Studienführer für Interessierte Bachelor of Science Geowissenschaften Universität Bremen - Studienf 374hrer f 374r Interessierte ...
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Studienführer
für Interessierte
Bachelor of Science Geowissenschaften
Universität Bremen
1 2
Du bist naturwissenschaftlich interessiert und könntest
Dir ein Bachelorstudium im Fach Geowissenschaften
an der Universität Bremen vorstellen.
Diese Präsentation bietet Dir einen Einblick in die
Welt der Geowissenschaften und die Schwerpunkte,
die dich in Bremen erwarten.
Diese Präsentation beschäftigt sich primär mit
ausgewählten Inhalten, die das Studium der
Geowissenschaften in Bremen zu bieten hat.
Organisatorische Fragen zum Ablauf des Studiums
oder zu einzelnen Vorlesungen beantwortet diese
Präsentation nicht.
3
Gebäude des Fachbereich 5 Geowissenschaften Alle Informationen, die ihr rund um das Studium der
Bremen Geowissenschaften an der Universität Bremen
benötigt, findet ihr hier:
http://www.geo.uni-bremen.de/page.php?pageid=2
Startseite Fachbereich Geowissenschaften
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Link zum Studienaufbau
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1
Studium der Naturwissenschaften
Gleich vorneweg. Diese Präsentation zeigt euch eine Auswahl der schönen, interessanten und spannenden
Themen der Geologie, die zu den Inhalten des Bachelorstudiums in Bremen gehören. Vermutlich kennt ihr
einiges schon, einiges wird für euch neu sein. Die Menge an Themen ist so groß, dass hier bei weitem nicht
alles berücksichtigt werden konnte. Dennoch tauchen bereits hier schon wichtige Themen und Begriffe auf,
die ihr dann später nicht zum ersten Mal hören werdet. Auch die Schwerpunkte, die in Bremen gelehrt
werden, sind Bestandteil dieser Präsentation.
Wer sich für ein Studium der Naturwissenschaften interessiert, egal ob in Bremen oder an einer anderen
Universität, muss sich folgender Tatsache bewusst sein: Das erste Jahr wird neben geowissenschaftlichen
Themen zum Großteil aus naturwissenschaftlichen Grundlagen bestehen. Das bedeutet, das erste Jahr
besteht zu einem großen Teil aus Mathematik, Physik und Chemie. Ohne diese Grundlagen ist ein Studium
der Geowissenschaften nicht möglich. Damit es aber nicht ganz so trocken wird sind diese Veranstaltungen
bereits zu einem großen Anteil an die Geowissenschaften angelehnt, so dass ihr bereits themenorientiert
lernen könnt.
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2
Inhaltsverzeichnis
• Die Arbeit der Geowissenschaftler... 4
• Allgemeine Geologie – Eine kleine
Geschichte der Erde…………...…… 6
• Themen aus den Modulen
• Petrologie / Mineralogie…………….. 24
• Sedimentologie…………………….... 33
• Paläontologie………………………… 45
• Meeresgeologie……………………… 59
• Geophysik……………………………. 68
• Geochemie…………………………... 75
• Extra – Einblicke in die Exkursionen 86
• Bildzitate…………………………….. 92
5
Lange Anna, Helgoland
3
Die Arbeit der Geowissenschaftler an der Universität
Die Arbeit der Geowissenschaftler ist spannend, vielfältig und
abwechslungsreich. Sie arbeiten an allen Plätzen der Erde. Auf
Forschungsschiffen auf Weltozeanen, in abgelegenen Wüsten,
hohen Gebirgen, in Erdbebengebieten, an Vulkanen oder in der
Norddeutschen Tiefebene.
Der zweite Teil ihrer Arbeit findet anschließend in den Laboren und
Büros der Universitäten und Instituten statt. Dort werden die
6
Beobachtungen aus dem Gelände zusammengetragen, Proben
analysiert und die Ergebnisse in wissenschaftlichen Arbeiten zu
Papier gebracht.
7
8
9
Geländeexkursion Rheinisches Schiefergebirge
4
Berufsperspektiven
Die Beruflichen Möglichkeiten eines Geowissenschaftlers sind so
vielfältig wie das Studium.
Die Haupttätigkeitsfelder eines angehenden Geowissenschaftlers
liegen in der Forschung, Industrie, in Behörden, Ingenieurbüros
oder Museen.
Neben der Grundlagenforschung an den Universitäten ist die
Erdölindustrie ein großer Zweig, der Jobs für Geowissenschaftler
bietet. Rohstoffe und Lagerstätten sind allgemein Bereiche, die
momentan jungen Wissenschaftlern Arbeitsplätze bieten. Hier im
10
Norden sind der Küstenschutz und die Klimaforschung ein
weiteres Arbeitsfeld.
Hydrogeologen, die sich mit
Grundwasser beschäftigen;
Mineralogen, die in der
Baustoffindustrie neue Werkstoffe
entwickeln; Ingenieurgeologen, die
Baugrunduntersuchungen anstellen:
Diese und viele andere
Berufsmöglichkeiten bieten sich den
11 Geowissenschaftlern. Während des 6-
wöchigen Praktikums im Laufe des
Studiums könnt ihr bereits erste
Einblicke in die Berufswelt bekommen.
12
5
Eine kurze Geschichte der Erde
Im folgenden wird euch ein kurzer Überblick über die Allgemeine Geologie gegeben. Hier tauchen bereits
wichtige Begriffe auf, denen ihr im Laufe des Studiums immer wieder begegnen werdet.
Allgemeine Geologie
- Entstehung des Universum - Gebirgsbildung – Beispiel Himalaya
- Die Erde - Der Kreislauf der Gesteine
- Das Sonnensystem - Die drei wichtigsten Gesteinstypen
- Der Aufbau der Erde - Wie entstehen Gesteine
- Die Lithosphärenplatten - Gesteinsbildende Mineralien
- Plattentektonik – Das Wirken - Das Alter der Gesteine
der Platten untereinander - Die Erdzeitalter
- Kontinentaldrift - Die Geologische Karte
- Tektonik
6
Entstehung des Universum
13
Starburst Galaxy M 82
Vor etwa 13,7 Mrd. Jahren entstand aus dem Urknall das Universum. In einem Bruchteil einer Sekunde
dehnte es sich in Raum und Zeit aus. Während sich das Universum ausdehnte, kühlte es allmählich ab.
Die ersten Elemente bildeten sich. Wasserstoff und Helium, die bis heute den größten Teil der Materie
bilden. Aus Gas und Staub bildeten sich Sterne und Galaxien. Vor 15 Mrd. Jahren entstand unsere Sonne.
Sie war umgeben von Gas und Bruchstücken, aus denen sich nach und nach unsere Planeten bildeten.
7
Die Erde
Die Erde entstand vor etwa 4,6 Mrd. Jahren. Sie war
ein heißer, flüssiger Körper, der in den ersten 400
Mio. Jahren stark von anderen Weltraumtrümmern
bombardiert wurde. Dieses Bombardement kann
man heute noch sehen, wenn man einen Blick zum
Nachthimmel wirft. Der Mond ist das Ergebnis einer
frühen Kollision der Erde mit einem Asteroid.
Da auf dem Mond im Gegensatz zur Erde keine
Geologischen Prozesse, wie Erosion oder
Plattenbewegung stattfinden, sind die
Einschlagkrater dort noch heute zu sehen.
Erst langsam nahm auf der jungen Erde die
Bombardierung ab und es konnte sich eine erste
dünne Kruste bilden. Von Lebensbedingungen war
allerdings noch nicht die Rede. Die dünne
14 Atmosphäre bestand aus Wasserstoff und Helium
und wurde vom Sonnenwind gleich wieder
Entstehung des Mondes weggeblasen.
Durch Vulkanismus wurden große Mengen
Wasserdampf und andere Gase in die Atmosphäre
freigesetzt. Durch die sich langsam abkühlende
Erde kondensierte der Wasserdampf und Regen
konnte die ersten Becken füllen.
8
Das Sonnensystem
15 Sonnensystem
Unser Sonnensystem besteht aus Planeten, Zwergplaneten, Asteroiden und Kometen. Durch die
glücklichen Umstände der Konstellation der Himmelskörper untereinander sind die Voraussetzungen auf
der Erde so, dass sich Leben entwickeln konnte. Doch bevor es um die Frage des Lebens geht, kommen
wir erst zum Aufbau der Erde.
9Der Aufbau der Erde
16
Schalenaufbau der Erde
Die Erde hat einen zwiebelartigen Aufbau. Sie setzt sich zusammen aus Kruste, Mantel und Kern. Der Kern
besteht überwiegend aus Eisen und etwas Nickel. Beim Abkühlen der heißen Erde sind diese schweren
Elemente ins Zentrum gesunken und bilden den extrem dichten Kern. Der innere Bereich ist aufgrund des
enormen Druckes fest, während der äußere Bereich flüssig ist. Der Mantel besteht aus Magnesium- und
Eisensilikaten. Neben Magnesium und Eisen ist Silizium das häufigste Mineral des Mantels. Im Mantel
finden Konvektionsströme statt, welche die Hitze aus dem Erdinneren nach außen leiten und die Ursache für
Plattentektonik und Vulkanismus sind. Der obere Bereich des Mantels unterteilt sich in die zähplastische
Astenosphäre, auf der die starre Lithosphäre, zu der die Erdkruste gehört, quasi drauf schwimmt. Die
Lithosphäre bildet sich aus ozeanischer und kontinentaler Kruste. Die ozeanische Kruste hat eine
durchschnittliche Mächtigkeit von 8 km, die kontinentale etwa 40 km, unter Gebirgen sogar bis zu 80 km.
10Die Lithosphärenplatten
17 Plattengrenzen
Die starre Lithosphäre setzt sich aus einem Puzzle mehrerer Platten zusammen. Die Erde ist nicht von einer
starren Platte umgeben, sondern setzt sich aus verschieden großen Platten zusammen. Dabei unterscheidet
man zwischen konstruktiven und destruktiven Plattengrenzen. Konstruktive Plattengrenzen sind die
Mittelozeanischen Rücken (MOR). Sie sind ein 60.000 km langes Gebirge, welches sich durch die gesamten
Weltmeere zieht. Hier wird aufsteigendes heißes Mantelmaterial partiell aufgeschmolzen und neuer
basaltischer Ozeanboden gebildet. Der Aufstieg des Mantels wird durch die plattentektonische Spreizung
ausgelöst. Durch die Zufuhr von neuem Material aus dem Erdinneren wird die junge Ozeankruste nach
außen verdrängt. Die Ausdehnungsraten variieren und liegen bei 2-15 cm/Jahr.
11Plattentektonik -
Das Wirken der Platten untereinander
18 Modell der Plattentektonik
Destruktive Plattengrenzen findet man in Bereichen wo Platten aufeinander stoßen. Trifft ozeanische
Kruste auf kontinentale Kruste, wird die dünnere aber dichtere ozeanische Kruste unter die kontinentale
Platte abtauchen und verschwindet im Erdmantel. Die ozeanische Kruste wird subduziert. Dieser Vorgang
ist häufig mit Vulkanismus, Erdbeben und Gebirgsbildung verbunden. Ozeanische Kruste kann auch unter
Mitten im Ozean subduziert werden, wobei sich vulkanische Inselbögen entwickeln.
Ein weiterer Typ von Plattengrenzen ist die Transformstörung. Hier bewegen sich die Platten nicht
aufeinander zu, sondern aneinander vorbei. Ein klassisches Beispiel ist die San-Andreas-Störung in
Kalifornien. Hier bewegt sich die pazifische Platte an der nordamerikanischen Platte vorbei. Dies passiert
aber nicht kontinuierlich, sondern ruckartig, wodurch es von Zeit zu Zeit zu Erdbeben kommt.
12Kontinentaldrift
Die Erde sah nicht immer so aus wie heute. Die
Kontinentaldrift, verursacht durch die
Plattentektonik findet seit Bildung der ersten
festen Erdkruste statt. Seit vielen Millionen und
Milliarden Jahren ist die Erdkruste in Bewegung.
Durch die stetige Neubildung von Kruste und der
gleichzeitigen Subduktion von Erdkruste
gemischt mit Gebirgsbildung und Erosion
gestaltet die Erde mit der Geschwindigkeit eines
wachsenden Fußnagels ihr Bild immer wieder
19
neu. Dabei waren die einzelnen Platten
Unterkreide (vor ca. 145 Mio. Jahren) zeitweise zu so genannten Superkontinenten
vereinigt. Der letzte große Superkontinent war
Pangaea, der vor 250 Mio. Jahren existierte. Alle
heutigen Kontinente wie Afrika, Asien, Australien
und Amerika waren in Pangaea miteinander zu
einer riesigen Fläche verbunden. Erst zur
Kreidezeit brach dieser Riesenkontinent
auseinander und begann sich dem heutigen Bild
zu nähern.
Auch lag Europa nicht immer auf seinem
20 heutigen Breitengrad. Während des Perm vor
etwa 250 Mio. Jahren war unser Klima deutlich
Grenze Kreide – Kenozoikum (vor ca. 65 Mio. Jahren)
angenehmer, da wir wesentlich näher am
Äquator gelegen haben.
13Tektonik
Kaum eine Struktur der Erde zeigt die
geologischen Kräfte besser als die
hohen Gebirge dieser Welt. Sie sind
das Produkt der Kollisionen von
großen tektonischen Platten. Die
Gesteine werden durch den
ungeheuren Druck übereinander-
geschoben, gefaltet, zerscherrt und
gleichzeitig in die Höhe gedrückt.
Diesen Prozess kann man, wie die
meisten geologischen Prozesse nicht
sehen, denn er läuft für unser
Verständnis sehr langsam ab. Die
Hebungsrate der Alpen beträgt z.B
21
nur wenige mm/Jahr.
14Gebirgsbildung
Beispiel Himalaya
Ein anschauliches Beispiel zur Gebirgsbildung ist
der Himalaya. Dieses Gebirge hat die höchsten
Gipfel der Erde. Der Mount Everest ist der höchste
unzähliger 8000er. Der Himalaya ist ein sehr
junges Gebirge. Vor 60 Mio. Jahren kollidierte die
Indische Platte im Zuge der Kontinentaldrift
Richtung Norden. Die Ozeankruste wurde dabei
unter die Asiatische Platte subduziert und es kam
zur Kontinent-Kontinent
Kollision. Dabei wurden Reste
des Ozeans und die
Kontinentalplatten so stark
zusammen geschoben, dass
sich das heute höchste
Gebirge der Welt bilden
konnte. Dasselbe Beispiel
haben wir in Europa, wo sich
etwa im selben Zeitraum die
Afrikanische Platte gegen die
Europäische schiebt und die
Alpen bildet. Diese
22 Gebirgsbildung findet noch
heute statt.
23
15Der Kreislauf der Gesteine
24
Das Wissen um den Kreislauf der Gesteine ist eine wesentliche Voraussetzung im Verständnis der
Prozesse auf der Erde. Tiefengesteine aus dem Erdinneren steigen durch Vulkanismus, an den
Mittelozeanischen Rücken oder als Plutonite an die Erdoberfläche. Dort sind sie der Verwitterung
ausgesetzt und durch Erosion und Abtragung werden sie in Sedimentbecken transportiert. Als zunächst
unverfestigte Sedimente werden sie von weiteren Sedimenten bedeckt und verfestigen sich. Je tiefer sie
absinken, desto mehr wirken Druck und Temperatur auf die Sedimente ein. Bei der Metamorphose
wandeln sich die mineralogische Zusammensetzung und das Gefüge um. Bei weiterem Absinken
schmelzen sie wieder partiell auf und gelangen in die Magmenreservoirs. Dieser Kreislauf muss allerdings
nicht immer alle Stufen durchlaufen. Auch verfestigte Sedimente oder Metamorphite können wieder
herausgehoben werden, ohne das sie alle Stufen durchlaufen haben.
16Die drei wichtigsten Gesteinstypen
Magmatite: Wenn aufgeschmolzenes
Material aus dem Erdmantel oder der
Erdkruste an die Oberfläche trifft bilden sich
feinkörnige vulkanische Gesteine (z.B.
Basalt). Oft bleiben die Magmen jedoch in der
Erdkruste stecken und erstarren langsam,
wodurch sich grobkörnige plutonische
25 26
Gesteine (z.B. Granit) entwickeln.
Granit Basalt
Sedimente: Sie sind die Abtragungsprodukte
der festländischen Gesteine, sowie bio-
chemisch gebildete Ausfällungen z.B. von
Kalk oder Salz. Sie haben die
unterschiedlichsten Zusammensetzungen, da
sie aus allen möglichen Gesteinsarten
28
27 gebildet werden können.
Korallenkalk Sandstein
Metamorphite: Gelangen die Gesteine bzw.
Sedimente bei der Versenkung in Bereiche
höherer Drücke und Temperaturen, verändert
sich ihre mineralogische Zusammensetzung.
Dies geschieht nicht nur bei der Versenkung,
29
sondern auch bei Gebirgsbildungen und in
Gneis Gneis Kontaktzonen von Plutonen.
17Wie entstehen Gesteine
Minerale entstehen durch den Prozess der Kristallisation. Sie beginnt mit der Bildung mikroskopisch
kleiner Kristallisationskeime, die aus ebenen Kristallflächen bestehen. Die Flächen entsprechen bereits
den charakteristischen Flächen des Kristalls. Solange genügend Bausteine und Platz für das Mineral
vorhanden sind kann das Mineral seinem Kristallgitter entsprechend an seinen Kristallflächen weiter
wachsen.
Ein üblicher Prozess der Mineralbildung ist die Kristallisation einer Gesteinsschmelze. Beim Aufstieg von
Magma, kommt es zu einer Abkühlung. Mit abnehmender Magmentemperatur kristallisieren Minerale aus,
bis am Ende die gesamte Schmelze erstarrt ist. Je langsamer das Magma aufsteigt, desto besser können
die Kristalle ihre charakteristischen Kristallflächen aufbauen. Bei einem schnellem Aufstieg ist die
Abkühlungsrate so schnell, dass sich erst gar keine Kristallflächen ausbilden können. Vulkanisches Glas
ist dafür ein Idealbeispiel.
Minerale können auch in wässrigen Lösung wachsen, wie z.B. Salze beim Eindampfen von Meerwasser
Dieser Bergkristall hatte genügend Platz und viel Zeit
gehabt, solche perfekten Kristallflächen zu bilden.
Solche Minerale werden als idiomorph bezeichnet.
Hatte ein Mineral nicht genügend Platz oder Zeit zum
kristallisieren in „Eigengestalt“, spricht man von einer
xenomorphen Kristallform.
30
18Gesteinsbildende Mineralien
Von den ungefähr 3000 bekannten Mineralen sind nur ein kleiner Teil für die Geologen interessant, da sie
am Aufbau der Erdkruste beteiligt sind.
Die wichtigsten gesteinsbildenden Minerale sind die Silikate, deren Grundbaustein aus den beiden
häufigsten Elementen der Erdkruste zusammengesetzt ist: Sauerstoff und Silizium.
Weitere wichtige Mineralien sind die Oxide, bei denen sich Sauerstoff mit einem Metall verbindet,
Sulfide, bei denen sich Schwefel mit einem Metall verbindet und Karbonate, die aus Calcium oder
Magnesium in Verbindung mit Sauerstoff und Kohlenstoff bestehen.
Silikatgestein
Olivin
(Forsterit) (Mg2SiO4)
Karbonat
31 Koralle aus Aragonit
CaCO³ 33
Sulfat
Pyrit
FeS²
32 Oxid
Magnetit 34
FeII(FeIII)2O4
19Gesteinsbildene Minerale
Um die Gesteine richtig zu identifizieren, muss man deren
Feldspat Quarz Minerale erkennen können.
Quarz Die wenigsten Minerale erkennt man makroskopisch.
Feldspat
In einem Granit (Bild o.l) sieht man mit bloßem Auge die
Minerale Quarz (hell-bläulich), Feldspat (rot) und Glimmer
(schwarz).
In vielen anderen Gesteinen sind die Minerale kaum bis gar nicht zu
erkennen. Im Studium wirst du verschiedene Methoden zur
Mineralbestimmung kennen lernen. Eine oft angewandte Methode
der Mineralbestimmung ist die Dünnschliffanalyse, bei der ein
plangeschliffener Stein auf ein Glasträger geklebt wird und auf eine
Höhe von etwa 30 tausendstel mm (µm) abgeschliffen wird. Unter
einem Mikroskop kann man unter einfachem und eingefärbten
Glimmer 35 (polarisiertem) Licht nun die einzelnen Minerale erkennen. Diese
„Feldspat, Quarz und Glimmer, Methode lässt sich bei nahezu allen Gesteinsarten anwenden. Auch
die vergeß ich nimmer.“ Leitspruch für Granit. Mikroorganismen in Sedimenten werden über diese Methode
beispielsweise bestimmt.
36 37 38
Plagioklas (Feldspat) Quarz Biotit (Glimmer)
Minerale unter polarisiertem Licht im Dünnschliff
20Das Alter der Gesteine
Um das Alter von Gesteinen und
Gesteinsabfolgen zu bestimmen, werden
verschiedene Methoden angewandt. Man
unterscheidet zwischen relativer und absoluter
Zeit.
Bei der absoluten Altersbestimmung kann man
das Alter der Gesteine basierend auf
radiometrischen Messungen ziemlich genau
bestimmen.
Das Prinzip dahinter ist der Zerfall von
radioaktiven Isotopen. Z.B. zerfällt das
radioaktive Uran-238 in das Tochterisotop Blei-
39
206. Die Zeit in der genau die Hälfte der
„Mutterisotope“ in „Tochterisotope“ zerfallen
ist, ist die Halbwertszeit. Jedes radioaktive
Isotop hat seine eigene charakteristische
Halbwertszeit. Bis Uran-238 zur Hälfte in Blei-
206 zerfallen ist, vergehen etwa 4,5 Mrd.
Jahre. Beim radioaktiven Isotop 14-C sind es
5730 Jahre. Möchte man demnach sehr alte
Gesteine messen, suche ich nach Uran.
Interessiert mich das Alter von fossilen
Korallen messe ich Radiocarbon (14-C).
Das ist natürlich nur möglich wenn ich auch
40 geeignete Minerale bzw. Kohlenstoff in meinen
Prinzip des radioaktiven Zerfalls
Proben habe.
21Eon Era Periode Epoche Stufe Die Erdzeitalter
Quartär Oligozän Thanetium
Kenozoikum
1,8 34 57
Neogen
23 Eozän Seelandium
56 60
Paleogen
66
Paleozän Danium
66 66
Mesozoikum
Kreide
146 Mio. Jahre
Jura
200 Um sich in der Erdgeschichte zurechtzufinden, wurde die Erdzeit in
Trias verschiedene Einheiten unterteilt. Die Grenzen zwischen den einzelnen
Phanerozoikum
251
Einheiten definieren sich durch bestimmte Ereignisse oder durch das
299
Perm Auftreten oder Aussterben bestimmter Organismengruppen. Die Grenzen
wurden zudem durch absolute Alter (vorhergehende Seite) datiert.
Karbon
Paläozoikum
359
Die beiden großen Eon-Abschnitte bestehen aus Archaikum/Proterozoikum
Devon und Phanerozoikum. Sie trennen die Erdgeschichte in die Vorzeit und die
416
Silur
Zeit des sichtbaren Lebens. Der Beginn des Phanerozoikum wird durch das
444 Auftreten der ersten hartschaligen Fossilien definiert.
Ordovizium
488 Das Phanerozoikum wird eingeteilt in die Era: Paläozoikum (Erdaltertum),
Kambrium Mesozoikum (Erdmittelalter) und Kenozoikum (Erdneuzeit). Das Mesozoikum
542 war beispielsweise die Zeit der Dinosaurier, die vermutlich durch den
Archaikum Proterozoikum
Einschlag eines riesigen Meteoriten in Yukatan, Mexiko beendet wurde.
2500 Weiter kann die Era in Perioden, Epochen und Stufen unterteilt werden. Die
Bezeichnungen der Einheiten resultieren meist aus Ortsnamen, in denen die
Einheit charakteristisch auftritt.
41 4000
22Die Geologische Karte
Dies ist die Geologische Karte Deutschlands. Die
Farben zeigen die einzelnen geologischen
Perioden. Um solch eine Karte im Großen wie
auch im kleinen Maßstab herzustellen ist viel
Fleißarbeit nötig. Jedes Kartiergebiet wird von
Geologen untersucht, die die Gesteine der
Oberfläche bestimmen und zuordnen.
In Norddeutschland finden sich keine älteren
Gesteine. Hier ist alles durch junge, eiszeitlich
geprägte Sedimente überlagert. Daher sind dort
nur hellgelbe und –grüne Farben eingezeichnet.
Im mittleren Teil Deutschlands dominiert die Farbe
lila. Hier sind Gesteine aus dem Mesozoikum,
speziell der Trias aufgeschlossen. Im Westen liegt
ein brauner Klotz. Er besteht aus dem durch
tektonische Kräfte herausgehobenen Rheinischen
Schiefergebirge, welches aus dem Devon und
Karbon stammt. Da es sich noch immer
heraushebt und abgetragen wird, können sich hier
keine jungen Sedimente ablagern.
Jede Farbe steht somit für eine geologische
Zeiteinheit. Das bedeutet die Gesteine einer Farbe
42 wurden in einer bestimmten Zeiteinheit abgelagert
Geologische Karte Deutschland bzw. sind als Vulkane an die Oberfläche gelangt.
Die Farben haben jedoch nichts mit der
Gesteinsart zu tun. 23Themen aus den Modulen:
Petrologie / Mineralogie
- Einführung
- Weitere Arbeitsgebiete der Petrologie / Mineralogie
- Bildung von magmatischen Gesteinen
- Die Kristallisationsabfolge von Magmen
- Herkunft von Magmen
- Das Streckeisendiagramm
- Bestimmung der elementaren Zusammensetzung eines Gesteins –
XRF Röntgenfluoreszenzanalyse
- Kristallographie
24Petrologie / Mineralogie
Steine sind für uns allgegenwärtig. Wir begegnen ihnen überall. Auf dem Pflasterstein in der Stadt, im
Gebirge oder am Kieselstrand. Während sie für die meisten Menschen eine uninteressante Materie
darstellen, offenbaren sie dem Geologen eine bewegte Geschichte ihrer Vergangenheit.
Petrologen beschäftigen sich mit der Entstehung und der Eigenschaften von Gesteinen, während sich
Mineralogen mit den Mineralen befassen. Beide Module stehen aber in einem engen Zusammenhang.
Den Kreislauf der Gesteine, die drei wichtigen Gesteinsgruppen, die Bildung von Mineralen und die
Bestimmung von Gesteinen mithilfe der Dünnschliffanalyse haben wir im Allgemeinen Teil bereits kurz
kennen gelernt.
43
Vulkaninsel Madeira
44 45
Säulenbasalt Gneis
25Weitere Arbeitsgebiete der Petrologie / Mineralogie
Die Petrologie – die Lehre der Gesteinsbildung –
beschäftigt sich generell mit Zuständen und
Prozessabläufen auf unserem Planeten.
Grundlage dabei ist ein tiefreichendes Verständnis der
physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mineralen
und Gesteinen.
Wie reagiert ein Gestein auf Änderung von Druck und
Temperatur? Wie schnell reagiert es? Wie kann ich
gebirgsbildende Prozesse rekonstruieren?
Was passiert wenn Gesteine und Wasser miteinander
reagieren – sei es bei der Verwitterung oder in heißen
Quellen?
Wie kann man sich den Aufbau, die Zusammensetzung
und die Dynamik der Erde aus Stoffeigenschaften und
Transportprozessen begreiflich machen?
Bei der Bearbeitung dieser Fragestellungen kommen
moderne analytische Verfahren aus der
Festkörperchemie und -physik sowie experimentelle
Arbeiten und thermodynamische Modellierung zum
Einsatz. Damit steht die Petrologie in der Praxis der
46 Geochemie, der Mineralogie und den
Materialwissenschaften nahe.
26Bildung von magmatischen Gesteinen
47
Lava des Kilauea, Hawaii
Die Bildung magmatischer Gesteine und die Vulkanologie sind ein Aspekt der Petrologie / Mineralogie.
Unter welchen Umständen bilden sich Magmen? Wo treten sie auf? Wie gelangen sie an die Oberfläche?
Vulkane erzeugen einen großen Teil magmatischen Ergussgesteine. Auch an den mittelozeanischen
Rücken in den Ozeanen oder an Subduktionszonen wird viel magmatisches Gestein gebildet. Gründe für
eine intensive Forschung an Vulkangesteinen.
Die Untersuchung der Gesteine verrät uns wo sie gebildet worden sind und welche Geschichte sie erfahren
haben.
27Die Kristallisationsabfolge von Magmen
Bowen‘sches
48 Abkühlungsdiagramm
Steigt Magma langsam auf, bilden sich die Minerale in einer bestimmten Reihenfolge abhängig von der
Kristallisationstemperatur. Auf der linken Seite sind die mafischen (dunklen) Minerale abgebildet, die Mineral
für Mineral kristallisieren. Auf der rechten Seite sind die Plagioklase (eine Feldspatart) abgebildet, die ein
Mineral bilden, welches während des Abkühlens seinen Chemismus ändert.
Diese Reaktionsreihe verrät auch etwas über das chemische Verwitterungsverhalten von Mineralen. Der
Olivin, der sich als erstes bildet, wird durch die Verwitterung als erstes wieder gelöst, während der Quarz das
Mineral ist, welches mit als letztes Mineral verwittert. Die Feldspäte wandeln sich während der Verwitterung
in Tonminerale um.
28Herkunft von Magmen
49 Modell Plattentektonik
Magmatite verraten uns anhand ihres Aussehens und ihres Chemismus ihre Abkühlungsgeschichte, ihre
Bildungsbedingungen und ihre Herkunft. Die Abkühlungsgeschichte drückt sich in der Mineralgröße aus.
Ein Hinweis auf die Herkunft ist der Kieselsäuregehalt (SiO²-Anteil) der Magmatite. Basische Magmen wie
z.B. Basalt enthalten wenig SiO². Sie entstehen aus aufgeschmolzenen Mantelmaterial der Tiefe. Saure
Magmen wie z.B. Granit enthalten viel SiO². Sie bilden sich wenn Bereiche der Erdkruste (Lithosphäre)
partiell (teilweise) aufgeschmolzen werden. Der Mantel ist im Gegensatz zur Kruste deutlich an SiO² verarmt.
Basische Magmen sind deutlich heißer und niedrigviskoser (flüssiger) als saure Magmen. Aus diesem Grund
sind die meisten Vulkanischen Magmen basisch, während saure Magmen eher langsam als Pluton
aufsteigen. Auch der Ozeanboden besteht aus basischem Magma, welches am Mittelozeanischen Rücken
aus der Tiefe aufsteigt.
29Das Streckeisendiagramm
Mithilfe von Streckeisendiagrammen kann man
Gesteine anhand ihres Mineralbestandes zuordnen.
Es sieht kompliziert aus, ist es aber nicht.
Dies ist das Diagramm für Vulkangesteine, sprich für
Magmen, die sich schnell abgekühlt haben.
Die Buchstaben in den Ecken stehen für Q=Quarz,
A=Alkalifeldspäte, P= Plagioklase und F=Foide.
A,P und F sind allesamt Feldspäte oder
Feldspatverwandte Gesteine.
Die Zahlen geben die prozentualen Anteile an. Ein
Gestein mit 90% Q besteht aus 90% Quarz und
befände sich ganz oben im Diagramm. Da Quarz in
diesen Mengen bei Vulkangesteinen nicht
vorkommen kann, gibt es diese Gesteine nicht.
Ein Basalt besteht z.B. aus bis zu 20% Q, bis zu
10% F und 65-100% P und 0-35% A.
Eine mikroskopische Analyse reicht nicht immer
aus, die Gesteine genau einordnen zu können.
Hierfür gibt es verschiedene Methoden, von der eine
50 auf der folgenden Seite vorgestellt wird.
Streckeisendiagramm
30Bestimmung der elementaren Zusammensetzung eines
Gesteins – XRF Röntgenfluoreszenzanalyse
51 52
Prinzip der Elektronenanregung
Graphische Auswertung
Um ein genaues Bild über die elementare chemische Zusammensetzung eines Gesteins zu bekommen und
somit auch weitere Informationen über die Bildungsbedingungen und die Herkunft zu bekommen gibt es
verschiedene Methoden.
Eine Methode ist die Röntgenfluoreszenzanalyse. Damit kann die elementare Zusammensetzung einer
pulverisierten Gesteinsprobe qualitativ und quantitativ bestimmt werden.
Durch Röntgenstrahlen werden kernnahe Elektronen eines Atoms auf eine höhere Schale gehoben. Wenn
sie danach wieder auf ihre ursprüngliche Position zurückfallen geben sie eine charakteristische Energie in
Form der Fluoreszenzstrahlung ab. Durch einen Detektor wird diese aufgefangen. Ein angeschlossener
Computer wertet die Daten aus und gibt sie als Elementspekrum in einer Tabelle an.
31Kristallographie
Die Kristallographie beschäftigt sich mit den kleinsten Einheiten eines Gesteins bzw. Minerals. Kristalle
bestehen aus Atomen und Molekülen, die immer nach dem gleichen Muster aufgebaut sind. Die Atome
folgen immer derselben Symmetrie. Ein Salzkristall besteht aus Natrium und Chloratomen (Im Bild Cl:
dunkelblaue Kugeln; Na: türkise Kugeln), die immer wieder nach demselben Muster aufgebaut werden.
Mit der Art und Weise wie Kristalle aufgebaut sind, geben sie ihren Mineralen bestimmte charakteristische
chemische und physikalische Eigenschaften mit auf den Weg: Härte, Spaltbarkeit, Leitfähigkeit oder das
magnetische Verhalten sind einige dieser Eigenschaften.
Die Materialwissenschaften machen sich diese Eigenschaften zunutze und nutzen die Kristallstrukturen,
um natürliche und synthetische Minerale für Industrie und Technik zu testen.
53
Salzkristall (NaCl)
54 55
Atomgitter von NaCl Prinzip des Aufbau von Kristallen nach
dem immer gleichen Muster
32Themen aus den Modulen:
Sedimentologie
-Einführung
-Das Schicksal der Gesteine
-Beckenablagerungen
-Stratigraphie
-Biostratigraphie
-Leitfossilien
-Tektonik
-Karbonatsedimentologie
-Fossile Lagerstätten
-Bildung von Erdöl- / Erdgaslagerstätten
-Kohlenbildung
33Sedimentologie
Sedimentologen beschäftigen sich mit Gesteinen,
die durch Verwitterung abgetragen werden und
durch Wind, Eis, Wasser oder dem Höhengradient
in tieferliegende Becken abgelagert werden.
Weitere Gesteine, die zu den Sedimenten gehören
sind Ausfällungen, die chemischen oder
biologischen Ursprunges sind. Ein Beispiel hierfür
sind Kalke, die sich durch Ausfällung bilden oder
die aus kalkigen Mikroorganismen bestehen oder
Salze, durch verdunstendes Meerwasser.
56 Die Zusammensetzung der Sedimente, die
Sedimentstrukturen sowie die Untersuchung
Lockergestein am Berghang verschiedener sedimentologischer Parameter, wie
z.B. Porosität, Korngröße oder Rundungsgrad kann
die Herkunft und die Ablagerungsgeschichte der
Sedimente rekonstruiert werden.
57
57
Abgelagertes und verfestigtes Sediment
58
Salzbildung durch Meerwasserverdunstung 34Das Schicksal der Gesteine
Verwitterung und Erosion tragen die
Gesteine ab. Man unterscheidet zwischen
physikalischer und chemischer
Verwitterung.
Bei der physikalischen Verwitterung werden
durch Wind und Wetter die Gesteine
zerkleinert. Bei der chemischen,
hauptsächlich hervorgerufen durch
wässerige Lösungen, werden die Gesteine
umgewandelt und als gelöste Produkte
abtransportiert. Ob physikalische und/oder
chemische Verwitterung stattfindet, hängt
stark von der jeweiligen Klimazone ab. 59
Schemazeichnung Sedimentationsablauf
Über verschiedene Systeme wird der Gesteinsschutt hangabwärts
abtransportiert.
Fließende Gewässer, Wind oder Gletscher transportieren die Gesteine,
solange Reliefunterschiede bestehen. Dabei können Entfernungen von
mehreren hundert bis tausend Kilometern zurückgelegt werden. Dabei
bleiben die großen Brocken als Bergschutt auf den Abhängen liegen,
während die feineren Materialien über Flüsse oder auch durch
Windtransport weiter transportiert werden. Ziel des Transportes sind
Sedimentationsbecken. In der Regel das Meer, aber auch kontinentale
Becken oder Seen sind Endpunkte des Sedimenttransportes. Hier lagern
60
sich die Sedimente ab, werden verfestigt und gelangen am Grunde des
Erodierter Bergschutt Ozeans angekommen wieder in die Versenkung und Diagenese und der
Gesteinskreislauf wird erneut gestartet.
35Beckenablagerungen
In diesen beiden Bildern sieht man Sedimente, die
sich vor Millionen von Jahren in einem
Sedimentbecken abgelagert haben und durch
Hebung an die Oberfläche getreten sind. Die
Erosion ist durch die Einschneidungen bereits
eingetreten.
Im Gelände kann man die Größe und die
Geschichte der Sedimentablagerungen
rekonstruieren. Die Art und Zusammensetzung der
Gesteine und die fossilen Inhalte geben uns
Hinweise über die Paläoumweltbedingungen und
die Paläogeographie.
Zur Veranschaulichung: Sandsteinablagerungen
stammen aus kontinentalen Ablagerungen, da
Sandsteine nur an Land gebildet. Kalke dagegen
bilden sich hauptsächlich im marinen Raum. Ob es
61 61 sich um ein tiefes oder flaches Meer handelte,
Grand Canyon kann man z.B an den Fossilinhalten der Schichten
erkennen. Wechsel der Lithologien
(Gesteinsabfolgen) zeigen Wechsel der
Umweltbedingungen an. Durch
Meeresspiegelschwankungen kann ein
ozeanisches Becken zeitweise durch terrigene
Sedimente beeinflusst werden und wir sehen z.B.
einen Wechsel zwischen Sand- und Kalksteinen.
36Stratigraphie
Um Ablagerungen über kleine und große Distanzen
zeitlich korrelieren zu können wird die Stratigraphie
angewendet. Mit ihr können im Gegensatz zur absoluten
Altersbestimmung relative Alter angegeben werden.
Dabei sind folgende Grundprinzipien anzunehmen: die
Schichten wurden ursprünglich horizontal abgelagert, die
oberen Schichten sind jünger als die unteren und die
Ablagerungen erstrecken sich lateral bis zum Ende des
Ablagerungsbecken.
Mit der Lithostratigraphie können die Abfolgen anhand
ihrer Gesteinsabfolgen gegliedert werden.
Aschelagen aus großen Vulkanausbrüchen eignen sich
zur Eventstratigraphie. Vulkanische Lagen haben den
zusätzlichen Vorteil, dass sie meist Elemente enthalten,
die sich zur absoluten Datierung eignen.
Die Sequenzenstratigraphie orientiert sich an
wechselnden Ablagerungen durch
Meeresspiegelschwankungen.
Die Magnetostratigraphie richtet sich nach dem sich
62
etwa alle 500.000 Jahre umkehrenden Magnetfeldes der
Erde, welches besonders in Eisenhaltigen Gesteinen
Grand Canyon gespeichert ist.
37Biostratigraphie
63 Prinzip der Biostratigraphie
Eine der gängigsten Methoden der Stratigraphie ist die Biostratigraphie. Hier wird die zeitliche Zuordnung
durch Leitfossilien bestimmt. Leitfossilien sind Fossilienarten, die zu ihrer Zeit möglichst global auftraten,
häufig waren und nur in einer kurzen geologischen Zeit auftraten. Finde ich dieselben Leitfossilien an zwei
verschiedenen Positionen, so kann ich diese miteinander korrelieren. Bestimmte Lagen (z.B. Aschelagen)
lassen sich radiometrisch datieren. Dadurch kann ich meine relative Zeitzuordnung absichern und genauer
eingrenzen.
38Leitfossilien
An dieser Stelle ein Vorgriff zur Paläontologie.
Jedes Erdzeitalter hat seine charakteristischen Leitfossilien. Da das Leben
im Wasser seinen Anfang nahm kommen als Leitfossilien für die Frühzeit
nur marine Organismen in Frage. Erst später eroberten die Lebewesen auch
die Landgebiete. Sie haben aber den Nachteil dass sie selten in großen
64 Mengen global auftraten und damit als Leitfossilien weniger geeignet sind.
Trilobiten (Kambrium)
Nebenstehend sind bereits einige der wichtigen Leitfossilien der Erdzeit
vorgestellt:
Trilobiten gehören zu einer ausgestorbenen Gruppe der Arthropoden
(Gliederfüßer). Sie lebten in der Zeit des Kambrium bis Perm und gehörten
zu den ersten Organismen mit einer harten Schale.
Graptolithen sind ebenfalls ausgestorbenen. Sie lebten etwa später im
Ordovizium/Silur. Sie waren polypenähnliche, koloniebildene Organismen,
65
die meist festsitzend (benthisch) am Boden lebten. Überliefert sind heute nur
Graptolithen (Ordovizium/Silur) noch die Wohnröhren (Theken), die sich während in verschiedenen
Wuchsformen auswirkten.
Kopffüssler hatten ihre Blütezeit von Devon bis Kreide. Sie sind aber im
Gegensatz zu den Trilobiten und Graptoliten nicht vollständig ausgestorben.
Im Laufe der vielen Aussterbeereignisse der Vergangenheit hat die Gattung
66 der Nautiliden überlebt.
Kopffüßler (Devon-Kreide)
39Tektonik
Die Tektonik kann die Rekonstruktion von
Ablagerungsräumen durchaus schwierig werden lassen.
Die ursprünglich abgelagerten Schichten können durch
tektonischen Druck gefaltet (Bild oben), verschoben
(Bild unten), zerschert oder gequetscht werden.
Die Kunst der Geowissenschaftler ist es die
ursprüngliche Ablagerung wieder zu rekonstruieren,
Aber die Tektonik gibt auch wichtige Hinweise. Man kann
die geologischen Kräfte rekonstruieren, und feststellen
67 aus welcher Richtung der geologische Druck kam und
Verfaltete Sedimente wie stark er relativ war. Damit kann wie anfangs
beschrieben z.B. die Bewegung der Platten rekonstruiert
werden.
Tektonische Drücke sind in Dimensionen von großen
Gebirgen bis zum Mineral sichtbar.
Tektonik beschäftigt somit nicht nur Sedimentologen, die
ihre Ablagerungsräume wiederherstellen wollen, sondern
auch Petrologen, Mineralogen oder Geologen, die im
Bergbau tätig sind.
68
Abschiebung
40Karbonatsedimentologie
Die große Bahamabank
Ein Teil der Sedimentologievorlesung beschäftigt
sich mit Karbonaten und Karbonatbildung. In der
Vergangenheit lagen viele Kontinente in der Nähe
des Äquator, so dass man heute, auch hier in
Norddeutschland, viele ehemalige Kalkriffe finden
kann.
Um die fossilen Riffe zu verstehen, werden heutige
Riffe untersucht und mit fossilen Riffen verglichen.
69 Als Paradebeispiel für die heutigen Riffe wird in den 71
Vorlesungen dafür oft die Große Bahamabank in Seegras
Seeigel
der Karibik ausgewählt.
Besonders interessant sind Riffe in der
Klimaforschung. Die tropischen Korallenriffe sind
sehr empfindliche Ökosysteme, die schnell auf
Klimaänderungen reagieren. Durch das Verstehen
der Riffe heute und in der Vergangenheit können
wichtige Erkenntnisse über das Klima gemacht
werden. Auch der globale Kohlenstoffkreislauf, der
eng mit dem Klima verbunden ist, spielt hier eine
große Rolle.
70
Übergang Plattform - Ozean
72
Andros Island, Bahamas
41Fossile Lagerstätten
Ein weiteres Arbeitsgebiete der Sedimentologen
sind fossile Lagerstätten.
Kohlenwasserstoffe spielen im Leben des
Menschen eine große Rolle. Seit der Industriellen
Revolution Mitte des 19. Jahrhunderts ist ein
Leben ohne fossile Brennstoffe undenkbar.
Eine der Hauptaufgaben ist die Suche
(Prospektion) und die Bewertung (Exploration)
von potentiellen Kohlenwasserstofflagerstätten.
73 Dabei werden sedimentologische, geochemische
und geophysikalische Hilfsmittel zur Hilfe
genommen.
Das Thema Fossile Lagerstätten ist ebenso
Bestandteil der Module: Meeresgeologie,
Geochemie und Geophysik.
Wie sich fossile Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas und
Kohle gebildet haben zeigen die nächsten beiden
Seiten.
74
42Bildung von Erdöl-/Erdgaslagerstätten
Erdöl und Gas entstehen durch Ablagerungen von
Mikroorganismen, besonders Algen im Meer. Nach
dem Absterben sinken zum Meeresboden.
Herrschen am Meeresboden sauerstoffarme
Bedingungen verwesen die Organismen nicht und es
bilden sich Faulschlämme. Diese Vorgänge können
Jahrtausende bis Jahrmillionen Jahre dauern. Durch
die Bedeckung mit weiteren Sedimenten gerät der
Faulschlamm unter Bedingungen höherer
Temperatur und höheren Druckes. In einem
definierten Druck-Temperaturfenster wandelt sich
der Faulschlamm in Öl und Gas um und bilden das
so genannte Muttergestein.
75 Dies ist jedoch nur der erste Schritt. Die neu
gebildeten Kohlenwasserstoffe müssen sich in
Speichergesteinen sammeln. Durch feine
75 Porenräume im Sediment können sie aus dem
Prinzip der Erdöl- und gasbildung Muttergestein in ein Speichergestein migrieren
(wandern) und sich anreichern. Damit sie nicht
vorher entweichen können, muss das
Speichergestein oben abgeschlossen sein. Das kann
z.B eine dichte Tonschicht, bestimmte
Sedimentstrukturen oder eine Störung sein, durch
die die Kohlenwasserstoffe nicht nach oben
entweichen können. Aus diesen „Fallen“ können die
Kohlenwasserstoffe dann abgebaut werden.
43Kohlenbildung
76
Im Gegensatz zu Erdöl bildet sich Kohle im terrestrischen Bereich. Besonders günstig war ein warmes
feuchtes Klima, wie es z.B. im Karbon vor ca. 300 Mio. Jahren geherrscht hat. Zu dieser Zeit gab es riesige
Wälder aus Farnen und Bärlappgewächsen. Die abgestorbenen Pflanzen versanken im Sumpf und wurden
dem aeroben Zersetzungsprozess entzogen. Aus den Pflanzenresten bildete sich Torf. Durch ansteigende
Meeresspiegel wurden die Sümpfe mit Sediment bedeckt und wie beim Öl gelang das Torf unter erhöhte
Temperatur- und Druckbedingungen. Je höher der Druck wurde, desto mehr Wasser wurde aus dem Torf
gepresst. Mit sinkendem Wassergehalt wandelt sich der Torf in Braun- und später in Steinkohle um. Aus der
Zeit des Karbon stammen die meisten heutigen Steinkohlelagerstätten. Die Braunkohlelagerstätten stammen
meist aus jüngerer Zeit und entstanden hauptsächlich im Kenozoikum vor 2,5 – 65 Mio. Jahren.
44Themen aus den Modulen:
Paläontologie
- Einführung
- Bestimmung von Organismen
- Entwicklung des Lebens
- Missing links – fehlende Glieder
- Taphonomie – Vom lebenden Organismus zum Fossil
- Bedeutende Stationen in der Evolution des Lebens
- Stromatolithen – Präkambrische Pioniere
- Ediacara - Die ersten mehrzelligen Organismen
- Die Kambrische Explosion
- Devon/Karbon – Das Leben gelangt an Land
- Das Ende der Dinosaurier und die Herrschaft der Säugetiere
- Die Rückschläge des Lebens – Aussterbeereignisse
- Gründe für Aussterbeereignisse
45Paläontologie
Paläontologen beschäftigen sich mit der Wissenschaft
der fossilen Lebewesen und der Evolution des
Lebens.
Die Entwicklung des Lebens, die Beschreibung der
Arten (Taxonomie) und die Systematik der
Verwandschaftsverhältnisse gehören zu den
Fragestellungen der Paläontologen. Dazu gehört auch
die Beschreibung der Vorgänge, die sich zwischen
Tod und Einbettung im Sediment (Taphonomie)
beschäftigen. Die Informationen der Fossilien helfen
den Wissenschaftlern bei der Rekonstruktion von
Paläoumweltbedingungen.
Im Gegensatz zu den Biologen erhalten
Paläontologen ihre Informationen lediglich aus den
fossilen Überresten bzw. aus Spurenfossilien, wie
Fußabdrücken. Die Rekonstruktion der Organismen
und ihrer Lebensweise gleicht somit einem
Puzzlespiel, bei dem viele Teile fehlen. Trotzdem
gelingt es den Paläontologen viel über das Leben der
77
Vergangenheit zu erfahren.
Henkelotherium, Skelett eines jurassischen Säugetieres.
46Bestimmung der Organismen
Die Bestimmung und die zeitliche Zuordnung der einzelnen Fossiliengruppen ist eine
der wichtigsten Aufgaben der Paläontologen. An der Universität Bremen liegen die
Schwerpunkte in marinen Fossilien. Einzellige Algen (siehe Abschnitt
Meeresgeologie), Muscheln, Schnecken, Korallen oder Ammonoideen sind einige der
Organismen, die man im Laufe des Studiums kennen lernt.
Jedes Fossil lebte in einem bestimmten Lebensraum, so dass man anhand der
gefundenen Organismenvergesellschaftungen Rückschlüsse auf die
Paläoumweltbedingungen ziehen kann. Dabei geht man davon aus, dass die
Lebensräume, die die Organismen heute einnehmen, in etwa die selben sein müssen,
in denen sie vor unserer Zeit gelebt haben. Dieses Aktualitätsprinzip findet in den
Geowissenschaften oft Anwendung.
Als Beispiel: Korallen (ausgenommen Kaltwasserkorallen) leben nur in den warmen
sonnendurchfluteten Gewässern der Äquatorzone. Aus diesem Grund geht man davon 78
aus, dass fossile Korallen unter ähnlichen Bedingungen gelebt haben müssen.
Nerinea, Leitfossil Jura
Discoceratites,
Leitfossil Trias
79 80 81
Posidonia, Unterkarbon Thecosmilia (Koralle), Weißjura
47Entwicklung des Lebens
82 Zeitliches Auftreten ausgewählter Tierarten
Die Entwicklung des Lebens begann mit einfachen Lebensformen wie Bakterien und entwickelte sich
über Weichtiere, Fische, Amphibien, Reptilien zu den Säugetieren und Vögeln. Wir Menschen stehen
mit am Ende der momentanen Evolution. Die Erstellung eines Stammbaumes unter Berücksichtigung
der richtigen Verwandschaftsverhältnisse ist die zweite Aufgabe von Paläontologen.
Diese Arbeit ist ein schwieriges Puzzlespiel, da die geologischen Überlieferungen nicht immer
vollständig sind und man auf die so genannten „Missing links“ angewiesen ist.
48Missing links –fehlende Bindeglieder
„Missing links“ sind in der Evolution die fehlenden Bindeglieder
zwischen zwei Taxa, sprich zweier unterschiedlicher
systematischer Organismengruppen.
Der Fund eines Vogelähnlichen Wesen um 1850 war ein
wertvoller Hinweis, der die bis dahin umstrittene Evolutionstheorie
von Charles Darwin stützte.
Der Archaeopteryx ist ein Wesen welches Merkmale von Reptilien
und Vögeln aufweist. Er ist somit die Übergangsform oder das
fehlende „Missing link“ von der Reptilienwelt zu den Vögeln.
Die zu den Reptilien passenden Merkmale sind: er hat eine lange
Schwanzwirbelsäule, offene Rippen ohne Steifungsfortsätze,
Kiefer mit Zähnen und an den Händen drei Finger mit Krallen.
Zu den Vögeln passende Merkmale sind: er hat ein Federkleid
und einen Vogelschädel, ein Vogelähnliches Becken und eine
83 nach hinten gestellte Zehe.
Archaeopteryx Der Acanthostega ist z.B. der „Missing link“ zwischen den Fischen
und Amphibien.
Im Aufstellen eines Stammbaumes sind diese Organismen
besonders wichtig, den sie zeigen die zeitliche Auftrennung
verschiedener Tierstämme im Laufe ihrer Entwicklungsgeschichte.
84
Acanthostega 49Taphonomie – Vom Lebenden Organismus zum Fossil
Der Weg vom Tode eines Organismus bis zum Fossil wird von
vielen Prozessen begleitet, die man zur Rekonstruktion des
Lebensraumes berücksichtigen muss. Und die Taphonomie
liefert zusätzlich Hinweise zum Milieu, in dem die Fossilbildung
stattfand.
Organische Substanz wird unter normalen Bedingungen oxidiert
und wird nicht fossilisiert. Lediglich in anoxischen Lebensräumen,
wie am Grunde von undurchlüftenden Seen kann organische
Substanz z.B. erhalten werden. Das Skelett bzw. Hartteile
können durch Wind, Eis oder Strömung über lange Strecken
transportiert werden, zerbrechen oder durch bakteriellen Abbau
85 zersetzt werden.
In Bernstein eingeschlossene Mücke Um ein möglichst gut erhaltenes und vollständiges Fossil zu
erhalten, muss es möglichst schnell nach dem Tode im Sediment
eingebettet werden. Damit kann es den schädlichen
Umwelteinflüssen ferngehalten werden. Auf diese Weise können
auch Spuren von Organismen überliefert werden.
Auch nach der Einbettung finden mit den Überresten chemische
Umwandlungen statt. Durch wässrige Lösungen im Sediment
können die Hartsubstanzen aufgelöst werden oder in andere
Minerale umgewandelt werden.
86
Pyritisierter Ammonit
50Bedeutende Stationen in der Evolution des Lebens
Eon Era Periode
Im folgenden Blicken wir auf einige der bedeutenden Stationen im Laufe der
Quartär Erdgeschichte.
Kenozoikum
1,8
Neogen
23 Wir beginnen im Proterozoikum vor etwa 2,5 Mrd. Jahren. Die Kruste war schon
Paleogen weitgehend abgekühlt. Die Ozeane waren gefüllt mit eisenreichen Wasser.
66
Photochemische Reaktionen aus der Spaltung von Wasser unter Einwirkung von
Mesozoikum
146
Kreide UV-Strahlung bildete den ersten freien Sauerstoff. Dieser gelang jedoch noch nicht
in die Atmosphäre, sondern wurde von dem gelöstem Eisen im Wasser oxidiert.
Jura
200 Ein Beleg dafür sind die berühmten BIF‘s (Banded iron formation), auch
Trias Bändereisenerze genannt. Das Eisen wurde durch den Sauerstoff oxidiert und es
Phanerozoikum
251
bildeten sich die roten Bänderungen in den Eisenerzen. Sie bezeugen das erste
299
Perm Auftreten von Sauerstoff.
Karbon
Paläozoikum
359
Devon
416
Silur
444
Ordovizium
488
Kambrium
542
Archaikum Proterozoikum
2500
87
Gebändertes Eisenerz
4000
51Stromatolithen – Präkambrische Pioniere
Eon Era Periode
Kenozoikum Quartär
1,8 Vor 2,5 Mrd. Jahren entstanden in den Meeren des Archaikums die ersten
Neogen Photosynthese betreibenden Organismen, die den Sauerstoffhaushalt der
23
Atmosphäre erheblich beeinflussten.
66
Paleogen Es handelt sich um Cyanobakterien. Das sind winzige Einzeller ohne Zellkern. Sie
nutzten das Sonnenlicht um mithilfe der Photosynthese Energie aus dem
Mesozoikum
Kreide
146 Sonnenlicht in Nahrung umzuwandeln. Ein Abfallprodukt der Photosynthese ist
Jura Sauerstoff, der nun in großen Mengen in die Atmosphäre entweichen konnte.
200
Die Stromatolithen bestehen auch vielen Lagen von Bakterienmatten. Dabei wächst
Trias eine Generation auf der nächsten und die Kolonie wächst im Laufe der Zeit
Phanerozoikum
251
aufwärts.
Perm
299 Stromatolithen kommen nur in Flachwasserbereichen vor, da sie auf Sonnenlicht
Karbon angewiesen sind. Die meisten Stromatolithenriffe wurden im Laufe der Zeit durch
Paläozoikum
359
Korallenriffe verdrängt. In Australien in der Shark Bay wachsen sie aber noch heute.
Devon
416
Silur
444
Ordovizium
488
Kambrium
542
Archaikum Proterozoikum
2500
4000 88
Rezente Stromatolithen 52Ediacara - Die ersten mehrzelligen Organismen
Eon Era Periode
Kenozoikum Quartär
1,8
Kurz bevor die große Evolution der Organismen im Kambrium beginnen konnte,
Neogen
23 gab es zu Ende des Proterozoikum eine geheimnisvolle Organismenwelt in den
Paleogen Ozeanen. Es handelt sich um die ersten mehrzelligen Wesen, die wie die Quallen
66
Weichtiere waren. Sie wurden nach dem Fundort Ediacara in Australien benannt.
Mesozoikum
146
Kreide Sie stehen mit nachfolgenden Organismen nicht direkt im evolutionären
Zusammenhang, so dass sich bis heute die Frage stellt, ob die Ediacarafauna
Jura
200 einen eigenen Zweig darstellte, der zu Ende des Präkambriums ausgestorben ist.
Trias
Phanerozoikum
251
Perm
299
Karbon
Paläozoikum
359
Devon
416
Silur
444
Ordovizium
488
Kambrium
542
Archaikum Proterozoikum
89 90
2500
Sprigginia Dickinsonia sp.
4000
53Die Kambrische Explosion
Eon Era Periode
Die Kambrische Explosion ist für die Entwicklung der Tierwelt ein entscheidender
Kenozoikum Quartär Zeitpunkt. In einem geologisch kurzen Zeitraum sind ungewöhnlich viele
1,8
mehrzellige Tiergruppen entstanden, deren Baupläne sich teilweise bis heute
23
Neogen erhalten haben.
Paleogen
66 Dieses Ereignis in der Geschichte der Erde war so gravierend, dass mit ihm das
zweite große Eon des Phanerozoikum begonnen hat.
Mesozoikum
Kreide
146
200
Jura Porifera (Schwämme), Nesseltiere (Quallen), Arthropoden (Gliederfüßer),
Brachiopoden (Armfüßer), Echinodermata (Stachelhäuter) und Mollusken
Trias
(Weichtiere) sind die wichtigsten Tierstämme, die ab diesem Zeitpunkt aufgetreten
Phanerozoikum
251
Perm sind und deren Gattungen zum Teil heute noch vorkommen.
299
Beruhten die Fossilüberlieferungen vor dem Kambrium auf Abdrücke von
Karbon Weichteilen und biochemischen Markern, ist das Überlieferungspotential durch die
Paläozoikum
359
nun vorhanden Skelette und Hartteile deutlich verbessert.
Devon
416 Es heißt also nicht, dass es vor der Kambrischen Explosion viel weniger
Silur
Organismen gab, aber durch die kaum vorhandene Überlieferung der
444
Weichteilfossilien, hat man den Anschein das erst jetzt die Organismen massenhaft
488
Ordovizium auftraten.
Kambrium Trilobit
542
Gehört zur Klasse der
Archaikum Proterozoikum
Arthropoden; starb Ende des
Perm aus; wichtiges Leitfossil
2500 des Kambrium.
91
4000
54Devon/Karbon – Das Leben gelangt an Land
Eon Era Periode
Kenozoikum Quartär Hat das Leben bisher fast ausschließlich im Wasser stattgefunden, gelang es
1,8
Ende des Devons nun auch an Land. Die ersten Landwirbeltiere (Tetrapoden)
Neogen
23 mit amphibischer Lebensweise und auch die ersten Insekten eroberten die
Paleogen Landflächen.
66
Auch die Pflanzen breiten sich im Devon und Karbon nun massiv an Land
Mesozoikum
146
Kreide aus. Riesige Wälder aus Urfarnen und Bärlappgewächsen bedecken die
Landflächen und bilden die Grundlage für unsere heutigen Kohlevorkommen.
Jura
200 Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre betrug im Karbon durch die hohen
Trias Photosyntheseraten 35%.
Phanerozoikum
251
Perm
299
Karbon
Paläozoikum
359
Devon
416
Silur
444
Ordovizium
488
Kambrium
542
Archaikum Proterozoikum
2500 92
4000
55Das Ende der Dinosaurier und die Herrschaft der Säugetiere
Eon Era Periode
Kenozoikum Quartär Die Dinosaurier waren die Vorherrscher während des Mesozoikums. Das
1,8
große Massenaussterben am Ende der Kreidezeit, welches vermutlich durch
23
Neogen den Einschlag eines riesigen Meteoriten in Mexiko verursacht wurde,
überlebten sie nicht. Dies war die Gelegenheit für die Säugetiere. Sie
Paleogen
66 existierten ebenfalls schon während des Mesozoikum, aber sie konnten sich
noch nicht durchsetzen. Nun, da die Dinosaurier ausgestorben sind und die
Mesozoikum
Kreide
146
Säugetiere dieses Aussterben deutlich besser vertragen haben, konnten sie
200
Jura sich Durchsetzen und die verschiedensten Nischen der Ökosysteme
besetzen. Die ersten Säugetiere waren kleine Nagetiere. Mit der Zeit konnten
Trias
sich die verschiedensten Gruppen bilden, von der eine Gruppe eine ganz
Phanerozoikum
251
Perm besondere Evolution erleben durfte – der Mensch.
299
Karbon
Paläozoikum
359
Devon
416
Silur
444
Ordovizium
488
Kambrium
542
Archaikum Proterozoikum
93 94
2500
92 95
4000
56Sie können auch lesen
