Geologie

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Einleitung

Geologie (griechisch gē: Erde, -logia: Wissen von), die Wissenschaft von der festen Erde. Gegenstand der Geologie sind insbesondere die Gesteine der Erde (und auch anderer Planeten) sowohl an der Erdoberfläche wie im Erdinneren. Die Geologie untersucht die gegenwärtigen Strukturen der Erde, die Prozesse, die diese Strukturen hervorgebracht haben, und die Geschichte der Erde. Geologisches Denken bewegt sich also immer in den Dimensionen von Raum und Zeit. Die Geologie stützt sich auch auf die Erkenntnisse und Methoden der anderen Naturwissenschaften, auf Mathematik, Physik, Chemie und Biologie. Innerhalb der Geowissenschaften nimmt die Geologie eine zentrale Stellung ein. Alle Geowissenschaften sind aber untereinander eng verbunden. Da sich viele Gebiete thematisch und methodisch überschneiden, ist eine gewisse Interdisziplinarität charakteristisch für geowissenschaftliche Forschungen. Eine Gliederung in „Fächer” ist daher eher akademisch als inhaltlich motiviert.

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Allgemeine Geologie

Die „Allgemeine Geologie” untersucht den stofflichen Aufbau und die Struktur der Erde, die geologischen Kräfte, Prozesse und Phänomene sowie die dahinterstehenden Gesetzmäßigkeiten. Sie unterscheidet dabei zwischen exogenen und endogenen Kräften. Exogene Kräfte wirken von außen, dazu gehören Luft (Wind), Wasser, Eis, Sonneneinstrahlung, Schwerkraft und in geringerem Umfang auch die Tätigkeiten der Lebewesen; exogene Vorgänge sind u. a. Erosion, Verwitterung und Sedimentation. Dagegen wirken endogene Kräfte aus dem Erdinneren. Sie gehen hauptsächlich auf thermische Energie zurück, denn die Erde wird durch radioaktiven Zerfall aufgeheizt, und sie enthält auch noch Restwärme ihres ehemals glutflüssigen Urzustands. Wärme- und Stoffunterschiede bewirken Dichteunterschiede – diese versuchen sich durch Bewegung auszugleichen. Im Erdkern und im Erdmantel haben sich daher großräumige Konvektionsströme eingestellt, deren genaues Ausmaß noch nicht bekannt ist. Jedenfalls wird die feste Lithosphäre, die aus der Erdkruste und dem obersten Teil des Erdmantels besteht, von der darunter liegenden, plastischen und langsam fließenden Asthenosphäre in Bewegung gehalten. Die dadurch hervorgerufenen Kräfte sind für Plattenbewegungen, für Brüche und Verfaltungen, für Vulkanismus und Plutonismus, für Erdbeben sowie für Hebungen und Senkungen der Erdkruste verantwortlich. Durch diese Prozesse wird die Erdkruste ständig umgestaltet. Die Tektonik untersucht speziell die Strukturen, Deformationen und Störungen der Erdkruste, z. B. Falten, Verwerfungen und die Lagerung von Gesteinen. Mit den Platten und ihren Bewegungen befasst sich die Plattentektonik.

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Historische Geologie

Die „Historische Geologie” leitet aus den Gesteinen, Fossilien und Strukturen den Ablauf der erdgeschichtlichen Prozesse und Ereignisse ab, sie widmet sich also vorrangig der zeitlichen Dimension geologischer Fragestellungen. Die Erdgeschichte erstreckt sich über etwa 4,5 Milliarden Jahre. Die meisten geologischen Prozesse laufen unvorstellbar langsam ab, sie bringen erst in Jahrmillionen Phänomene wie Gebirge, Ozeane, Sedimentschichten oder Lagerstätten hervor. Die „Historische Geologie” ist eng verbunden mit der Paläontologie, der Lehre von der Geschichte des Lebens und den fossilen Resten der (meist ausgestorbenen) Tiere und Pflanzen (siehe geologische Zeitrechnung).

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Geophysik

Die Geophysik untersucht die (vor allem großräumigen) Strukturen der Erde mit Hilfe physikalischer Methoden. Sie allein kann beispielsweise Aufschluss geben über den tieferen Aufbau der Erde, über Erdmantel und -kern, die direkter geologischer Beobachtung nicht zugänglich sind. Die Geophysik beobachtet vor allem Erdbeben (Seismologie, Seismik), das Magnetfeld der Erde, und zwar sowohl das gegenwärtige wie das in den Gesteinen fixierte, historische Magnetfeld (Paläomagnetismus), und die natürliche Radioaktivität. Zur Geophysik gehören auch die Altersbestimmung von Mineralien und Gesteinen durch Messung des radioaktiven Zerfalls bestimmter Isotope sowie ferner die Physik der Ozeane und der Atmosphäre. Die Geothermik untersucht die ungleiche Wärmeverteilung in der Erdkruste. Die Temperatur nimmt in der oberen Erdkruste im weltweiten Durchschnitt um 1 ºC pro 33 Meter zu, das ist die so genannte geothermische Tiefenstufe. Von diesem Durchschnittswert gibt es größere regionale Abweichungen. In Gebieten mit erhöhtem Wärmefluss kann die geothermische Energie für die Stromerzeugung oder zu Heizzwecken gewonnen werden. Dies ist insbesondere in Vulkangebieten möglich. In Italien liefert z. B. seit 1909 ein geothermisches Kraftwerk Strom, in Island werden die Häuser mit Wasser aus heißen Quellen geheizt.