Geologische Zeitrechnung

Die Uratmosphäre der Erde enthielt keinen oder nur wenig (etwa 2 Prozent des heutigen Gehaltes) Sauerstoff. Freier Sauerstoff in der Atmosphäre entstand erst durch die Tätigkeit photosynthetisierender Organismen, u. a. Cyanobakterien. Der Gehalt an atmosphärischem Sauerstoff erreichte im Laufe des Proterozoikums annähernd das heutige Niveau. Der produzierte Sauerstoff wurde zunächst für Oxidationsprozesse verbraucht, bevor er als freier Sauerstoff in der Atmosphäre verfügbar war. Auch heute macht der atmosphärische Sauerstoff nur etwa 5 Prozent der Gesamtsauerstoffmenge der Erde aus; 95 Prozent sind in Oxiden gebunden, vor allem in Eisenoxiden und Sulfaten.

Das Fehlen von freiem Sauerstoff in der Uratmosphäre geht aus zwei Befunden hervor: (1) Unter sauerstoffhaltigen Umweltbedingungen hätten sich nicht aus anorganischen Bausteinen höhere organische Moleküle und damit organisches Leben bilden können (so genannte chemische Evolution). Die ersten Lebensformen waren zudem auf anaerobe (sauerstofffreie) Lebensräume angewiesen (siehe Anaerobier). (2) Bestimmte Uran- und Eisen-Verbindungen sind in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre nicht beständig, weil sie hier oxidieren und zerfallen. In Fluss- und Meeressedimenten des Archaikums haben sich diese Minerale aber angereichert. In der späteren Erdgeschichte haben sich derartige Sedimente nicht mehr gebildet. Andererseits fehlen Minerale wie Hämatit, das sich durch Oxidation anderer Eisenminerale bildet, in den ältesten Sedimenten, tauchen aber später auf, als sich Sauerstoff in der Atmosphäre anreicherte.

Die Erde ist vermutlich der einzige Planet des Sonnensystems, auf dem sich eine zweite Kruste, die kontinentale Kruste, gebildet hat, so dass Festlandmassen aus dem Weltmeer herausragen und Plattentektonik möglich ist.

In der Geschichte des Paläozoikums orientiert man sich in erster Linie an der Entwicklung der Großkontinente Gondwana und Laurasia, die aus älteren Kontinenten und Bruchstücken von Kontinenten entstanden. Zwischen den Großkontinenten lag ein Ozean, die Paläotethys. Die beiden Kontinente kollidierten während des Karbons und des Perms. Am Ende des Paläozoikums waren sie zu dem Superkontinent Pangäa vereinigt, der von Pol zu Pol reichte. Dies stellte eine erdgeschichtlich einmalige Situation dar, weil in dieser Periode alle Landmassen in einem einzigen Kontinent vereinigt waren.

Mit Beginn des Mesozoikums brach Pangäa wieder allmählich auseinander, und die Entwicklung der letzten etwa 200 Millionen Jahre verlief nun recht geradlinig zu dem heutigen Bild der Erde: In der Trias bildete sich das Ur-Mittelmeer, die Tethys, ein Ozean, dessen Geschichte für die Geologie Europas bestimmend wurde. Gegen Ende des Mesozoikums öffnete sich der Atlantik, Amerika und Afrika drifteten auseinander. In der Kreide und im Tertiär kollidierten die Überreste Gondwanas (Afrika und Indien) mit den nördlich der Tethys gelegenen Kontinenten. Dadurch wurden die Ablagerungen der Tethys aufgefaltet, und durch ihre Hebung im Tertiär und Quartär entstanden im Zuge der Alpidischen Gebirgsbildung u. a. die Alpen und der Himalaya. Am Ende des Tertiärs erreichten die Kontinente ihre ungefähren heutigen Umrisse.

Dies ist der geotektonische Rahmen, in dem sich die anderen geologischen Vorgänge abspielen. Zu den großen strukturbildenden Prozessen gehören die Orogenesen, die Bildungen der Gebirge. Damit sind das Aufdringen von Magmatiten, Vulkanismus und die Metamorphose von Gesteinen verbunden. Die großen Gebirgsbildungsphasen waren die kaledonische (Ordovizium bis Devon), die variszische (Devon bis Perm) und die alpidische (Jura bis heute).

Diese endogenen Vorgänge, deren Ursachen im Erdinneren liegen, werden durch die exogenen, an der Erdoberfläche ablaufenden Prozesse ergänzt: Vor allem in den Meeren wurden zum Teil mächtige Sedimentserien abgelagert, die heute entweder weitgehend ungestört vorliegen (z. B. die Sedimente des Pariser Beckens oder der süddeutschen Schichtstufenlandschaft) oder die später in gebirgsbildenden Prozessen tektonisch verformt wurden (z. B. der Französische und der Schweizer Jura oder die Nördlichen Kalkalpen). Die Erosion hinterließ ebenfalls ihre erdgeschichtlichen Spuren.

Durch verschiedene endogene und exogene Prozesse konzentrierten sich an bestimmten Orten für den Menschen nutzbare Substanzen, es entstanden Lagerstätten. In den Sedimenten spiegelt sich auch die Geschichte des Klimas wider: So bildeten sich die meist rötlich gefärbten Gesteine des Perm in einem ariden Klima (Wüstenklima). So genannte Tillite sind Reste älterer Eiszeiten im Proterozoikum, im Ordovizium und an der Wende Karbon/Perm. In der jüngsten Erdgeschichte spielten die pleistozänen Eiszeiten eine die Landschaft z. B. Nord- und Süddeutschlands prägende Rolle.

Die meisten geologischen Prozesse laufen unvorstellbar langsam ab. Ausnahmen sind Vorgänge, die vom Menschen auch meist als katastrophal empfunden werden, z. B. Erdbeben, Vulkanausbrüche sowie gewisse Vorgänge der Erosion wie Erdrutsche, Muren oder Ablagerungen bei Hochwasser, wobei Flüsse in wenigen Tagen mehrere Meter Sand sedimentieren können. Dagegen dauert die Ablagerung von 1 Millimeter Sediment am Ozeanboden etwa 1 000 Jahre. Platten bewegen sich mit Relativgeschwindigkeiten von ungefähr 1 bis 17 Zentimetern pro Jahr. Der Atlantische Ozean öffnet sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 bis 5 Zentimetern pro Jahr. Man hat errechnet, dass Kolumbus heute, mehr als 500 Jahre nach seiner ersten Fahrt von Südeuropa nach Mittelamerika, eine zusätzliche Strecke von 10 Metern zu segeln hätte. Seit der Öffnung des Atlantiks in der mittleren Kreide vor etwa 100 Millionen Jahren haben sich die Küsten Südamerikas und Afrikas bis heute um rund 5 000 Kilometer voneinander entfernt. Die Gebirgsbildung der Alpen ist noch nicht abgeschlossen, sie heben sich zurzeit mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Millimeter pro Jahr.