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Die Geowissenschaften
sind ein spannendes und vielseitiges Feld der Wissenschaft und Anwendung!
GeowissenschaftlerInnen arbeiten mit diesen Werkzeugen : Hammer und Hightech-Geräten, z.B. für die Analyse von Mineralzusammensetzungen, Bodenzusammensetzungen, oder Verschmutzungen im Wasser. Beides brauchen wir, daher sind die Vorbedingungen für das Studium und die Arbeit als GeowissenschaftlerInnen die Freude an der Erforschung der Natur und die physikalisch – chemischen Grundlagen, die zu Ihrer Untersuchung notwendig sind. |
| 1) Pferdekopf-Nebel : Hier ballt sich kosmischer Staub zu einem Sonnensystem zusammen. So auch war der Ursprung der Erde vor ca. 4,6 Milliarden Jahren. (Foto: NASA) |
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2) Unsere Erde aus dem Weltall : Sie besteht aus verschiedenen Sphären : Litho-(Gesteins)-Sphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Atmosphäre. GeowissenschaftlerInnen studieren die Entwicklung dieses „Systems Erde" , tragen zum Verständnis bei über die Evolution unseres Lebensraumes und über seine Zukunft. Die Erde im Weltraum wird von der Sonnenenergie gespeist, die Wetter und Meeresströmungen antreibt und so für einen thermischen Ausgleich zwischen Äquator und Polen sorgt, aber auch indirekt über die Wirkung von Gletscher und Wasser für die Verwitterung und Abtragung der Gebirge verantwortlich ist. Gäbe es keine inneren Kräfte der Erde, so wäre sie längst zu einer leblosen, eingeebneten Wüste verkommen. |
| 3) Aufbau der Erde in Schalen : Daher schauen wir auch in das Innere um die treibenden Kräfte zu verstehen, die Gebirge aufwerfen, Ozeane entstehen und Kontinente verdriften lassen. |
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4) Die Erde ist also durch das Wechselspiel geprägt zwischen festen, anorganischen Stoffen, wie hier dem Mineral Quarz (Bergkristall) und dem Leben, das sich auf der Erde entwickelt hat. Dieser Quarz (SiO2) zeigt in seiner regelmäßigen Form seine innere geordnete atomare Struktur. |
| 5) Organismen und deren Fossilien in der Erdgeschichte geben Aufschluß über die Evolution des Lebens und die Lebensbedingungen in der geologischen Vergangenheit. Aus dem Studium solcher Fossilien können wir rückschließen, wie sich Pflanzen und Tiere an ihre Umwelt angepaßt haben. Diese Paleo-Ökologie bietet dann wichtige Hinweise zum Verständnis heutiger Umweltveränderungen. |
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6) Vulkanausbruch Hawaii: Unsere Erde lebt und entwickelt sich seit 4,55 Mrd. Jahren. Die Erdoberfläche ist einem ständigen Wandel unterworfen und nichts könnte dies besser versinnbildlichen wie die Aktivität der Vulkane. Hier entsteht neues Gestein, unsere Erdkruste wächst. Vulkane sind der beste Beweis daß unsere Erde im inneren heute noch sehr aktiv ist, ganz im Gegensatz zu den anderen Sonnen-nahen Planeten. |
| 7) Das zeigt sich uns GeowissenschaftlerInnen auch dadurch, daß wir die Bewegungen der Kontinente über Jahrmillionen rekonstruieren können. Hier ein Bild des Reliefs der Erde ohne Ozeanbedeckung. Deutlich sieht man die Naht, die zwischen Afrika und Südamerika verläuft. Entlang dieser Naht wird seit ca. 180 Millionen Jahren, bis heute, ständig neuer Ozeanboden gebildet, wobei sich die beiden Kontinente immer weiter voneinander entfernen. |
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8) Ein anderes Beispiel ist der Golf von Suez und das Rote Meer, hier aus der Erdumlaufbahn in nördlicher Richtung gesehen. Die dreieckige Sinai-Halbinsel ist deutlich zu sehen. Hier beginnt gerade die Bildung eines neuen Ozeans und die Naht läuft hier in den Kontinent hinein, wie ein Reißverschluß. |
| 9) Wenn aber an der einen Stelle neuer Ozeanboden entsteht, dann gibt es auf der Erdoberfläche ein Platzproblem ! Daher wird alter Ozeanboden, wenn er nach ca. 200 Millionen Jahren abgekühlt und "schwer" geworden ist, wieder in das Erdinnere verschluckt. Hier eine solche Verschluckungszone (Subduktionszone) im Schemabild. Man erkennt, daß diese Nähte zwischen den Platten ebenfalls durch Vulkanismus geprägt sind, solche Ketten von Vulkanen gibt es vor allem, aber nicht nur, im Umkreis des Pazifischen Ozeans. |
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10) Die Bildung neuer Ozeane führt aber auch zum Verdriften der Kontinente. Hier eine Rekonstruktion der Position der Kontinente in der geologischen Vergangenheit, gezeigt sind ca. die letzten 240 Millionen Jahre in verschiedenen Zeitstufen. Man kann sich nun auch gut vorstellen, daß die Verschiebung der Kontinente, die ja durch die inneren Kräfte der Erde bestimmt sind, nun ihrerseits auf das Muster der Meeresströmungen Einfluß nimmt. Auch wird die Sonneneinstrahlung auf dem Festland sich anders auswirken, je nachdem es große Festlandsmassen in Pol-Position (nicht Pool-Position...) gibt oder die Kontinentmassen eher in der Nähe des Äquators liegen. Damit wird letztlich auch das globale Klima bestimmt. Ein gutes Beispiel der Wechselwirkungen zwischen inneren und äußeren Kräften, die für das Leben auf der Erde bestimmend wirken. |
| 11) Wenn aber Kontinente über den Globus sich verschieben, dann ist anzunehmen, daß sie auch miteinander kollidieren können. Das ist in der Tat der Fall ! Hier ein Relief der Erde im Bereich des Himalaya. Man erkennt deutlich, wie sich Indien (seit etwa 40 Millionen Jahren) in den (euro-)asiatischen Kontinent rammt und dabei die lange Gebirgskette aufwirft. Man sieht sogar noch die Bewegungsspur von Indien auf dem Meeresboden südlich. Große Gebirge ihrerseits haben wieder eine Auswirkung auf die Zirkulation der Luftmassen, durch die erhöhte Abtragung und Erosion verändern sie die Meereszusammensetzung. Beides zusammen verändert wieder das Klima und die Umwelt. Ein anderes Beispiel der engen Beziehung zwischen inneren und äußeren Kräften der Erde, die sich auf das Leben und dessen Entwicklung auswirken. |
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12) Auch die Alpen, hier der Großglockner, wurden durch die Kollision von Kontinenten gebildet, und werden noch heute herausgehoben. Gletscher, Wind und Wasser, tragen die Gebirge wieder ab. Die Gesteine, aus denen der Großglockner aufgebaut wird, bestehen übrigens aus ehemaligem Basalt vom Ozeanboden. Hohe Gebirge sind aber nicht nur schön, sondern bergen auch Gefahren, so z.B. durch Bergstürze. Hier braucht man dann GeowissenschaftlerInnen, die beurteilen können, ob die Gesteinsschichten stabil sind, oder nach ihrer Zusammensetzung oder Lagerung durch Bergsturz eine Gefahr bedingen. |
| 13) Unsere Atmosphäre ist in vielerlei Hinsicht abhängig von den inneren und äußeren Kräften, die unsere Erde formen. Dieses Bild aus dem All zeigt, welch fast hauchdünner Schleier eigentlich unsere schützende Atmosphäre ist (Blick nach SE oberhalb Kairo über den Nil und das Rote Meer). Die Atmosphäre ist das Ergebnis einer langen Entwicklung, an der die Sauerstoff-bildenden Organismen genauso Anteil haben wie die chemische Verwitterung der Gesteine. Die Verwitterung führte letztlich dazu, daß der CO2-Gehalt der frühen Erdatmosphäre als Kalksteine (Karbonate) gebunden wurde. Andererseits haben die Meeresorganismen (vor allem Algen) den Sauerstoff produziert, der schließlich auch die Bildung einer schützenden Ozonschicht ermöglichte, wodurch Leben an Land erst möglich wurde. Leben an Land und die Bildung von Böden wiederum beschleunigt die chemische Verwitterung. Böden sind aber auch als Substrat für Pflanzen notwendig. |
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14) Dieses Schemabild soll Ihnen verdeutlichen, wie wichtig die Böden sind als der Grenzschicht zwischen Lithosphäre einerseits und den Bio- und Atmosphären andererseits, aber ohne Regen und Wasser geht's natürlich auch nicht. Die Geowissenschaften haben daher traditionell eine enge Beziehung zur Bodenkunde. |
| 15) Die Atmosphäre wird auch direkt durch die inneren Prozesse der Erde beeinflußt. Dieses Bild zeigt eine Messung aus dem Satelliten, mit der eine vulkanische Eruptionswolke über Mittelamerika verfolgt werden kann. Hier geschieht das anhand der Temperaturveränderung, die durch die Rückstrahlung der Sonneneinstrahlung an der Eruptionswolke bedingt ist. Vulkane können so - zumindest in geologischen Zeiträumen gesehen sehr kurzzeitig, das Klima verändern. |
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16) Langfristige Klimaänderungen haben andere Gründe. Hier ist die Veränderung der mittleren Jahrestemperatur (als Abweichung von einem Referenzwert) seit der letzten Eiszeit dargestellt. Man erkennt, wie - mit leichten Schwankungen - sich die Temperatur seit der letzten Eiszeit zunächst stetig erhöht hat und seit etwa 8000 Jahre relativ stabil geblieben ist. Frühere Klimaänderungen sind also immer relativ langsam geschehen, und so konnten sich Vegetation und Tiere (und auch die Menschen der Frühzeit) darauf einstellen. Der geologische Befund besagt auch, daß es dramatische Meeresspiegelschwankungen in Folge der Eiszeiten und der Abschmelzung der Polareiskappen gegeben hat. Wenn heute alle von Klima- und Meeresspiegelschwankungen sprechen, dann bezieht sich das jedoch auf viel kürzere Zeiträume, was die Sache natürlich für uns Menschen dramatisch macht. Wenn man aber wissen möchte, wie solche Klima- und Meeresspiegelschwankungen ablaufen, was sie für Folgen haben, dann muß man nur die GeowissenschaftlerInnen fragen, die können das aus der Vergangenheit rekonstruieren. |
| 17) Wie geht das ? Über lange Zeiträume werden in den Sedimenten, z.B. von Seen die Umweltbedingungen in den Ablagerungen aufgezeichnet, wie auf einem Tonband. Hier die Schichten von Seeablagerungen in den Anden, die etwa einen Zeitraum von 3 bis 6 Millionen Jahren überdecken. Die Hebung der Anden und die Änderungen der Klimabedingungen, die damit einhergehen, sind hier aufgezeichnet. |
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18) Ein anderes Beispiel, zeitlich und räumlich näher: Dieser Bohrkern wurde aus dem Seeboden eines kleinen Sees in Süddeutschland (Steisslinger See) gezogen. Hier sieht man eine ganz feine Schichtung, wobei jede Schicht (hell und dunkel) den Ablagerungen je eines Jahres entsprechen. Hier kann man also wie Jahresringe Schicht für Schicht abzählen. Tut man das an diesem Kern, so findet man, daß zu Zeiten der Römer vor etwa 2000 Jahren die Ablagerungen im Seeboden viel dicker und gröber werden. Es wurde also vermehrt Sand und Boden in den See gespült ! Warum ? Die Römer haben Wald gerodet und dabei eine zunehmende Abtragung des Bodens verursacht. Man kann also sehr genau rekonstruieren, was da in der Vergangenheit passiert ist. Man erkennt bei genaueren Untersuchungen auch wie und wann sich der See wieder normal entwickelt hat, nachdem die Römer wieder gegangen waren. GeowissenschaftlerInnen können also - manchmal bis aufs Jahr genau - die Umweltbedingungen der Vergangenheit rekonstruieren. Diese Untersuchungen gehören zu einem Forschungsprogramm, das gerade in Göttingen durchgeführt wurde. Solche Kenntnisse werden dann aber gebraucht, um auch Vorhersagen für die Zukunft zu wagen. |
| 19) Hier ein anderes Beispiel, ein Bohrkern wird im Roten Meer gezogen. Auch hier sollen die Untersuchungen zeigen, wie sich dieser Meeresarm und das Klima entwickelt haben. Die Kerne wurden in Göttingen untersucht. |
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20) Schließlich können auch Eiskerne, hier von einer Eisbohrung auf Grönland, als Klimaarchiv dienen. Die langsame Akkumulation des Eises erlaubt es dabei, Eisschichten aus langer klimatischer Vergangenheit zu gewinnen. Hier werden Eisproben aus dem Kern entnommen und dann chemisch analysiert. |
| 21) Diese Analysen (z.B. von Methan) zeigen dann die Zusammensetzung der Atmosphäre und deren zeitliche Veränderung seit der letzten Eiszeit an. Geowissenschaften kümmern sich also auf der einen Seite, um die Prozesse, auf der anderen Seite um die langfristige Entwicklung, die unsere Erde prägen. Der Faktor "Zeit" ist also für uns sehr wichtig, wir arbeiten sozusagen in vier Dimensionen : Wir studieren den Aufbau und Zusammensetzung des Erdkörpers und dessen Entwicklung in der Zeit. |
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22) Rohstoffe: GeowissenschaftlerInnen sind auch verantwortlich für das Auffinden und die Beurteilung von Rohstoffen. Hier ein Bild von unserer letzten großen Exkursion in die Anden zum größten Kupfertagebau der Welt, Chuquicamata in Chile. Die meisten GeowissenschaftlerInnen, die als Geologen im Ausland arbeiten, sind im Bereich der Rohstoffsuche und -sicherung beschäftigt. |
| 23) Diese einfache, alte Graphik bringt das Problem auf dem Punkt, das wir im Prinzip alle kennen: Die Produktion von Erdöl ist aufgetragen gegen die Jahre seit Beginn der Industrialisierung. Die Kurve mit dem steilen Anstieg der Rohölproduktion kann natürlich nicht weiter ins Unermeßliche steigen, irgendwann, und das wohl recht bald, werden die konventionellen Reserven an fossilen Energierohstoffen erschöpft sein. Das gilt nicht nur für Öl, sondern auch andere wichtige Rohstoffe. GeowissenschaftlerInnen müssen einerseits versuchen, weitere Rohstoffe zu finden und andererseits die vorhanden Reserven genauer einzuschätzen. |
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