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2023 | Buch

Die Entwicklung des Systems Erde

verfasst von: Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Den Ansatz der klassischen Historischen Geologie aufgreifend, fokussieren die Autoren in diesem neukonzipierten Lehrbuch auf die biogenen und nicht-biogenen Prozesse der Erdentwicklung. Seit der Entstehung unseres Planeten vor etwa 4,5 Milliarden Jahren finden diese komplexen und sich in vielerlei Hinsicht gegenseitig beeinflussenden Prozesse auf zahlreichen Ebenen statt.

Alle Sphären unseres Planeten interagieren miteinander und erzeugen ein permanentes Feedback. Einige dieser Prozesse sind unumkehrbar, wie das Wachstum der Kontinente oder die biologische Evolution, andere Phänomene dagegen laufen zyklisch ab, wie etwa Variationen des Klimas und der Meeresspiegelhöhe. Es gibt Vorgänge, die uns vertraut sind, da sie immer wieder in der Erdgeschichte auftreten oder weil wir sie auch heute als aktive Prozesse beobachten können; andere hingegen sind selten oder gar einmalig und die Erklärung ihrer Phänomene und Ursachen verlangt fachübergreifendes Wissen ebenso wie eine frische und unvoreingenommene Herangehensweise.

Die Autoren führen erdwissenschaftliche und biowissenschaftliche Sichtweisen zusammen, da sich so die eng verwobene Koevolution von Planet und Leben in der geologischen Vergangenheit und der Gegenwart verstehen lässt. Sie dokumentieren die wesentlichen Prozesse der Erdentwicklung. Der „rote Faden“ des Buches ist die Zeit. Frühe Zeitabschnitte, wie das Hadaikum und das Archaikum, oder die kambrische Faunenexplosion finden ebenso besondere Beachtung wie die jüngsten Entwicklungen im Quartär. Die wichtigsten Methoden und Werkzeuge werden erläutert. Ein spezieller Schwerpunkt des Buches ist die Biosphäre – ihre Entstehung, Entwicklung und die Auswirkungen der biologischen Evolution auf Atmo-, Hydro- und Geosphäre.

In der vorliegender Neuauflage wurden alle Kapitel dem jüngsten wissenschaftlichen Kenntnisfortschritt angepasst und um zahlreiche Abbildungen erweitert. Insbesondere wurden die Themen zur Entstehung und frühen Evolution des Lebens, zu den Prozessen und Vorkommen im jüngeren Känozoikum Mitteleuropas sowie zur Entstehung und Entwicklung des Menschen und auch die aktuelle Problematik des Anthropozäns deutlich ausgeweitet bzw. neu hinzugefügt.

Das Lehrbuch ist für Studierende der Geowissenschaften ab dem 2. Studienjahr konzipiert, soll aber auch Studierenden benachbarter Disziplinen als Einstieg in das „System Erde“ und als Nachschlagewerk dienen. Auch für Wissenschaftler und professionelle Nutzer der angewandten Geowissenschaften und Geotechnik wird es hilfreich sein. Zugleich spricht es Lehrer der geo- und bio-relevanten Fächer sowie interessierte Laien an.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung
Zusammenfassung
Die Erde stellt ein Subsystem unseres Planetensystems dar. Die Erforschung ihrer geologischen Vergangenheit setzt eine detaillierte stratigrafische Gliederung voraus. In diesem Kapitel werden sowohl die Entwicklung der Stratigrafie zu einem eigenständigen Wissenschaftsgebiet als auch die wichtigsten biologisch basierten, die Isotopen-, die sedimentologischen und die physikalischen stratigrafischen Arbeitsmethoden sowie deren Grundlagen und Anwendungen vorgestellt. Das Prinzip des Global Boundary Stratotype Section and Point (GSSP) wird erläutert.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 2. Präkambrium I
Zusammenfassung
Das Hadaikum war von dramatischen Prozessen gekennzeichnet: Auf einem Magmameer bildete sich die erste (basische) feste Erdkruste, die nachfolgend durch ein massives kosmisches Bombardement von Meteoriten und Kometen wieder vollständig zerstört wurde. Schon im späten Hadaikum entstanden erste Inseln kontinentaler Kruste. Im Archaikum setzten plattentektonische Prozesse ein und Uratmosphäre und Urozean stabilisierten sich. Der Übergang vom Archaikum zum Proterozoikum war von starkem Zuwachs kontinentaler Kruste und von weiter nachlassenden Impakten geprägt. Während des gesamten Präkambriums bildeten sich und zerfielen mehrere Superkontinente.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 3. Präkambrium II
Zusammenfassung
Schon sehr zeitig nach der Entstehung der Erdkruste erscheint bereits im frühen Archaikum Leben auf dem Planeten. Was ist Leben, wie ist es entstanden und wie funktioniert die biologische Evolution? Das Präkambrium war das Zeitalter der Mikroben; die ersten Prokaryoten finden sich im frühesten Präkambrium, im mittleren folgen die Eukaryoten, und die ersten Mehrzeller treten kurz vor Ende des Präkambriums auf. Vor 2,45 bis 2,33 Ga bewirkte eine verstärkte biogene Photosynthese die dramatische Zunahme von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre (great oxidation event, GOE-I); mit einem zweiten massiven Anstieg (Neoproterozoic oxidation event, GOE-II) wurden vor ca. 660 Ma dann ähnliche Sauerstoffgehalte in der Erdatmosphäre erreicht wie heute. Durch Eisen oxidierende Bakterien entstanden Bändererze (banded iron formation, BIF) – die größten Fe-Lagerstätten weltweit. Das Proterozoikum war von drei globalen Vereisungen (snowball Earth) geprägt.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 4. Paläozoikum I – Das Kambrium
Zusammenfassung
Das Kambrium nimmt unter den Erdzeitaltern einen ganz besonderen Platz ein. Schon seit dem ausgehenden Präkambrium fand die größte Kontinent-Kontinent-Kollision der Erdgeschichte statt – der Großkontinent Gondwana entstand. Klimatisch folgte auf die Vereisungen des Neoproterozoikums nun eine Zeit der Erwärmung und der steigenden Meeresspiegel. Mitteleuropa besteht aus Teilen Gondwanas und Avalonias. Es befand sich paläogeografisch zu Beginn in subäquatorialer Lage und bewegte sich zunehmend in südliche hohe Breiten. Zu Beginn des Kambriums fand ein gewaltiger Entwicklungssprung in der Evolution der Organismen statt, der alle Bereiche unseres Planeten fundamental veränderte: die Kambrische Explosion. Es werden die grundlegenden Entwicklungsmuster im Charakter der Lebewelt im Laufe der Erdgeschichte skizziert.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 5. Paläozoikum II – Ordovizium und Silur
Zusammenfassung
Im höheren Altpaläozoikum öffnet sich der Rheische Ozean; Avalonia, Baltika und Laurentia kollidieren während der kaledonischen Gebirgsbildung und es entsteht der Old-Red-Kontinent Laurussia. Gondwana überquert den Südpol; im Oberordovizium kommt es zur Sahara-Vereisung. Eine der stärksten biotischen Radiationen findet in der ersten Hälfte des Ordoviziums statt, bevor eines der fünf größten Massenaussterbeereignisse des Phanerozoikums das Ordovizium beendet. Im Silur erscheinen die Landpflanzen in der fossilen Überlieferung und besiedeln in bedeutsamem Umfang das Festland. Weite Teile Europas, Nordafrikas und des Mittleren Ostens sind vor allem durch gröberklastisch-sandiges Ordovizium und auffällige Schwarzpelit-Sedimentation im Silur geprägt. Ursachen und Phänomene von Massenaussterbeereignissen werden erläutert.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 6. Paläozoikum III – Devon, Karbon, Perm
Zusammenfassung
Im Jungpaläozoikum wird der Großkontinent Pangäa während einer der bedeutendsten Orogenesen des Phanerozoikums gebildet, was zu grundlegenden Änderungen in den ozeanischen Zirkulationsmustern, in der exogenen Dynamik und in globalen Stoffkreisläufen führt. Verbunden mit drastischen Klimaveränderungen (mehrere Eiszeiten) treten Meeresspiegelschwankungen mit großer Amplitude auf. Eine starke biogeografische Differenzierung führt zur Ausbildung von deutlichen Faunen- und Florenprovinzen. Die später so erfolgreiche Gruppe der Reptilien tritt erstmals auf, ebenso die Ammoniten und Insekten. Die Eroberung des terrestrischen Bereichs erreicht ihren Höhepunkt und die Radiation der Landpflanzen führt zu den ersten großen Wäldern. Erstmals in der Erdgeschichte bilden sich in großem Umfang Kohlen; in Europa haben Evaporitlagerstätten aus dieser Zeit eine große Bedeutung. In einem thematischen Exkurs werden Grundlagen und die große Bedeutung von Spurenfossilien erläutert.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 7. Mesozoikum I
Zusammenfassung
Das Kapitel stellt den stratigrafischen Rahmen sowie den Charakter und die der Lebewelt des Mesozoikums vor. Das Mesozoikum beginnt nach dem endpaläozoischen Massenaussterben mit einem evolutiven Neustart. Die marine und die kontinentale Fauna unterscheiden sich sehr deutlich von jener des Paläozoikums. Im marinen Bereich erleben vor allem die Mollusken, Reptilien, Fische und Stachelhäuter eine bedeutende Radiation („Mesozoische Marine Revolution“); erstmals erscheint karbonatisches Plankton. Auf den Kontinenten werden Reptilien die dominante Gruppe („Zeitalter der Reptilien“), sie erobern auch den Luftraum; erste Vögel und auch Säugetiere entwickeln sich. Die kontinentale Flora wird zunehmend von Nacktsamern (Koniferen, Cycadeen und Ginkgos) dominiert; in der Kreidezeit treten die ersten Angiospermen (Bedecktsamer) hinzu. Die wesentlichen Lebensräume und Faunenbilder im Mesozoikum Europas werden dargestellt. In zwei Exkursen werden Fossillagerstätten und Riffe mit ihren Charakteristika und ihrer Rolle im Bezug auf das System Erde thematisiert.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 8. Mesozoikum II
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Geodynamik und die klimatische Entwicklung im Mesozoikum dargestellt. Der Superkontinent Pangäa zerfällt, der Atlantik entsteht und der Meeresspiegel erreicht in der Oberkreide den höchsten Stand seit mindestens dem Karbon. Weitverbreitet herrschte Treibhausklima. Für den europäischen Raum werden die boreale und die tethyale Faziesentwicklung einander gegenübergestellt. Zwei thematische Exkurse beschäftigen sich mit großen Eruptionsereignissen und deren Auswirkungen auf Umwelt und Biosphäre sowie mit der Problematik von Impakten in der Erdgeschichte.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 9. Känozoikum I
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die wesentlichen tektonischen Prozesse im Känozoikum vorgestellt, die für das heutige Antlitz der Erde verantwortlich sind (Divergenzzone des Atlantiks, das Gebirgssystem der Alpen bis zum Himalaya und Südostasien, zirkumpazifisches Konvergenzsystem). Die känozoische Klimaentwicklung ist v. a. durch ein Temperaturmaximum im Eozän und den Übergang vom Treibhaus zu Kühlhaus charakterisiert. In der Lebewelt wurden Dinosaurier und Flugsaurier nach ihrem Aussterben ökologisch durch Säugetiere und Vögel ersetzt. Die Säugetiere werden zu der prägenden Tiergruppe. Die kontinentale Flora bekommt v. a. durch die starke Entwicklung der Gräser ein neues Gesicht. Der Mensch betritt die Weltbühne. In einem thematischen Exkurs werden die eozänen kontinentalen Ökosysteme der Grube Messel und des Geiseltals vorgestellt.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 10. Känozoikum II
Zusammenfassung
  • Starke Klimavariationen im Quartär führen zu deutlichen Schwankungen des Landeisvolumens und des Meeresspiegels. Nach der letzten Vereisungsphase stieg der Meeresspiegel um bis zu 130 m an.
  • Das globale Klima wird durch periodische Schwankungen der Sonneneinstrahlung (Insolation) und durch komplexe Rückkopplungen im Ozean-Atmosphären-System kontrolliert.
  • Wichtige ozeanische Zirkulationsmuster entstehen und beeinflussen unser heutiges Klima.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Kapitel 11. Känozoikum III
Zusammenfassung
Diese Kapitel thematisiert die Entstehung und Entwicklung des Menschen, seiner Wechselbeziehungen mit der Umwelt während dieser Prozesse und seine Rolle im System Erde. Im Verlauf des Känozoikums nehmen die Primaten eine vorherrschende Rolle ein. Im Kontext markanter Umweltveränderungen erscheinen ab ca. 7 Ma im Rahmen eines komplexen Verwandtschaftsgefüges mehrere Menschenarten. Der Ursprung des Menschen liegt in Afrika. Seit ca. 2 Ma breitetet er sich in mehreren Auswanderungswellen weltweit aus. Der anatomisch modernen Jetztmensch (Homo sapiens) betritt vor ca. 315 ka die Weltbühne. Seit seinem Erscheinen steht der Mensch in komplexen Wechselbeziehungen mit seiner Umwelt. Mit dem Beginn seiner Sesshaftigkeit und der Landwirtschaft vor ca. 11,6 ka wird er mehr und mehr zum Gestalter des Planeten. Die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft ist stark dem System Erde, insbesondere mit klimatischen und Umwelteinflüssen verwoben. Es gibt zahlreiche Rückkoppelungseffekte. Heute ist der Mensch eine wesentliche geologische Kraft geworden.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Backmatter
Metadaten
Titel
Die Entwicklung des Systems Erde
verfasst von
Olaf Elicki
Christoph Breitkreuz
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-65764-5
Print ISBN
978-3-662-65763-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-65764-5