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2016 | 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 neu-konzipierten 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.

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. Die wichtigsten Methoden und Werkzeuge, wie Sauerstoff-Isotopen-Messungen oder biostratigraphische Verfahren, werden erläutert. Ein besonderer Schwerpunkt des Buches ist die Biosphäre – ihre Entstehung, Entwicklung und die Auswirkungen der biologischen Evolution auf Atmo-, Hydro- und Geosphäre.

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
1. Einführung
Zusammenfassung
Der Planet Erde existiert seit ca. 4,56 Milliarden Jahren. In diesem sehr langen Zeitraum fanden, und finden bis heute zahlreiche komplexe Prozesse statt, von denen sich viele gegenseitig beeinflussen. Dazu gehören z.B. plattentektonische Bewegungen mit einhergehender Gebirgsbildung, starke Klimaänderungen, die Bildung der Ozeane und der Atmosphäre und die Entstehung und Entwicklung des Lebens. Der rote Faden all dieser Prozesse ist die Zeit, deren Einteilung die Aufgabe der Stratigraphie ist. In diesem Kapitel werden die historische Entwicklung der Stratigraphie als Wissenschaftsfeld skizziert und ihre wesentlichen biologischen, radiometrischen, sedimentologischen und physikalischen Arbeitsmethoden vorgestellt.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
2. Präkambrium I
Zusammenfassung
  • Die ersten ca. 600 Mio. Jahre der Erdentwicklung (das Hadäum) waren von dramatischen Prozessen gekennzeichnet:
    • verstärktes Bombardement durch Meteoriten und Kometen,
    • auf einem Magmameer entsteht eine harte Kruste,
    • plattentektonische Prozesse beginnen,
    • erste Inseln mit kontinentaler Kruste entstanden schon im späten Hadäum,
    • eine Ur-Atmosphäre und ein Ur-Ozean stabilisieren sich.
  • Der Übergang vom Archaikum zum Proterozoikum war von starkem Zuwachs kontinentaler Kruste geprägt.
  • Im Präkambrium bildeten sich und zerfielen mehrmals Superkontinente.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
3. Präkambrium II
Zusammenfassung
  • Schon sehr zeitig entsteht auf der Erde Leben.
  • Das Präkambrium war das Zeitalter der Prokaryoten; im höheren/späten Präkambrium treten die Eukaryoten und die ersten Mehrzeller auf.
  • Vor 2,33 bis 2,45 Ga bewirkte verstärkte biogene Photosynthese eine dramatische Zunahme von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre (great oxidation event, GOE).
  • Durch Eisen oxidierende Bakterien entstanden Bändererze (banded iron formation, BIF) – die größten Fe-Lagerstätten weltweit.
  • Das Proterozoikum war von drei großen Vereisungen geprägt.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
4. Paläozoikum I – Das Kambrium
Zusammenfassung
  • Zu Beginn des Paläozoikums fand ein gewaltiger Entwicklungssprung in der Evolution der Organismen statt, der alle Bereiche unseres Planeten fundamental veränderte.
  • An der Grenze zum Kambrium erfolgte die größte Kontinent-Kontinent-Kollision der Erdgeschichte – der Großkontinent Gondwana entstand.
  • Klimatisch folgte auf Vereisungen des ausgehenden Präkambriums 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 südlichere hohe Breiten.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
5. Paläozoikum II – Ordovizium und Silur
Zusammenfassung
  • Der Rheische Ozean öffnet sich, und Avalonia, Baltika und Laurentia kollidieren während der kaledonischen Gebirgsbildung unter Entstehung des Kontinents Laurussia (Old-Red-Kontinent).
  • Gondwana wandert über den Südpol, mit drastischen Folgen für das Klima und den Meeresspiegelstand. Im Oberordovizium kommt es zu einer ungewöhnlich kurzen Vereisung (Sahara-Vereisung).
  • Eine der stärksten biotischen Radiationen der Erdgeschichte (great Ordovician biodiversification event, GOBE) findet zu Beginn des Ordoviziums statt. Sie stellt (nach der Kambrischen Explosion) einen zweiten Evolutionsschub herausragenden Ausmaßes dar. Im Silur entwickeln sich die Landpflanzen, und erste Vertreter besiedeln dauerhaft das Festland.
  • Weite Teile Europas, Nordafrikas und des Mittleren Ostens sind vor allem durch gröberklastisch-sandiges Ordovizium und auffällige Schwarzpelit-Sedimentation im Silur geprägt. Beides hat eine große Bedeutung in Bezug auf Kohlenwasserstofflagerstätten.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
6. Paläozoikum III – Devon, Karbon, Perm
Zusammenfassung
  • Der Großkontinent Pangäa wird während einer der bedeutendsten Orogenesen des Phanerozoikums gebildet und führt zu grundlegenden Änderungen in den ozeanischen Zirkulationsmustern, in der exogenen Dynamik und in globalen Stoffkreisläufen.
  • Verbunden mit drastischen Klimaschwankungen (mehrere Eiszeiten) treten Meeresspiegelschwankungen mit großer Amplitude auf.
  • Eine starke biogeografische Differenzierung führt zur Ausbildung von deutlichen Faunenprovinzen.
  • Die später so erfolgreiche Gruppe der Reptilien tritt erstmals auf, ebenso die Ammoniten und Insekten.
  • Die Eroberung des terrestrischen Bereichs erreicht ihren Höhepunkt, die Radiation der Landpflanzen führt zu ersten großen Wäldern.
  • Erstmals in der Erdgeschichte bilden sich in großem Umfang Kohlen (so viel wie niemals wieder); in Europa haben Evaporitlagerstätten dieses Zeitraums eine enorme Bedeutung.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
7. Mesozoikum I
Zusammenfassung
  • Drei der bedeutendsten Massensterben (der „Big Five“) fallen in das Mesozoikum; nach der größten bekannten Extinktion der Erdgeschichte erfolgt zu Beginn dieses Zeitabschnitts ein evolutiver Neustart.
  • Die marine und die kontinentale Fauna des Mesozoikums unterscheiden sich sehr deutlich von der des Paläozoikums.
  • Im marinen Bereich erleben vor allem die Mollusken (insbesondere Cephalopoden und Muscheln), ebenso wie die Reptilien und Fische, eine bedeutende Radiation („mesozoische marine Revolution“); karbonatisches Plankton entsteht.
  • Auf den Kontinenten werden Reptilien (sauropside Amniota) die dominante Gruppe („Zeitalter der Reptilien“), sie erobern auch den Luftraum; Vögel und auch Säugetiere entwickeln sich.
  • Die kontinentale Flora erlebt ihre grundlegende Umstrukturierung bereits im Perm (Beginn Mesophytikum) und wird zunehmend von Koniferen, Cycadeen und Ginkgos dominiert; in der Kreidezeit treten die ersten Angiospermen (Bedecktsamer) auf.
  • Das nördliche und das südliche Mitteleuropa unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer charakteristischen Lebensräume und Faunenbilder.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
8. Mesozoikum II
Zusammenfassung
  • Der Superkontinent Pangäa zerfällt – der Atlantik entsteht.
  • Afrika, der Kernkontinent Pangäas, zeigt eine intensive, bis heute andauernde Entwicklung von Riftbecken und Hotspot-Vulkanismus.
  • Asiens Südrand und Nordamerikas Westrand wachsen durch Terrane-Akkretion.
  • Im Cenoman wird mit ca. 100 m über heutigem Niveau der mesozoisch-känozoische Meeresspiegelhöchststand erreicht.
  • Das Mesozoikum wird von Treibhausklima dominiert, die Kontinente sind in trockene und feuchte Gebiete gegliedert.
  • Das nördliche und das südliche Mitteleuropa zeigen deutliche Unterschiede in ihrer sedimentären und biogenen Fazies.
  • In der Trias entwickelt sich das Mitteleuropäische (Germanische) Becken von einem kontinentalen zu einem marinen und wieder zu einem vorwiegend kontinentalen Sedimentations- und Lebensraum.
  • Im Jura und der Kreide Mitteleuropas sind Flachmeerablagerungen typisch, während der Unterkreide sind weite Bereiche terrestrisch. Im nördlichen Bereich wird während der späten Oberkreide Schreibkreide sedimentiert.
  • Die Bildung der weltweit bedeutendsten Energieträger erfolgt im Mesozoikum.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
9. Känozoikum I
Zusammenfassung
  • Die Erde erhält ihr heutiges Aussehen.
  • Das plattentektonische Geschehen wird von drei großen Prozessen dominiert: der Nord-Süd-orientierten Divergenzzone des Atlantiks, dem West-Ost-orientierten konvergenten Gebirgssystem der Alpen bis zum Himalaya und Südostasien und dem zirkumpazifischen Konvergenzsystem.
  • Nach einem Temperaturmaximum im Eozän ist das Känozoikum von dem Übergang von Treibhaus zu Kühlhaus geprägt, einhergehend mit einem eustatischen Meeresspiegelabfall.
  • Nach dem Massensterben an der Kreide-Paläogen-Grenze ist das „Zeitalter der Reptilien“ beendet. Dinosaurier und Flugsaurier werden ökologisch durch Säugetiere und Vögel „ersetzt“.
  • Die Säugetiere (Mammalia) durchlaufen eine vehemente Radiation und werden zu der prägenden Tiergruppe des Känozoikums.
  • Die kontinentale Flora bekommt v. a. durch die Entwicklung der Gräser ein neues Gesicht.
  • Im Zuge tektonischer und klimatischer Umstellungen entwickelt sich der Mensch.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
10. Känozoikum II
Zusammenfassung
  • Starke Klimavariationen im Quartär führen zu deutlichen Schwankungen des Landeisvolumens und des Meeresspiegels.
  • Das globale Klima wird durch periodische Schwankungen der Sonneneinstrahlung (Insolation) und durch komplexe Rückkopplungen im System Ozean – Atmosphäre kontrolliert.
  • Wir leben in einem Interglazial: Der Übergang vom letzten Spätglazial zum Klima des Holozäns vollzog sich in wenigen Jahrtausenden.
  • Das heutige Landschaftsbild Mitteleuropas wurde stark von pleistozänen glazialen und periglazialen Prozessen geprägt.
  • Die Quartärforschung nutzt eine große Zahl von Paläoklimaarchiven, Proxydaten und Altersbestimmungsmethoden.
  • Wichtige ozeanische Zirkulationsmuster entstehen und beeinflussen das heutige Klima.
Olaf Elicki, Christoph Breitkreuz
Backmatter
Metadaten
Titel
Die Entwicklung des Systems Erde
verfasst von
Olaf Elicki
Christoph Breitkreuz
Copyright-Jahr
2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-47192-0
Print ISBN
978-3-662-47191-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-47192-0