottfried 196

U Uluru 8, 173 Umlaufbahn 24 Umlaufberg 125 Umpolung 61 Uranus 31 Uratmosphäre 15 Urstromtal 165

- Insolation 80 - Kohlensäure 130 - Physikalische 71 - Salzsprengung 72 - Zonen 79 Vesuv 89, 95 Vulkan - Aschenvulkan 86 - Linearvulkan 87 - Maar 90 - Stratovulkan 86 - Schildvulkan 86 Vulkanische Bombe 95

W Wadi 123 Wanderdüne 176 Warmzeit 164 Warven-Chronologie 40 Wasser - Süßwasserspeicher 71 - Wasser der Erde 70 Wasserfall 138 Watt 148 Wellen 141 Wellenhöhe 141 Wellenrefraktion 143 Wegener, Alfred 56 Widmannstättensche Figuren 182 Wiechert-Gutenberg 18 Windkanter 173 Windschliff 172 Wurzelsprengung 73 Wüste 177

Y Yosemite-Wasserfälle 12, 139

V

Z

Valley-and-ridge-Provinz 113 Vatnajökull 11 Venus 28 Vergenz 114 Verwitterung - Biogene 73 - Chemische 72 - Frostsprengung 72

Zeitskala, geologische 41 Zirkon-Kristalle 14 Zungenbeckensee 166

Bildnachweis 2Mass/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF: 32u, 33om/u Achim Brauer/GFZ Potsdam: 41or Alaska Division of Geological and Geophysical Surveys, C. Nye: 87um Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung: 56 Andreas Heitkamp: 9o, 10om, 65u, 175o, 179o, 193 Attendorner Tropfsteinhöhle, Erh. Epe Erben - Dr. Böhmer KG: 132, 133 Axel Rautenberg: 130 Cascades Volcano Observatory: 94omr Cathrin Brüchmann/GFZ Potsdam: 41ul Commander Grady Tuell, NOAA Corps: 141 DFG Forschungszentrum Ozeanränder: 188, 201u Erlebniswelt steinzeichen: 42/43 (Lebensbilder) Evert Wesker: 8o, 54u, 55u, 110 Franz Ossing: 149o Gary A. Glatzmaier und Paul H. Roberts, Pittsburgh Supercomputing Center: 61ml/mr/ul/ur GeoForschungszentrum (GFZ) Potsdam: 17, 60u Gertrud Keim: 86 Harald Frater: 2, 3, 4, 5, 8um, 10o, 13o, 35, 39, 49or, 49u, 52, 53, 70, 72, 73, 74, 75or, 76, 77, 80, 81, 84u, 90o, 93u, 95or, 95u, 106, 108, 111o, 112, 113ul, 113ur, 120, 124, 1250, 1280, 129u, 136ol/om/or, 137o, 139or/l, 140, 142, 143, 144o, 145, 147o, 148u, 149u, 150om, 152, 153, 154, 156, 157ur, 160, 161ol/or, 162, 164l, 166, 167o, 172, 177o, 192, 197, 200, 201o, 202u, 204 Harry Yeh, University of Washington: 105ol/or Hawaii Volcano Observatory: 87om Hemera Photo Objects: 60o IMSI MasterClips: 26o, 32ol, 161ur, 174l, 202o J.F.W. Negendank/GFZ Potsdam: 37 Jens Oppermann: 36, 118, 49ol, 50, 113ur, 118, 121, 137u K. Bauer: 96o Karl Wüstenhagen, Wentorf: 48u, 49om, 167u Kerstin Fels: 54o, 198, 199u Kultur- und Tourismusministerium Ankara: 71u Manfred Rank: 82 National Aeronautics and Space Administration (NASA): 31m/ul, 94or, 185; Don Davis: 181, 186u; Goddard Space Flight Center (GSFC): 6/7, 8om, 9om, 9um, 10u, 11u, 12o, 130m, 14, 22, 30um, 67, 68u, 115, 119om, 126, 147u, 163, 178o, 180 (Erde), 190or, 199o, 203; Jet Propulsion Laboratory (JPL): 28o/u, 29o/u, 30o/om/u, 31ur, 32o, 180 (Asteroid), 182o, 183o, 186o; Johnson Space Center (JSC): 11om, 11um, 13u, 83, 107, 113or, 114u, 117, 1270l/or, 150or/ul/um/ur, 174r, 190om, 191ol; Lunar Planetary Institute (LPI): 187u; National Space Science Data Center (NSSDC): 26u, 31ol/or; NASA Landsat Project Science Office und USGS EROS Data Center: 11o, 189o, 191om/or; NASA/ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/NIMA: 119ol; NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS und U.S./Japan ASTER Science Team: 127om, 170; NASA/JPL/Califonia Institute of Technology (Caltech): 24o, 182u; NASA/JPL/National Imagery and Mapping Agency (NIMA): 109, 187o; NASA/Space Telescope Science Institute (STSCI): 33or National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA): 10um, 105om, 150ol, 155, 158, 159; National Geophysical Data Center (NGDC): 103, 119or; NOAA/OAR/National Undersea Research Program (NURP): 63u National Park Service (USA): 9u, 12u, 13um, 48o, 90u, 92u, 97r, 98/99, 134, 135 Pachur, Prof. Dr. Hans-Joachim : 168, 169, 173, 174m Peter Schneider: 8u, 175u Sammlung BGR/NLfB, Hannover: 34, 44, 51, 183u, 184o Schmalzl und Hansen, Institut für Geophysik, Uni Münster: 19 Solar and Heliospheric Observatory (SOHO is a project of international cooperation between ESA and NASA): 23 Sylvia Wolter: 12om/um, 138 U.S. Geological Survey (USGS): 75ol/om, 87ol/ul, 91u, 94ol/uml/umr/ur, 95om, 100o; Astrogeology Research Program: 190ol; B. Chouet: 85o; C. Heliker: 89o; C. Newhall: 94ul; D. Little: 87ur; D.R. Mullineaux und S.R. Brantley: 85u; D.W. Peterson: 95ol; G.K. Gilbert: 104om; J.D. Griggs: 55o, 89u; J.W. Ewert: 92o; R.L. Christiansen: 96u; R. McGimsey: 87or; R.P. Hoblitt: 93o; R.W. Decker: 91o; T.P. Miller: 94oml Universität Bremen, Bohrkernlager: 188 University of California, Berkeley: 104ol University of Colorado: 84o (Erläuterung Seitenangaben: l = links, m = mitte, r = rechts, o = oben, u = unten)

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