Die Geologie, von griechisch γη (ge)—Erde und λογος (logos)—Wort, ist die Wissenschaft vom Aufbau, von der Zusammensetzung und Struktur der Erde, ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Entwicklungsgeschichte, sowie der Prozesse, die sie formten und auch heute noch formen.
Den Begriff Geologia findet man bereits bei Richard de Bury (1286-1345), er benutzt ihn jedoch zur Abgrenzung gegenüber der Theologie.
Die Bezeichnung Geologie im heutigen Sinn wird zuerst von Jean-André de Luc (1727 -1817) im Jahr 1778 verwendet und von Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799) im Jahr 1779 als feststehender Begriff eingeführt.
Davor war der Begriff Geognosie gebräuchlich.
Das Material, mit dem sich Geologen hauptsächlich beschäftigen, sind Gesteine.
Im Gelände gliedert der Geologe die an der Erdoberflächeaufgeschlossenen (offen zugänglichen) Gesteine, an Hand von äußeren Merkmalen, in definierte Einheiten, die sich auf einer geologischen Karte darstellen lassen. Durch Extrapolation kann er so vorhersagen, wie die Gesteine im Untergrund gelagert sind. Die genauere Untersuchung der Gesteine (Petrographie, Petrologie) findet aber meist im Labor statt. Mit den einzelnen, z.T. mikroskopisch kleinen, Bestandteilen der Gesteine, den Mineralen, befasst sich die Mineralogie.
Die Geologie hat vielfältige Berührungspunkte mit anderen Naturwissenschaften, die als Geowissenschaften zusammen gefasst werden. Selbst die Mathematik hat einen speziellen Zweig, die Geostatistik, hervorgebracht, der besonders im Bergbau Verwendung findet. Aber auch in anderen Feldern der Geowissenschaften werden oft statistische Methoden angewandt. Im Grenzgebiet zur Astronomie bewegt sich die Planetengeologie, die sich seit Beginn der Erforschung unseres Sonnensystems mit Sonden und Satelliten, mit fremden Himmelskörpern zu beschäftigen beginnt.
Die allgemeine Geologie befasst sich mit den Kräften, die auf den Erdkörper einwirken und zur Gesteinsbildung beitragen. Jedes Gestein kann an Hand seiner spezifischen Ausbildung (Gefüge, Struktur) einer der drei großen Gesteinsfamilien zugeordnet werden: Sedimente, Magmatite und Metamorphite. Jedes Gestein kann durch geologische Vorgänge in ein Gestein der jeweils anderen beiden Familien umgewandelt werden, (siehe dazu: Kreislauf der Gesteine). Die Prozesse, die an der Erdoberfläche wirken, werden als exogen, die im Erdinneren als endogen bezeichnet.
Die exogene Dynamik führt zur Bildung von Sedimentgesteinen durch die Verwitterung anderer Gesteine, die Erosion durch Wind, Wasser oder Eis, die Massenbewegungen großer Gesteinsmengen unter dem Einfluss der Schwerkraft, die physikalische Ablagerung des zerkleinerten Materials (Detritus), die chemische Ausfällung von Evaporiten (anorganische Kalke, Gips, Salz) und die Bildung biogener Sedimente (wie die meisten Kalksteine oder Diatomit). Ein besonders komplexes Gebiet behandelt hier die Bodenkunde.
Die endogene Dynamik beginnt mit der Erhöhung des Drucks, unter der andauernden Ablagerung von weiteren Sedimenten auf die unterlagernden Schichten. Durch Entwässerung, Kompaktion und Verfestigung (Diagenese) wird aus den Lockersedimenten festes Gestein. Die Verformung von Gesteinen und die Rekristallisierung von Mineralen unter zunehmend höheren Temperaturen und Drücken wird als Metamorphose bezeichnet. Dabei bleibt das Gestein aber zunächst noch in festem Zustand. Schließlich kann es aber doch zur Aufschmelzung der Gesteine kommen (Anatexis). Glutflüssige Magmen steigen dann wieder aus dem Erdmantel auf. Wenn die Magmen in der Erdkruste stecken bleiben und erkalten, bilden sich Plutone, z. B. aus Granit, wenn sie die Erdoberfläche erreichen, kommt es zur Bildung von Vulkaniten wie Lava oder vulkanische Asche. Die Bewegungen, die die Oberflächengesteine in die Tiefe verfrachten, verformen und falten, aber gleichzeitig die Tiefengesteine wieder an die Oberfläche bringen sowie die Spuren, die diese Kräfte in den Gesteinen hinterlassen, wie Scherung und Schieferung, werden von der Tektonik und der Strukturgeologie untersucht.
Historische Geologie
Die historische Geologie erforscht die Geschichte der Erde im Allgemeinen und die Entwicklungsgeschichte (Evolution) der Lebewesen im Besonderen.
Um aus der heutigen Situation Rückschlüsse auf die Vergangenheit ziehen zu können, bedienen sich die Geologen des Prinzips des Aktualismus. Dieses lässt sich in einem Satz zusammenfassen: »Der Schlüssel zur Vergangenheit ist die Gegenwart." Auf die geologische Wirklichkeit angewendet:
Findet ein Geologe alte Gesteine, die fast identisch z. B. mit ausgeflossenen Laven eines heute aktiven Vulkans sind, dann geht er davon aus, dass es sich bei dem gefundenen Gestein ebenfalls um vulkanisches Material handelt. Allerdings lässt sich der Aktualismus nicht auf alle Gesteine anwenden. Die Bildung von Eisenerzlagerstätten (BIF—»bandered iron formations") lässt sich heute nicht mehr beobachten, da sich die chemischen Bedingungen auf der Erde derart geändert haben, dass die Entstehung solcher Gesteine nicht mehr stattfindet. Andere Gesteine bilden sich eventuell in solchen Tiefen, dass ihre Bildung außerhalb des Zugriffs des Menschen liegt. Um die Entstehung solcher Gesteine zu verstehen, greifen die Geowissenschaftler auf Laborexperimente zurück.
Geologen unterscheiden sich von anderen Naturwissenschaftlern in ihrer Haltung gegenüber der Zeit.
Physiker und Chemiker beobachten Vorgänge, die oftmals nur Bruchteile von Sekunden andauern: eine rasch ablaufende chemische Reaktion wie eine Explosion oder radioaktiver Zerfall von Atomkernen.
Die Bildung eines Gebirges kann aber mehrere Dutzend Millionen Jahre dauern.
Um sich in diesen riesigen Zeiträumen zurechtzufinden, wurde die geologische Zeitskala entwickelt.
Als Instrument zur Entwicklung einer geologischen Zeittafel oder -skala benutzen Geologen die Stratigraphie.
Die Grundlage der Stratigraphie bildet ein Prinzip von verblüffender Einfachheit: die Lagerungsregel. Eine Schicht im Hangenden ('oben') wurde später abgelagert, als die Schicht im Liegenden ('unten'). Allerdings sollte beachtet werden, dass ursprünglich horizontal abgelagerte Schichten durch spätere tektonische Bewegungen verstellt oder sogar überkippt sein können. In diesem Fall ist man auf die Existenz von eindeutigen Oben-Unten-Kriterien angewiesen, um die ursprüngliche Lagerung zu bestimmen. Weiterhin gilt, dass Schichten, die solche verstellten Gesteine mit einer Diskordanz, dh. schiefwinklig zur Schichtung, überlagern, ebenfalls jünger sind als letztere. Das selbe gilt aber auch für magmatische Gänge und Intrusionen aus der Tiefe, die die Schichten von unten durchschlagen.
Bei der Erstellung eines stratigraphischen Profils werden besonders Erkenntnisse der Paläontologie angewandt. Wenn die Reste eines bestimmten Lebewesens (Fossil) nur in ganz bestimmten Schichten auftreten, gleichzeitig aber eine weite, überregionale Verbreitung haben, und möglichst unabhängig von örtlichen Variationen der Ablagerungsbedingungen (Fazies) sind, dann spricht man von einem Leitfossil. Alle Schichten, in denen sich diese Leitfossilien finden, haben somit das selbe Alter. Nur wenn keine Fossilien vorhanden sind muss man Zuflucht zur Lithostratigraphie nehmen. Dann kann die Zeitgleichheit bestimmter Schichten nur bei seitlicher Verzahnung nachgewiesen werden.
Um tektonische Abläufe zu rekonstruieren untersucht der Geologe den Versatz und die Verformung der Gesteine durch Klüftung, Schieferung, Störung und Faltung. Auch hier sind diejenigen Strukturen die jüngsten, die die anderen durchschlagen, aber selbst nicht versetzt sind. Die Kunst ist hier "Verwickeltes einfach, Ruhendes bewegt zu sehen." (Hans Cloos)
Ein prinzipielles Problem ist die Tatsache, dass man mit obigen Methoden nur eine relative Zeitskala (Geochronologie), ein Vorher-Nachher der verschiedenen Gesteinsbildungen, aber keine absoluten Datierungen erhält. Zwar hatte man schon früh versucht die Sedimentationsraten bestimmter Gesteine zu schätzen, aber leider steckt die meiste Zeit ja nicht in den Schichten selbst, die sich in relativ kurzer Zeit gebildet haben können, sondern v.a. in den Lücken zwischen den Schichten. Deshalb reichte die absolute Zeitskala, die mit Hilfe von Jahresringen in Bäumen (Dendrochronologie, oder durch Auszählung der Warven-Schichtung in Ablagerungen der letzten Eiszeit gewonnen wurden, nur wenige tausend Jahre zurück. Erst mit der Entdeckung der natürlichen Radioaktivität fanden sich zuverlässige Methoden für die absolute Datierung, auch von ältesten Gesteinen. Siehe auch: Rubidium-Strontium-Methode, Kalium-Argon-Methode, Radiokarbon-Methode.
Angewandte Geologie
Die angewandte Geologie gliedert sich in eine Vielzahl unterschiedlichster Felder, die sich sowohl unter einander als auch mit anderen Wissenschaften verzahnen. Der Nutzen besteht nicht nur in der effizienten Ausbeutung der natürlichen Ressourcen der Erde, sondern auch in der Vermeidung von Umweltschäden und der Frühwarnung vor Naturkatastrophen, wie Erdbeben, Vulkanausbrüchen und Tsunamis. Siehe: Geowissenschaften
Einige Teilgebiete der angewandten Geologie sind beispielsweise:
- Hydrogeologie
- Ingenieuergeologie
- Lagerstättenkunde
Es besteht eine enge Verzahnung angewandter geologischer Gebiete mit anderen Disziplinen , wie z. B. Bauingenieurwesen, Bergbau- und Hüttenwesen, Materialkunde oder Umweltschutz.
Entstehung und Aufbau der Erde
[Bild:] Schematischer Aufbau der Erde
Die Erde entstand vor circa 4.6 Milliarden Jahren (4.6 Ga). Wie die Entstehung der Erde ablief, kann heute nicht mit Sicherheit bestimmt werden. Sicher scheint jedoch zu sein, dass die Erde während der ersten 100 Millionen Jahre ihrer Entstehung einem intensiven Bombardement von Meteoriten ausgesetzt war. Durch die kinetische Energie dieser Impakte und Wärme, die durch radioaktiven Zerfall entstand, heizte sie sich auf, bis sie vollkommen geschmolzen war. In der Folge kam es zur Differentiation von Erdkern und Erdmantel.
Die schwersten Elemente, vor allem Eisen, sanken dabei zum Erdmittelpunkt, während leichte Elemente, vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium nach oben stiegen.
Der innere Erdkern ist fest, der äußere geschmolzen. Die Erdkruste und der oberste Teil des Mantels zusammen bilden die so genannte Lithosphäre. Die Lithosphäre ist zwischen 50 und 100 km dick, besteht aus festem Gesteinsmaterial und ist in etwa ein Dutzend große und mehrere kleine Kontinentalplatten zerbrochen.
Andere Sichtweisen
Viele Menschen lehnen manche der oben geschilderten Phänomene aus religiösen Gründen ab.
Strittig sind vor allem Themen wie Evolution und Erdalter. An eine wortgetreue Auslegung der Bibel, vor allem der Schöpfungsgeschichte glauben beispielsweise Mitglieder der Kreationisten-Bewegung.
Helmut Hölder (1989): Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie, Springer-Verlag, ISBN_3-540-50659-4
Hans Murawski und Wilhelm Meyer (Herausgeber): Geologisches Wörterbuch, Ferdinand Enke Verlag im dtv, ISBN_3-423-03038-0 (dtv).
Frank Press und Raymond Siever: Understanding Earth, W.H.Freeman & Co. ISBN_0-7167-2836-2
Steven M. Stanley: Historische Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, ISBN_3-86025-009-4. (Originalausgabe: Earth and Life through Time, W. H. Freeman, New York)
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