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Forschung
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Zwei Prozesse formen das
Aussehen der Erde: exogene und endogene Prozesse. Die exogenen Kräfte
umfassen die Verwitterung, Erosion und Sedimentation. Oberflächengestein
verwittert durch chemische und physikalische Prozesse. Bei der chemischen
Verwitterung korrodieren zirkulierende Wässer das Gestein oder Pflanzen, die
auf Felsen wachsen, zersetzen diese. Bei der physikalischen Verwitterung
sprengt in Spalten und Klüften vorhandenes Wasser das Gestein. In Wüstengegenden
reichen auch schon die extremen, tageszeitlichen Temperaturschwankungen, um Gesteine zu zermürben
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und zu verwittern.
Auf chemischem oder physikalischem
Weg entstandene Gesteinstrümmer und –bruchstücke werden durch Wasser und
Wind abtransportiert und an einem anderen Ort wieder sedimentiert (s. Abbildung
1). Auf diese
Weise können gewaltige Gesteinsmassen von einer Stell an eine andere verlagert
werden. Dabei entstehen am Ablagerungsort Hundert- bis Kilometer mächtige
Gesteinspakete, so genannte Sedimente. Zu diesen gehören zum Beispiel die
Sandsteine. Eine andere, große Gruppe von Sedimenten entsteht bei der
chemischen Ausfällung von Kalk in Flachmeeren. Dabei werden riesige
Karbonatplattformen gebildet. Die Untersuchung all dieser exogenen Prozesse ist
die klassische Domäne der Geologie. Diese Wissenschaft versucht zu
rekonstruieren, wann welche Sedimente wo abgelagert wurden, wie lange ein
Sedimentationszyklus andauerte und wie sich die Oberfläche der Erde in den
letzten 4,56 Milliarden Jahren – so alt ist die Erde – gewandelt hat.
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Abbildung 1: Der Yangtse
sedimentiert seine Schwemmfracht vor die Küste in das Ost-Chinesische Meer.
copyright: NASA
Bildinformation
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Die
endogenen Prozesse finden unterhalb der Erdkruste, also ab einer Tiefe von
10-60 Kilometer, statt. Das Verständnis dieser unzugänglichen Bereiche der
Erde fällt sehr viel schwerer, als das Verständnis der exogenen Prozesse. Zu
den endogenen Prozessen gehören die Bewegungen des Erdmantels, welche für die
Verschiebungen der Kontinente und Meere – die so genannte Plattentektonik –
verantwortlich sind (s. Abbildung 2). Dort, wo zwei Erdplatten aufeinander stoßen und dabei
entweder eine unter die andere abtaucht (s. Abbildung 3) oder sie gemeinsam riesige Gebirge auftürmen,
laufen in den Gesteinen Mineralreaktionen ab. Dabei sei gesagt, dass Minerale
die Bestandteile darstellen, aus denen Gesteine aufgebaut sind. Die
Mineralreaktionen sind abhängig vom herrschend Druck und von der herrschenden
Temperatur. Taucht eine Platte unter die andere ab, nehmen mit zunehmender
Tiefe der Druck und die Temperatur zu. Die Minerale in den Gesteinen der
abtauchenden Platte reagieren dabei chemisch miteinander zu neuen Mineralen. Da
diese Reaktionen tief in der Erde ablaufen, können sie niemals direkt
beobachtet werden. Jedoch
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Abbildung 2: Plattenmosaik der Erdkruste und der zikumpazifische
"ring of fire".
Für eine vergrößerte Ansicht bitte anklicken.
copyright: USGS
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kommen Gesteine tief aus dem Erdmantel immer wieder
zurück an die Erdoberfläche. In diesen Gesteinen sind reliktisch Minerale
enthalten, die während des Abtauchens gebildet wurden. Diese geben Aufschluss
über die Mineralreaktionen, die während des Abtauchens der Platte
stattfanden. Eine experminentelle Möglichkeit, Mineralreaktionen auf die Spur
zu kommen, bieten gewaltige, tonnenschwere Pressen. In diesen werden
Gesteinsproben Drücken und Temperaturen ausgesetzt, wie sie in mehreren
hundert Kilometern Tiefe herrschen. Zu den weltweit größten Pressen dieser
Art gehören zum Beispiel die im Geoforschungszentrum Bayreuth.
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Abbildung 3: In diesem
Bild sind die verschiedenen Plattengrenzen dargestellt. Erdplatten gleiten
aneinander vorbei, driften auseinander oder stoßen zusammen. Entlang der
divergenten und konvergenten Plattengrenzen entstehen lang gestreckte
Vulkanketten. Eine Sonderform des Vulkanismus ist Hawai'i. Die Inseln befinden
sich nicht oberhalb einer Plattengrenze, sondern mitten in der Pazifischen
Platte. Diese Art von Vulkanismus nennt man "Hot-Spots". Zum
weltweiten Vulkanismus tragen die Hot-Spots nur ein paar Prozent bei.
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copyright: USGS; Bildinformation |
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Ein weiterer, endogener Prozess an Plattengrenzen ist die Schmelzbildung im
Erdmantel und deren Folge, der Vulkanismus (s. Abbildung 4). Rund um den Pazifik beispielsweise,
tauchen Platten unter die Westküste von Nord- und Südamerika, unter die
Kurilen und die ostasiatischen Küsten. Entlang dieser Abtauchzonen entstehen
Vulkanketten. Der zirkumpazifische Raum ist deshalb als „ring of fire“ –
der Feuerring – bekannt. Die Schmelzbildung und die Prozesse beim Aufstieg
von Schmelzen aus dem Erdmantel an die Oberfläche, sind Inhalt intensiver
Forschung. Denn immer noch sterben Tausende von Menschen in Folge von
Vulkanausbrüchen. Erst wenn die Prozesse verstanden sind, wie Schmelzen
entstehen und Vulkaneruptionen ausgelöst werden, können verlässliche
Vorhersagen über bevor stehende Ausbrüche gegeben werden.
Das Erdmagnetfeld (s. Abbildung 5) ist ein weiteres, schwieriges Thema der endogenen, |
Abbildung 4: Bei der
gewaltigen Eruption des Mount St. Helens am 18. Mai 1980, wurde dessen gesamte
Bergspitze weg gesprengt.
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copyright: USGS
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Abbildung 5: Das
Erdmagnetfeld. Der Sonnenwind presst die ihr zugewandte Seite des
Erdmagnetfeldes zusammen. Auf der Sonnen abgewandten Seite entseht
komplementär eine Magnetfeldschleppe.
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copyright:NASA;
Bild von: Steele
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wissenschaftlichen Diskussion. Bis heute ist nicht richtig verstanden, wie das
Erdmagnetfeld entsteht. Das darf nicht darüber hinweg täuschen, dass
Computermodelle das Erdmagnetfeld schon sehr realistisch simulieren können.
Nach allem heutigen Wissen wird das Magnetfeld der Erde im eisenreichen Erdkern
gebildet. Der äußere Kern ist im Gegensatz zum inneren zähflüssig. Durch
Konvektionsbewegungen im äußeren, zähflüssigen Kern wird aller
Wahrscheinlichkeit nach das Erdmagnetfeld erzeugt.
Zu guter Letzt gibt es noch des Menschen liebste Disziplin: die Meteorologie. Die
großräumigen Klimazonen und Jahresklimate sind mittlerweile sehr gut
untersucht und verstanden. Aber wie viel Forschungsarbeit trotzdem noch in der
Meteorologie zu leisten ist, mag jeder selbst beurteilen, der sich täglich den
Wetterbericht des nächsten Tages anschaut.
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