50 Schlüsselideen Erde

Es ist ein wunderbarer Planet, auf dem wir leben. In glücklichen Momenten bestaunen wir seine Schönheit, stehen ehrfürchtig vor seiner Großartigkeit und sind dankbar für seine Gaben. Aber die meiste Zeit unseres Lebens hasten wir geschäftig auf der Oberfläche herum und vergessen zwei wichtige Dimensionen: Tiefe und Zeit. Auf diese möchte ich in diesem Buch aufmerksam machen.

Wir alle bestehen aus Sternenstaub. Die allerersten Wasserstoff- und Heliumatome sind beim Big Bang, dem Urknall, vor etwa 13,7 Milliarden Jahren entstanden. Durch Fusionsprozesse bildeten sich daraus in Generationen von Sternen Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, die Bausteine unseres Körpers, ebenso Silizium, Aluminium, Magnesium, Eisen sowie alle übrigen Elemente, die unseren Planeten aufbauen.

Als die Erde junge 20 Millionen Jahre alt war, ereilte sie der katastrophalste Einschnitt in ihrer Geschichte. Mit rund 48 000 km/h kollidierte sie mit einem anderen Protoplaneten von ungefährer Marsgröße! Der Einschlag ließ die Erde schmelzen, gleichzeitig aber erhielt sie einen Begleiter, der die Jahreszeiten stabilisierte und dem Leben Entfaltung bot: der Mond.

Während der ersten 700 Millionen Jahre war die Erde alles andere als ein angenehmer Ort. Nicht umsonst trägt dieses Äon den Namen Hadäikum, nach dem griechischen Hades (Hölle). Es war eine Zeit permanenter Meteoriteneinschläge und Vulkanausbrüche. Zeitweise bestand die komplette Erdoberfläche aus flüssigem Magma. Es gab keinerlei Atmosphäre, die Ozeane waren verdunstet und Wasser existierte nur in Dampfform. So war er nun mal, der Beginn der Erdgeschichte.

Mit das Erste, was Menschen über Gesteine oder Fossilien wissen möchten, ist deren Alter. Bis etwa Mitte des 20. Jahrhunderts war es nicht möglich, etwas Genaueres darüber auszusagen. Heute steht uns eine Reihe von sehr exakten Methoden zur Verfügung, um das Alter von Gesteinen, und selbstverständlich auch das Alter der Erde, zu bestimmen.

Unser Heimatplanet, der dritte Gesteinsplanet von vieren, ist ein „Glückspilz“. Einer, der an der einzig richtigen Stelle für Leben sitzt. Aber warum ist es so, wie es ist, und warum sind der zweite (Venus) und der vierte (Mars) so völlig anders? Was gab den Ausschlag und was lernen wir daraus?

Sollten Außerirdische wider Erwarten in das Sonnensystem eindringen, könnten sie uns „Erdlinge“ sofort lokalisieren. Neben unseren Radio- und Fernsehsendern würden sie sofort eindeutige Lebensspuren in der Erdatmosphäre ausmachen. Anstatt einer einzigen Komponente wie z.B. das Verbrennungsprodukt CO

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würden sie ein wechselndes Gemisch aus Sauerstoff, Ozon, Methan und Ammoniak messen — Gase, die es ohne Leben nicht gäbe.

Als Jules Verne seine fiktive Reise 1864 publizierte, wusste man über das Erdinnere so gut wie nichts. Geologie war damals eine noch junge Wissenschaft. Charles Darwins Evolutionstheorie war gerade veröffentlicht worden und die ersten Dinosaurierskelette fanden ihren Weg in die Museen. Heute haben moderne Instrumente die phantasievolle Schreibfeder von Verne ersetzt.

Wir können keineswegs beliebige Proben aus dem Erdinnern entnehmen, aber wir können indirekt hineinsehen. Unser Planet ist zwar undurchdringbar für Licht, aber nicht für Wellen, wie sie z.B. Erdbeben auslösen. Wie Lichtwellen, die von Spiegeln reflektiert und durch Linsen gebrochen werden, brechen sich Erdbebenwellen an den verschiedenen Grenzflächen im Inneren des Planeten und werden am Übergang zu Gesteinen unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung gebeugt und reflektiert.

Der Erdkern ist so groß wie der Mars, besitzt aber die dreifache Masse. Der Äußere Kern besteht aus geschmolzenem weißglühendem Metall mit turbulenten Strömungen und Wirbeln. Unter ihm befindet sich der feste Innere Kern. Ungeachtet dessen haben Prozesse in dieser fremden Welt des Erdkerns entscheidenden Anteil daran, dass das auf der Erdoberfläche existierende Leben vor tödlicher Weltraumstrahlung geschützt wird.

Der Erdmantel besteht aus Festgestein, er ist heiß, steht unter hohem Druck und reagiert plastisch. In geologischen Zeiträumen betrachtet gleicht seine Bewegung dem Fließen eines Gletschers. Wärme aus dem Erdinnern erzeugt Konvektionsströme, ähnlich den Verwirbelungen in einem Topf mit heißem Sirup. Diese Strömungen setzen Kräfte frei, die Erdbeben, Vulkanausbrüche und Plattenbewegungen verursachen.

Über das Ausmaß der gesamten Mantelkonvektion ist das letzte Wort noch nicht gesprochen. Einige rezente Vulkane beziehen ihr Magma sicher nur aus dem Oberen Mantel. Aber manchmal passiert es, wenn auch nur selten, dass in einem sehr großen Ausmaß Material von der Kern-Mantel-Grenze hochdrängt, ganze Kontinente hebt, sie durchaus auch durchtrennt und unglaublichen Massen an Magma gefördert werden. Dann spricht man von einem Superplume.

Die Oberfläche der Erde besteht aus einer vergleichsweise dünnen Haut aus kaltem Festgestein: der Erdkruste. Sie ist Quelle aller für unsere Zivilisation lebenswichtigen Rohstoffe. Außerdem ist die Kruste die bisweilen glühende Grenzfläche zwischen Erde, Luft und Wasser und lässt erahnen, welche Kräfte unter der Erdkruste verborgen liegen.

Sucht man nach der einen großen Idee des 20. Jahrhunderts, die unser Bild von der Erde revolutionierte, so ist es die Plattentektonik. Es ist keinesfalls nur die Vorstellung, dass Kontinente auf der Erdoberfläche wandern, sondern eine in sich schlüssige Theorie, wie und warum sie das tun.

Ozeane bedecken mehr als 70 Prozent der Erdoberfläche. An ihren Küsten bauen wir Ferienhäuser, wir schwimmen und tauchen im Meer, aber selten tiefer als die paar Dutzend Meter, die das Sonnenlicht eindringt. Darunter liegt eine weithin unbekannte Welt, die Hinweise liefern dürfte, wie unser Planet funktioniert und deren Entschlüsselung noch längst nicht zu Ende ist.

Neuer Ozeanboden entsteht. Kontinente verschieben sich ohne zu verschwinden. Die Erde wird dennoch nicht größer, also muss die alte Kruste irgendwie entsorgt werden — durch Subduktion. Sie vervollständigt den Zyklus der Mantelkonvektion, indem sie Material an Kontinentalränder anfügt und vulkanische Inselbögen entstehen lässt.

Vulkane sind auf spektakuläre Weise das Abbild der Energie- und Wärmeproduktion im Innern der Erde. Früher galten sie als Kamine der Hölle oder Verstecke von Drachen, heute weiß man, dass sie nicht nur Urlaubsattraktionen sind, sondern auch große Städte und ganze Regionen zerstören und sogar das Klima beeinträchtigen. Man kann Vulkanausbrüche zwar untersuchen, verstehen und teilweise auch vorhersagen, aber niemals verhindern.

Kontinente verschieben sich scheinbar ungebremst rund um den Globus. Dennoch ruckt es immer wieder — und zwar gewaltig. Denn die Ränder der Platten sind „schlecht geschmiert“, sie können sich verhaken und es kommt zu Spannungen, die sich so lange aufbauen, bis die Bruchgrenze erreicht ist. Das Gestein zerbricht und die Spannungsenergie wird als Erdbeben freigesetzt. Diesen Mechanismus zu erforschen erfordert sehr viel Detektivarbeit.

Immer wieder kollidieren Kontinente frontal miteinander. Kein Wunder, denn ein Gesteinsblock von der Größe eines Kontinents auf Reisen ist nicht einfach zu stoppen. Wenn eine unaufhaltsame Kraft auf ein Objekt einwirkt, das etwa wie ein Kontinent als unerschütterlich gilt, muss eines davon nachgeben. Die Folge einer solchen interkontinentalen Begegnung sind hohe Gebirge und eine Knautschzone von mehreren hundert Kilometern Breite.

Gesteine entstehen durch Lavaergüsse, durch Magmenintrusionen oder aus Sedimenten. Sie können verwittern, erodiert werden oder vollständig in Lösung gehen, und ihre Verwitterungsbruchstücke entweder auf dem Festland oder im Meer als Sedimente wieder abgelagert werden, und sie können zu Gebirgen aufsteigen. Doch früher oder später gelangen alle in die tieferen Stockwerke der Erdkruste. Dort erfahren sie eine grundlegende Wandlung: Hohe Temperaturen und Drücke führen zur Umwandlung des vorhandenen Mineralbestands und des Gefüges. Das Ergebnis sind die so genannten metamorphen Gesteine oder Metamorphite.

Außer dem Sonnenlicht beziehen wir unsere gesamte Energie aus Ressourcen der Erde: Geothermische Energie aus heißen Quellen oder aus Bohrungen, alle unsere Kernbrennstoffe sowie die fossilen Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas zum Betrieb von Öfen, Kraftwerken und Autos — alle diese Stoffe sind geologischen Ursprungs.

Alles was wir herstellen, von den Autos bis zu den Mobiltelefonen, enthält Rohstoffe aus der Erdkruste. Aber wie kamen sie dort hin? Wie findet man sie und wie werden sie ausgebeutet? Gibt es genug davon, um unsere zunehmend technisierte Zivilisation auch künftig damit zu versorgen?

Diamanten sind nicht nur die besten Freunde der Frauen. Auch Geologen sind an Diamanten höchst interessiert. Im Kristallgitter dieses härtesten aller Minerale verbergen sich die Geheimnisse einer 3 Milliarden Jahre währenden Reise durch den Erdmantel.

Kein Gestein, kein Kontinent steht für sich allein. In diesem Kapitel geht es um die Erdoberfläche, um Atmosphäre und Ozeane und die mit ihnen verbundenen Prozesse. Die Vorstellung, die alles zusammenbringt, nennt man Kreislauf der Gesteine. Was einst aus den Tiefen der Erde nach oben gelangte, taucht auch wieder ab. Die Erde ist ein optimaler Recyclinghof.

Jeder Stein könnte seine eigene Geschichte erzählen. Aber nicht nur die Gesteine, sondern auch die Landschaften, in denen sie vorkommen, können das — Geschichten von den abtragenden Kräften, die insgesamt die uns umgebenden Landschaften formen. Die physische Geographie beschäftigt sich mit dem Werden und Vergehen der Landschaften.

Die Erde unter unseren Füßen erscheint fest und unveränderlich, aber geologisch betrachtet bewegen allmähliche Veränderungen selbst Gebirge. Weitaus dramatischer sind Veränderungen durch Hurrikane und Erdbeben, Überschwemmungen und Vulkanausbrüche. Die Frage ist, was verändert mehr — allmähliche oder plötzliche Phänomene? Diese bis in das 18. Jahrhundert zurückreichende Diskussion dauert bis heute fort.

Sie bilden eigentlich nur eine dünne Haut, die weniger als 10 Prozent der Krustengesteine ausmacht, aber Sedimentgesteine sind immerhin diejenigen, denen wir am häufigsten begegnen und die wir in unseren Häusern und Straßen verbauen. Jedes davon erzählt seine eigene Entstehungsgeschichte, die wie in Stein gemeißelt vor uns liegt. Neben den Magmatiten und Metamorphiten sind sie die dritte wichtige Gesteinsgruppe.

Mit 71 Prozent Anteil an der Erdoberfläche und 97 Prozent Anteil am gesamten Wasser der Erde, stehen die Ozeane im Zentrum des dynamischen Geschehens, das sich auf der Erde abspielt. Die obersten zwei Meter des Meerwassers enthalten mehr Wärme als die gesamte Erdatmosphäre und die Zirkulation dieser Wärme in den Meeresströmungen beeinflusst maßgeblich das globale Klima.

Das Raumschiff Erde schützt sich selbst vor den Unbilden aus dem All, wenn auch nur mit einem äußerst dünnen, fragilen Gasschleier. Aus der Sicht der Menschen ist die Erdatmosphäre ein riesiger Ozean, in dem wir leben, atmen und arbeiten. Sie ist darüber hinaus eine gewaltige, von der Sonne befeuerte Wärmemaschine, die Wasserdampf und Wärmeenergie weltweit verteilt und uns das tägliche Wetter beschert.

Eines der Merkmale, die unseren Planeten sehr speziell, ja einzigartig machen, ist das Wasser in seinen drei Erscheinungsformen: flüssig, dampfförmig und fest. Diese Eigenschaft befähigt es, zwischen Meer, Luft und Erde zu zirkulieren. Dabei verteilt es Wärme und ermöglicht das Leben.

Ist Wasser das Blut, so ist Kohlenstoff der Körper des Lebens. Und wie vom Wasser gibt es vom Kohlenstoff einen essenziellen Kreislauf, der den ganzen Planeten umfasst. Seit Äonen bemüht sich das Leben, den Kohlenstoffkreislauf aufrecht zu erhalten, indem es versucht, die isolierende CO

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-Hülle im Gleichgewicht mit der schwankenden Sonneneinstrahlung zu halten. Heute scheinen menschliche Aktivitäten dieses Bemühen zu stören.

Seit der Jungsteinzeit durchlebte die Menschheit eine außerordentlich glückliche Zeitspanne klimatischer Stabilität. Das in den Schichtenfolgen konservierte geologische Archiv zeigt jedoch, dass es in der Vergangenheit nicht immer so war. Computermodellierungen unseres Klimasystems zeigen aber auch, dass dies nicht für alle Zukunft gelten muss.

Die letzten 3,25 Millionen Jahre Erdgeschichte sind gekennzeichnet durch einen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Die Kältephasen werden gewöhnlich als Eiszeiten bezeichnet und gehen ursächlich auf Schwankungen der Erdumlaufbahn zurück, was wiederum die Sonneneinstrahlung reduziert. Die Eiszeiten dürften wichtige Etappen in der menschlichen Entwicklung gewesen sein.

Die „Enden“ der Erdachse sind mit Eis bedeckt. Es sind Regionen großer Naturschönheit und von hohem wissenschaftlichen Interesse. Während langer Perioden der Erdgeschichte war die Erde eisfrei bei gleichzeitig hohem Meeresspiegelstand. Die gegenwärtigen Eisschilde gibt es seit über 2 Millionen Jahren. Sind sie jetzt plötzlich bedroht? In den Polargebieten erwärmt sich die Erdatmosphäre schneller als anderswo auf der Erde.

Die Erdgeschichte kennt fünf große Eiszeiten, aber keine war annähernd so einschneidend wie das Cryogenium im ausgehenden Präkambrium. In zwei Epochen von jeweils 20 Millionen Jahren Dauer reichte das Gletschereis bis in tropische Regionen! Eine der derzeitig faszinierendsten geowissenschaftlichen Debatten dreht sich um die Frage, ob die Erde vollkommen gefroren war und wenn ja, wie sie wieder auftaute.

Falls es ein Phänomen in den Geowissenschaften gibt, von dem alle anderen abhängen, dann ist es das Konzept der geologischen Zeit. Nur in geologischen Zeiträumen können Festgesteine fließen, Gebirge aufsteigen, Regentropfen Gesteine abtragen und Evolution in kleinen Schritten stattfinden. Und dennoch, für Menschen, die mit der in Stunden, Tagen und Jahren gemessenen Zeit vertraut sind, ist die geologische Zeit eine der am schwersten zu begreifenden Vorstellungen.

Sedimentgesteine sind geschichtet. Es ist für uns schon fast selbstverständlich, dass diese Schichten, eine über der andern, im Laufe der Erdgeschichte abgelagert wurden. Die ersten Naturforscher, die das genauer erfassten, machten auch die Geologie zu einer exakten Wissenschaft und sie entwarfen Karten, die unsere Welt veränderten.

Das Leben erscheint rätselhaft, magisch. Kein Wunder, dass die Menschen glaubten, es sei eine göttliche Schöpfung. Die Ursprünge des Lebens zählen immer noch zu den großen Unbekannten der Wissenschaft. Aber alte Spuren und moderne Untersuchungen kommen dem Geheimnis allmählich näher.

Sobald die chronologische Schichtenabfolge erstellt war, wurde anhand der Fossilverteilung innerhalb der Schichten klar, dass sich das Leben im Laufe der Zeit beständig verändert hatte. Darüber spannt sich die alles erklärende Idee, welche die Vielfalt an Pflanzen und Tieren erfassbar macht: die Evolution. Charles Darwins Theorie von der Entstehung der Arten durch natürliche Selektion hat Biologie und Paläontologie gründlich gewandelt.

Zu Darwins Zeiten glaubte niemand, dass es vor dem Kambrium Fossilien gegeben hätte. Heute ist das anders. In den Ediacara-Hügeln von Südaustralien fanden Paläontologen ganze Abfolgen von Fossilien, die bis zu 600 Millionen Jahre alt waren. Die Ediacara-Fauna ist völlig andersartig und unterscheidet sich von all dem, was danach kam.

Wenn es ein Wort gibt, das am besten wiedergibt, was die Organismen während der letzten 540 Millionen Jahre vorwärts brachte, dann ist es das Wort Diversifikation. Sie begann mit der so genannten „Kambrischen Radiation“, der Entfaltung des vielfältigen marinen Lebens und setzte sich fort mit der Landnahme der Pflanzen und Tiere und der Besetzung jeder möglichen ökologischen Nische unseres Planeten.

Das im Kambrium einsetzende evolutionäre Wettrüsten erreichte seinen Höhepunkt im Zeitalter der Dinosaurier. Mehr als 160 Millionen Jahre beherrschten diese Reptilien das Tierreich; allein ihre Größe war eine effektive Strategie, gut zu überleben. Heute spielen sie in Kinderbüchern und Geschichten eine wichtige Rolle und sind die Stars in Museen und Hollywoodfilmen. Aber nicht alle Dinosaurier waren Riesen — manche waren ausgesprochen gesellig und sogar richtig schlau.

Von allen bisher bekannten Arten sind 99 Prozent heute ausgestorben! Nimmt man jene fossilen Arten hinzu, die nicht identifiziert werden konnten, erhöht sich der Anteil auf 99,9 Prozent. Sie starben nicht allmählich aus. Die geologische Schichtenfolge kennt fünf große Katastrophenszenarios, bei denen stets über die Hälfte der Arten ausstarb. Das spektakulärste geschah vor 65 Millionen Jahren und bedeutete das Ende der Dinosaurier.

Die letzten 65 Millionen Jahre waren das Zeitalter der Säugetiere. Zunächst klein, pelzig und warmblütig, doch sobald die Dinosaurier abgetreten waren, differenzierten sie sich und begannen sich anzupassen. Wie die Dinosaurier schlugen auch die Säugetiere den erfolgreichen Weg der Körpergröße ein, mussten allerdings leiden, wenn sich das Klima änderte. Affen begannen sogar, mit Werkzeugen zu hantieren, um sich ihrer Umwelt anzupassen.

Fossilien sind nicht einfach nur tote versteinerte Materie. Neue, hoch empfindliche Analysemethoden haben gezeigt, dass manche chemischen Bestandteile des Lebens gelegentlich überdauert haben. Diese Chemofossilien liefern neue Erkenntnisse über Evolution und Entwicklungsgeschichte. Gleichzeitig tragen auch alle Lebewesen in ihren Genen ein lebendes Archiv an genetischen Informationen über ihre Vorfahren in sich.

Seit die letzte Kaltzeit vor 11 700 Jahren zu Ende ging und mit dem Holozän der jüngste Zeitabschnitt der Erdgeschichte begann, erfreut sich die Erde eines relativ stabilen Klimas. Landwirtschaft, Städte und Welthandel erblühten. Manche Geowissenschaftler schätzen den Ein-fluss des Menschen auf den Planeten als so gravierend ein, dass sie ein neues geologisches Zeitalter vorschlugen — das Anthropozän.

Derzeit leben 7 Milliarden Menschen auf dem Planeten. Würden alle dem Lebensstil moderner Amerikaner nacheifern, dann bräuchte es 5 bis 6 Erden, um deren Wohlstand zu erhalten. Die Frage ist: Wie kann die Menschheit gut und zugleich nachhaltig im Rahmen ihrer Möglichkeiten leben?

Der Klimawandel ist ein typisches Schlagzeilenthema. Manche glauben an die schlimmsten Prognosen der von den Wissenschaftlern entwickelten Klimamodelle; andere bleiben skeptisch. Ein Blick aus geologischer Sicht in die Vergangenheit und Zukunft zeigt, dass ein Klimawandel unausweichlich ist: es ist nur noch eine Frage wie ausgeprägt und wie schnell — und ob wir etwas dagegen tun können.

In einer halben Milliarde Jahre pflanzlichen und tierischen Lebens auf der Erde hat die Evolution eine Reihe bemerkenswerter Lebewesen hervorgebracht: von mikroskopisch klein bis riesengroß, von anmutig bis bizarr. Fest steht auch, dass die am besten an ihre Umgebung angepassten und flexibelsten am ehesten überlebt haben, als diese sich veränderte. Geht dieser Prozess so weiter? Werden wir Menschen uns noch weiterentwickeln?

Langsam, aber wirklich nur sehr langsam veralten auch Atlanten. Ozeane öffnen oder schließen sich; Landmassen vereinigen sich in ihrem ewigen Tanz der Kontinente. Die heutigen Kartenwerke sind für eine oder zwei Generationen geschaffen, aber allein der Atlantik ist in einer Million Jahre um 10 Kilometer breiter geworden. In 250 Millionen Jahren wird er wohl nicht mehr vorhanden sein.

Das Universum scheint für einen kleinen, von zerbrechlichen und auf Kohlenstoff beruhenden Lebensformen besiedelten Gesteinsplaneten ein unendlich großer, unwirtlicher Raum zu sein. Wir können von Glück reden, dass wir hunderte von Millionen Jahren relativer Stabilität hatten, in denen intelligentes Leben sich entwickeln, seinen Heimatplaneten erforschen und ihn bestaunen konnte. Aber irgendwann wird diese Zeit der Unbeschwertheit enden.