3.

Erdgeschichtliche Fragen und Methoden

Die Geologie wertet wie jede historisch orientierte Wissenschaft Dokumente aus. Dies sind Gesteine und Fossilien sowie die Strukturen der Erdkruste.

1.

Stratigraphie

In der geologischen Forschung beruht die Auswertung von Sedimentgesteinen, die Stratigraphie, auf zwei grundlegenden Prinzipien:

(1) Fast alle Sedimente werden horizontal abgelagert (zu den wenigen, leicht erkennbaren Ausnahmen gehören gewisse Schrägschichtungen). Jede Schiefstellung oder Verfaltung muss also jünger sein.

(2) In einer ungestörten Schichtenfolge sind höher liegende Schichten (das Hangende) jünger als tiefer liegende (das Liegende), weil sich Sedimente stets auf bereits abgelagerten Sedimenten absetzen. Dieses so genannte stratigraphische Grundgesetz wurde bereits 1669 von Steno formuliert.

Sedimente sind sehr genaue Anzeiger für das Milieu, in dem sie entstanden sind. In ihnen hinterließen der Zustand der Lithosphäre, der Atmosphäre, der Hydrosphäre und Biosphäre ihre Spuren. Eine Schichtenfolge ist daher ein Abbild eines Abschnitts der Erdgeschichte. Allerdings ist diese Art der Zeitrechnung nur relativ: Um wie viele Jahre erdgeschichtliche Ereignisse, zum Beispiel die Ablagerung von Schichten, auseinanderliegen, bleibt dabei völlig im Dunkeln. Diese Fragen ließen sich erst seit dem 20. Jahrhundert durch radiometrische Altersbestimmungen beantworten (siehe unten).

2.

Fossilien

Mit Hilfe von Fossilien, insbesondere Leitfossilien, lassen sich Schichten und Schichtprofile auch über größere Entfernungen teilweise weltweit miteinander vergleichen und korrelieren. Obwohl sich an keiner Stelle der Erde Schichten aus den ältesten Zeiten bis heute durchgehend gebildet haben und die Schichtenfolgen infolge späterer Erosion oft Lücken aufweisen, waren Geologen durch stratigraphische Forschungen doch in der Lage, die Erdgeschichte insgesamt lückenlos zu rekonstruieren.

3.

Strukturen

Geologische Strukturen sind meist umso sicherer, einfacher und eindeutiger zu interpretieren, je jünger sie sind. Oft sind ältere Strukturen durch jüngere überprägt worden. Man spricht hier in Anlehnung an einen Begriff aus der Erforschung alter Handschriften von Palimpseststrukturen. Manchmal sind ältere Strukturen von nachfolgenden Ereignissen auch völlig ausgelöscht oder überdeckt worden. So sind z. B. die Spuren älterer Eiszeiten nur noch vorhanden, wenn deren Eisvorstöße weiter reichten als die der jüngeren Eiszeiten. Andernfalls wurden sie überfahren und dabei ausgelöscht. Dann ist noch bestenfalls indirekt auf ältere Eiszeiten zu schließen.

4.

Spurensuche

Oft sind es winzige oder unscheinbare Spuren, die auf erdgeschichtliche Ereignisse oder Prozesse schließen lassen. Ein berühmt gewordenes Beispiel ist eine wenige Zentimeter mächtige, zunächst völlig unscheinbare Tonschicht an der Grenze zwischen den Perioden Kreide und Tertiär. Interessant wurde diese Schicht, als man in ihr eine so genannte Iridium-Anomalie fand: Dieses Element ist hier im Vergleich zu den Nachbargesteinen um das 30fache angereichert. Iridium ist in der Erdkruste sehr selten, kommt aber in Steinmeteoriten häufig vor. Daraus zog man den Schluss, dass diese Iridium-Anomalie einen Meteoriteneinschlag größeren Ausmaßes dokumentiert. Ein solcher Einschlag hätte katastrophale Folgen für die damalige Umwelt nach sich gezogen (vor allem eine plötzliche Klimaveränderung) und würde zumindest teilweise das massenhafte Artensterben an der Wende Kreide/Tertiär erklären, der auch die Dinosaurier zum Opfer fielen. Als alleinige Erklärung für das Aussterben der Dinosaurier ist diese Theorie inzwischen widerlegt. Die Hauptursache sucht man heute in langfristigen ökologischen und klimatischen Veränderungen. Aber der Einschlag hat wahrscheinlich zum Aussterben planktonischer Foraminiferen im Meer und zu den einschneidenden Veränderungen des Pflanzenlebens auf den Festländern beigetragen.

Anfang 1997 fanden US-amerikanische Wissenschaftler im Golf von Mexiko Spuren eines gewaltigen Meteoriteneinschlags. Der Meteorit hatte einen Krater von 180 Kilometer Durchmesser erzeugt.

Ein anderes Beispiel ist das Nördlinger Ries, für dessen Entstehung sich lange keine befriedigende Erklärung fand. Die Theorie, es könne durch einen Meteoriteneinschlag entstanden sein, galt als besonders unwahrscheinlich. Erst der Fund von bestimmten, nur unter dem Mikroskop sichtbaren Hochdruck-Modifikationen von Quarz, nämlich von Coesit und Stishovit, bestätigte die Meteoritentheorie, und die geologische Entstehung des Rieses konnte zufrieden stellend rekonstruiert werden.

Aufgabe der Geologen ist es, die Spuren der Erdgeschichte zu finden, zu sichern und auszuwerten (weitere Beispiele siehe unten im Kapitel „Die Erdgeschichte im Überblick”). Das heutige Bild der Erdgeschichte ist durch das Zusammenfügen vieler kleiner Mosaiksteinchen entstanden. Trotzdem klaffen im erdgeschichtlichen Wissen noch viele Lücken.

5.

Paläogeographie

Das Bild, das die historische Geologie von den erdgeschichtlichen Perioden zeigt, verknüpft zahlreiche und sehr unterschiedliche Prozesse, Naturfaktoren und -bereiche. Deren Synthese in einem Zustandsbild für einen bestimmten Zeitpunkt oder Zeitraum der Erdgeschichte ist das Aufgabengebiet der Paläogeographie. Von grundlegender Bedeutung ist die Verteilung von Land und Meer, insbesondere Bewegung, Umgestaltung, Wachstum und Aufspaltung der Kontinente. Gemäß der Theorie der Plattentektonik können die geotektonischen Leitlinien der Erdgeschichte seit dem Beginn des Paläozoikums aus der Dynamik der Platten abgeleitet werden.

6.

Geophysik

Auch die Geophysik stellt wichtige Methoden bereit. Die Verfahren zur Altersbestimmung erlauben die absolute Datierung der erdgeschichtlichen Ereignisse. Mit Hilfe der Paläomagnetik kann das Wandern der magnetischen Pole rekonstruiert werden. Die Entdeckung und Analyse der wiederholten Umkehrung des Magnetfeldes der Erde war ein wichtiger Beleg für die Plattentektonik und erlaubte die genauere Datierung der Plattenbewegung anhand der Gesteine der Meeresböden vom Jura bis heute.

7.

Paläontologie

Besondere Bedeutung besitzt die Entwicklung der Tier- und Pflanzenwelt und ihre fossile Überlieferung. Vor der Erfindung der absoluten Datierung ermöglichte die Erforschung der Fossilien eine Rekonstruktion der Erdgeschichte. Die meisten geologischen Ereignisse der anorganischen Welt können sich in mehr oder weniger ähnlicher Form wiederholen, während die Evolution durch ständige Entwicklung charakterisiert ist. Außerdem werden durch die Verbreitung der Organismen auch die Sedimentschichten weit voneinander entfernter Ablagerungsräume miteinander zeitlich vergleichbar (siehe oben). Die Paläontologie gehört daher zu den wichtigsten Wissenschaftszweigen für die Rekonstruktion der Erdgeschichte.