Rainer Olzem - arge-geologie.de
Vulkanische Tuffe und Lapilli am Mirador de los Andenes auf La Palma

Stratigrafische Tabelle von Deutschland

zum Downloaden (7 MB)

Geologie

Ganz kurze Geschichte der Geologie

James Ussher...
...und seine Annales

Die biblische Zeitskala

Die Geologie ist eine noch junge Wissenschaft. Denn bis weit ins 18. Jahrhundert wurden viele wissenschaftliche und historische Ansätze durch das Festhalten an der Schöpfungsgeschichte und der unumstößlichen biblischen Zeitskala verhindert. Alles auf Erden war streng nach der Genesis von Anfang an und auf einmal und unveränderlich von Gott erschaffen worden. Das ließ weder Deutung noch Wissenschaft zu.

So datierte der Erzbischof von Armagh, James Ussher (1581-1656), die Entstehung der Welt auf Sonntag den 23. Oktober 4004 vor Christus. Da die Schöpfung 6 Tage gedauert hatte, würde die Welt über 6 Zeitalter bestehen. Und weil die Bibel offenbarte, dass für den Herrn ein Tag wie tausend Jahre sei, würde die Welt nach 6.000 Jahren untergehen.

Nur der Sintflut gestattete man, die Oberfläche der Erde nach der Schöpfung noch verändert zu haben. Sie wurde auch für die Fossilien verantwortlich gemacht, die weit weg vom Meer gefunden wurden. Aber wenn Gott der Welt in der ersten Woche ihre Form gegeben hatte, wie kamen dann die Muscheln in das Gestein, das angeblich längst existierte, als die Sintflut kam. Durch die Sintflut konnten Muscheln auf den Bergen liegen, nicht aber tief im Gestein.

Wegen der Ähnlichkeit der Küstenlinien von Afrika und Südamerika - immerhin eine moderne Erkenntnis - machte der Theologe Lilienthal 1736 die Sintflut sogar für das Auseinanderbrechen der Kontinente verantwortlich.

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Nicolaus Steno
Steno: De Solido...

Das stratigrafische Prinzip

1669 beschrieb der dänische Arzt und Naturforscher Nicolaus Steno (1638-1686) in der italienischen Toscana das erste geologische Profil mit der grundlegenden Erkenntnis, dass die unten liegenden Gesteinsschichten die älteren sind, und die darüber lagernden sukzessive immer jünger werden. Damit entdeckte Steno das stratigrafische Prinzip, dass der Anordnung im Raum auch eine Abfolge in der Zeit entspricht. Er erkannte auch, dass die Schichten ursprünglich horizontal abgelagert worden waren, und dass sie nachträglich durch erdinnere Kräfte in ihre heutige Raumlage gebracht wurden. Darüber hinaus identifizierte er die Fossilien als Reste ausgestorbener Pflanzen und Tiere.

Stenos Zeitgenossen leugneten den organischen Ursprung der Fossilien und sahen sie als spontane Bildungen und kuriose Naturspiele an, von einer dubiosen Vis Vitalis geschaffen. Als erster erkannte Robert Hooke (1638-1703), dass man aus dem Fossilinhalt der Gesteine eine zeitliche Abfolge der sich verändernden Umweltbedingungen rekonstruieren könne. Hookes Idee hatte aber in der damaligen religiös zementierten Welt keine Chance.

Johann Gottlob Lehmann...
...seine Flöz-Gebürge...
... und ein geologisches Profil

Von der Geognosie zur Geologie

Während der Aufklärung lockerte sich allmählich der Glaube an die biblische Zeitskala, was Descartes, Leibniz und Kant theoretische Spekulationen über die Entstehung der Erde ermöglichte. Damit wandelte sich die Geologie nach und nach von einer beschreibenden (Geognosie) zu einer erklärenden Wissenschaft (Geologie).

Der preußische Bergrat Johann Gottlob Lehmann (1719-67) und der fürstliche Leibarzt Georg Christian Füchsel (1722-73) fertigten in der Mitte des 18. Jahrhunderts die ersten geologischen Karten und Profilschnitte über die Gesteinsschichten in den Bergbaurevieren von Thüringen. Und der toskanische Bergwerksdirektor Giovanni Arduino (1735-95) zeichnete ein Profil des italienischen Alpenvorlands und unterteilte die Gesteine in Primär, Sekundär, Tertiär und Quartär. Die letzten beiden Bezeichnungen sind noch heute gebräuchlich.

Zunächst zog man zur Unterteilung der Gesteine deren unterschiedliche lithologische Ausbildung heran, erst später auch den Fossilinhalt, als man erkannte, dass die Fossilien in den jüngeren Schichten sich von denen der älteren Schichten unterschieden und den heute lebenden Organismen immer ähnlicher wurden.

William Smith und...
...seine geologische Karte

Der englische Vermessungsingenieur und Kanalbauer William Smith (1769-1839) veröffentlichte 1815 eine farbige Karte der Geologie von England und Wales, die sowohl den Fossilinhalt als auch die Lithologie in Betracht zog. Smith hatte erkannt, dass bestimmte Gesteinsfolgen auch durch eine ganz bestimmte unverwechselbare Faunenfolge charakterisiert werden. Trotz der Genialität seiner Karte musste Smith gegen massive Widerstände ankämpfen und wurde erst rehabilitiert, als er sich bereits in hohem Alter resigniert zurückgezogen hatte. Smiths Karte ermöglichte es den Geologen fortan nicht nur, die Verbreitung bestimmter Gesteine an der Oberfläche darzustellen, sondern auch ihre Lage im Untergrund vorherzusagen.

Plutonisten gegen Neptunisten

In der Folgezeit war der Streit zwischen Plutonisten und Neptunisten, vordergründig wissenschaftlich geführt, auch eine Grundsatzdiskussion unterschiedlicher religiöser Anschauungen hinsichtlich der biblischen Schöpfungsgeschichte. Nach dem Neptunismus bildeten sich die Gesteine ausschließlich durch Sedimentation aus wässrigen Lösungen. Hauptvertreter dieser Theorie war der Leiter der Bergakademie Freiberg, Abraham Gottlob Werner (1749-1817). Vulkanische Phänomene erklärte er als unbedeutende, lokale Erdbrände, und die daraus resultierenden Gesteine seien lediglich aufgeschmolzene Sedimente.

James Hutton
aus: Theory of the Earth

Werners Gegenspieler war der Schotte James Hutton (1726-97), der als Plutonist die Ansicht vertrat, dass der Ursprung aller Gesteine in magmatischen und vulkanischen Prozessen zu suchen ist. Geschmolzene Gesteine aus dem Erdinneren bahnten sich ihren Weg nach oben und könnten zur Erdoberfläche durchbrechen. Durch Erosion würden diese Gesteine frei gelegt und wieder abgetragen. Auf dem Festland würden sie als Böden und in den Ozeanen als Sedimente abgelagert. Durch das hohe Gewicht weiterer Sedimentlagen würden die älteren Schichten immer stärker verfestigt und schließlich unter dem hohen Druck wieder aufgeheizt und aufgeschmolzen (Theory of the Earth, 1795). Dieser so genannte Kreislauf der Gesteine wird heute allgemein akzeptiert.

Die Kontrahenten George Cuvier und...
...Charles Lyell, Begründer der modernen Geologie
aus Lyells: Principles of Geology

Katastrophisten und Evolutionisten

Eine weitere Kontroverse gab es zwischen den so genannten Katastrophentheoretikern und den Evolutionisten. Hauptvertreter der Katastrophentheorie war Georges Cuvier (1769-1832). Aus den oft erheblichen Unterschieden im Fossilinhalt einzelner geologischer Formationen schloss er, dass im Lauf der Erdgeschichte katastrophale Ereignisse stattgefunden haben müssten, die in bestimmten Regionen sämtliche Lebewesen ausgelöscht hätten. Danach seien diese durch zugewanderte oder gänzlich neu erschaffene Organismen ersetzt worden. Die Sintflut sah er nur als die letzte dieser Katastrophen an.

Die Theorie des Evolutionismus und des Aktualismus wurde von Sir Charles Lyell (1797-1875) entwickelt und vertreten. Sein Buch Principles of Geology erschien 1830. Lyell glaubte an eine sehr lange geologische Zeitskala und ging davon aus, dass die Prozesse, die zur Bildung der Gesteine geführt hatten, mit den Vorgängen, die man heute beobachtet, im Wesentlichen übereinstimmen müssten: Die Gegenwart ist der Schlüssel zur Vergangenheit. Die Veränderungen im Fossilinhalt erklärte Lyell durch langsames Heben und Senken der Erdkruste. Die Schichtgrenzen, an denen sich die Lebewesen sprunghaft veränderten, entsprächen dabei den Zeiten, in denen sich auf dem herausgehobenen Festland keine Sedimente abgelagert hätten.

Der junge Charles Darwin

Darwins Durchbruch

Charles Robert Darwin (1809-1882) verhalf der Hypothese der Evolution schließlich zum Durchbruch. Darwin lieferte mit seiner Theorie der natürlichen Zuchtauswahl das Werkzeug, mit dem die allmähliche Veränderung der Organismen im Laufe der Erdgeschichte erklärt werden konnte (On the Origin of Species, 1859).

Einer der letzten Anhänger des reinen Katastrophismus - trotz großer wissenschaftlicher Leistungen in der Ichtyologie und in der Eiszeitforschung - war Louis Agassiz (1807-1873), der die Artenvielfalt auf einen schöpferischen Gott zurückführte. Heute wissen die Geologen, dass die Vorstellung von langen stabilen geologischen Epochen, in denen sich nur wenig verändert, die Möglichkeit von einmaligen, plötzlichen katastrophalen Umwälzungen nicht ausschließt.

Darwin als älterer Herr
James Dwight Dana

Theorien zur Gebirgsbildung

Im 19. Jahrhundert wurden weitere neue geologische Zusammenhänge entdeckt und neue Theorien aufgestellt. De Beaumont (1798-1874) entwickelte die erste Theorie der Gebirgsbildung, wonach die Gebirgsgürtel durch die Abkühlung des Erdkörpers entstünden, ähnlich wie die schrumpfende Haut eines erkaltenden Bratapfels. Im Schweizer Jura und in den Appalachen in den USA wurden immer mehr Indizien entdeckt, die auf starke seitliche Einengung von Gesteinsschichten hinwiesen. Diese Bewegungen hatten dort anscheinend zur Bildung ausgedehnter Faltung und tektonischer Überschiebung geführt. 1873 fasste der amerikanische Geologe James Dwight Dana (1813-1895) solche Beobachtungen zu seiner Geosynklinal-Theorie zusammen, die bis in die 60er Jahre des 20. Jahrhundert das maßgebliche tektonische Erklärungsmodell blieb.

Eduard Suess und...
...Hans Stille

In Europa verhalf der österreichische Geologe Eduard Suess (1831-1914) mit seinen Arbeiten über die Alpen der Geosynklinal-Theorie zum Durchbruch. Auf ihn geht auch die Unterteilung in weltweite Gebirgsbildungsphasen zurück: die kaledonische, variskische und alpidische Ära. Der deutsche Geologe Hans Stille (1876-1966) vertrat noch bis in die 20er Jahre des 20. Jahrhunderts erfolgreich die Kontraktions-Hypothese, nach der die Gebirgsbildung durch Schrumpfung des Erdkörpers hervorgerufen werde (Stille Zyklus). Das Problem der Hypothese bestand darin, dass sie expansive Phänomene wie die Einsenkung von Grabenbrüchen oder Spaltenvulkanismus nicht hinreichend erklären konnte. Außerdem blieb unklar, wie eine kontinuierliche Abkühlung zu zyklisch wiederkehrenden Phasen der Gebirgsbildung führen soll, die durch Zeiten tektonischer Ruhe voneinander getrennt sind.

Moderne Erkenntnisse

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden immer mehr Ähnlichkeiten zwischen den Sedimenten und Fossilien auf unterschiedlichen Kontinenten entdeckt. Man postulierte daher die Existenz von Landbrücken, die die Kontinente früher miteinander verbunden hätten. Suess hingegen nahm an, dass große Teile des ursprünglich zusammen hängenden Kontinents Gondwana abgesunken seien und sich in Ozeanböden verwandelt hätten.

Bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurden die unterschiedlichsten tektonischen Hypothesen entwickelt, wie die Pulsations-Theorie, die von abwechselnden Phasen von Kontraktion und Expansion der Erde ausgeht, oder die Oszillations-Theorie, die auf vertikale, isostatische Ausgleichsbewegungen der Erdkruste zurück greift. Wie ihren Vorgängern ist allen diesen Theorien gemeinsam, dass sie von einer Fixierung der Erdkruste auf ihrer Grundlage ausgehen.

Emil Wiechert

Als der italienische Physiker Luigi Palmieri (1856) und der deutsche Geophysiker Ernst von Rebeur-Paschwitz (1889) die ersten Seismografen entwickelten, konnten die Ausbreitungswellen von Erdbeben im Erdkörper aufgezeichnet werden. 1902 schloss der deutsche Physiker Emil Wiechert (1861-1928) aus seismischen Daten auf die Schalenstruktur der Erde mit Erdkern, Erdmantel und Erdkruste.

Als Ende des 19. Jahrhunderts die ersten untermeerischen Fernsprechkabel von England nach Nordamerika verlegt wurden, entdeckte man ein von Norden nach Süden durch den gesamten Atlantik ziehendes Gebirgsmassiv, den Mittelatlantischen Rücken. Lange Zeit zog man keine Schlüsse aus der Tatsache, dass er sich küstenparallel erstreckte, anstatt die Kontinente zu beiden Seiten des Atlantiks in Ost-West-Richtung zu verbinden.

Der Geowissenschaftler und...
...Meteorologe Alfred Wegener

Fixierte oder mobile Erdkruste?

Die ersten mobilistischen Vorstellungen über die Möglichkeit größerer lateraler Bewegungen von Festlandsmassen entwickelte der deutsche Meteorologe Alfred Wegener (1880-1930). In seiner Kontinentaldrift-Hypothese von 1915 nahm Wegener an, dass die relativ leichten granitischen Gesteine der kontinentalen Kruste (Sial) auf dem dichteren zähflüssigen Untergrund aus basaltischem Material (Sima) wie Eisberge auf dem Wasser schwimmen. Ein Superkontinent, in dem alle Landmassen der Erde vereinigt waren (Pangaea), könnte so durch relativ geringe Kräfte zerbrechen und auseinander driften. Das erklärte den gleichsinnigen Verlauf der östlichen und westlichen Küstenlinien und die Ähnlichkeiten von Fossilien und Gebirgszügen zu beiden Seiten des Atlantiks.

Wegeners Theorie stieß zu seinen Lebzeiten auf vehemente Ablehnung, da er die wirkenden Kräfte nicht plausibel erklären konnte. Erst der britische Geologe Arthur Holmes (1890-1965) postulierte durch Konvektionsströmungen heißer Magmen im Erdmantel einen Bewegungsmechanismus von Kontinentalplatten.

Arthur Holmes

Ein Paradigmenwechsel hin zum Mobilismus erfolgte jedoch erst in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts, als man erkannte, dass das weltumspannende System von mittelozeanischen Rücken seismisch aktiv ist, und dass dort entlang vulkanischer Spalten kontinuierlich neues Material aus dem Erdmantel an die Oberfläche tritt. Auf Island, das exakt auf dem mittelatlantischen Rücken liegt, wurde durch paläomagnetische Messungen der Gesteine auf dem Meeresgrund nachgewiesen, dass sich die beiden gegenüber liegenden Seiten des Ozeanbodens (Eurasische und Nordamerikanische Platte) jedes Jahr um einige Zentimeter auseinander bewegen (Sea-Floor-Spreading).

Lage und Typen der tektonischen Platten und Hot Spots

Die Plattentektonik

Aus weiteren geophysikalischen Beobachtungen entwickelte sich darauf hin die heute allgemein akzeptierte Theorie der Plattentektonik (oder so). Der zyklische Wechsel von Phasen des Auseinanderbrechens von Kontinenten und der erneuten Kollision liefert eine plausible und umfassende Erklärung nicht nur für die wiederkehrenden globalen Gebirgsbildungsphasen, sondern auch für eine ganze Reihe anderer geologischer Phänomene wie Vulkanismus, Erdbeben, Grabenbildung und den Kreislauf der Gesteine. Bedurften vordem geologische Erscheinungsformen einer Vielzahl von unterschiedlichen ursächlichen Erklärungen, so liefert die Plattentektonik - als erste globale geodynamische Theorie - auf elegante Weise ein Erklärungsmuster für fast alle endogenen Phänomene der Erde.

Das Schema der Plattentektonik (wikipedia)
Quelle: Konrad Anton (pechfunk.de)

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Siehe auch unter Literatur

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