Methoden der Geologie

Die Basaltsäulen an der Küste Nordirlands sind UNESCO-Weltkulturerbe.

Deutschland in der Urzeit

Methoden der Geologie

Die Geologie ("geo" = "Erde, "logos" = "Lehre"), also die "Lehre von der Erde", untersucht den Aufbau und die Prozesse, die in und auf unserem Planeten stattfinden. Grundlage für die Geologen sind dabei vor allem die Gesteine, die auch als das "Buch der Erdgeschichte" bezeichnet werden. Wenn man die Gesteine versteht, kann man tatsächlich in ihnen lesen wie in einem Buch. Im Folgenden wollen wir Ihnen eine Vorstellung geben, wie das funktioniert und mit welchen Methoden die Geologen sich zutrauen, Aussagen über Vorgänge zu machen, die Jahrmillionen zurückliegen.


Aktualitätsprinzip

Aktuell in der Natur ablaufende Prozesse und die damit verbundenen Erscheinungsformen dienen Geologen als Schlüssel zur Vergangenheit. So kann man in vielen Küstenbereichen typische Rippelmarken oder auch die Grabgänge der Wattwürmer im Sand finden.

Findet man nun solche Spuren in Millionen Jahre altem Gestein, geht man davon aus, dass das Material ursprünglich ebenfalls in einem vergleichbaren Küstenbereich abgelagert wurde. Dahinter steckt das sogenannte "Prinzip des Uniformismus", also die Annahme, dass bestimmte Gesetzmäßigkeiten in der Natur unveränderlich sind.

Das Prinzip des Uniformismus wird in allen Naturwissenschaften vorausgesetzt, hat aber gerade in der Geologie eine ganz besondere Bedeutung und wurde hier zum sogenannten "Prinzip des Aktualismus" aufgeweitet. Mit dem Aktualismus wurde die Grundlage für die Geologie als moderne Wissenschaft gelegt.

Was uns Gesteine sagen können

Gesteine sind das "Buch der Erdgeschichte" und es ist wirklich erstaunlich, welche Informationen Geologen allein bei der Betrachtung von Gesteinen in einem Steinbruch erhalten können.

Bei Sedimentgestein ermöglicht allein die Größe der Bauteilchen eine Aussage: Winzige, meist dunkle Tonpartikel sind zum Beispiel typisch für Meeresablagerungen der Tiefsee. Je näher die Küste, umso größer wird der Sandgehalt im Gestein.

Aber auch Ablagerungen von Riffen, Meeresbuchten, Flüssen, Seen oder von Gletschern hinterlassen typische Spuren im Gestein, die der Fachmann sofort erkennt.

Noch präzisere Aussagen ermöglicht die chemische und physikalische Untersuchung der Gesteinsproben im Labor. Ob ein Gestein an Land oder im Meer abgelagert wurde, ob es aus Lava entstand oder nach seiner Entstehung durch Druck und Hitze noch einmal stark verändert wurde – all dies lässt sich oft bei einer genaueren Untersuchung der Mineralien beantworten.

Hochdruckexperimente erlauben es inzwischen, die Bedingungen in der Tiefe der Erde zu simulieren und so das Verständnis für die Prozesse, die dort ablaufen, besser zu verstehen.

So weiß man, dass manche Gesteine, aber auch wertvolle Mineralien wie etwa der Diamant, in Tiefen von 100 Kilometern und mehr entstehen müssen und erst später durch aufsteigende Lava zur Erdoberfläche transportiert werden.

Elektronenmikroskopaufnahme von scheinbar blau gefärbtem Meersalz, dessen Kristallstruktur deutlich zu erkennen ist.

Die Mikroskopie offenbart wichtige Details

Altersbestimmung

Schon die alten Griechen gingen davon aus, dass die Gesteine ein sehr hohes Alter besitzen müssen, konnten aber nur vage Vermutungen anstellen. Dies änderte sich mit den stark christlich geprägten Gelehrten des Mittelalters.

So berechnete der irische Theologe und Gelehrte James Ussher in der Mitte des 17. Jahrhunderts, dass die Erde im Jahre 4004 vor Christus erschaffen worden war. Diese Angabe basierte auf dem sorgfältigen Studium und der wörtlichen Auslegung des Alten Testamentes mit seinen langen Ahnenreihen.

Sein Ergebnis war lange Zeit anerkannte Lehrmeinung und auch die Kreationisten und ähnliche Gruppierungen der Neuzeit berufen sich auf ähnliche "Untersuchungen".

Die Einteilung der geologischen Zeitskala war ursprünglich rein relativ. Die ersten Forscher ordneten die Gesteine anhand der von Nicolaus Steno postulierten Regel, nach der sich Sedimentgesteine horizontal im Wasser ablagern und die jüngeren Schichten über den älteren liegen. Dabei nahmen sie Fossilien zu Hilfe.

Schon im 18. Jahrhundert entdeckte der schottische Naturforscher und einer der ersten Geologen, James Hutton, dass manche Gesteinsschichten ganz bestimmte, "einzigartige" Fossilien beherbergten.

Diese Fossilien konnte er in keiner der anderen von ihm untersuchten Gesteinsschichten nachweisen. Für ihn stand fest, dass es sich dabei um Lebewesen handeln musste, die während der Entstehung der Gesteinsschicht noch lebten, später aber ausgestorben waren.

Hutton entdeckte weiter, dass die Abfolge dieser Fossilien an vielen Stellen Englands immer wieder die gleiche war. So konnte er anhand der sogenannten "Leitfossilien" das relative Alter der Gesteinspakete festlegen. Diese Einteilung gilt bis heute, wurde allerdings inzwischen verfeinert und dank der absoluten Altersbestimmung mit echten Zeitangaben versehen.

Die absolute Altersbestimmung arbeitet mit radioaktiven Elementen, wie Uran oder Kalium, und deren Zerfallsprodukten, Blei und Argon. Der radioaktive Zerfallsprozess ist hervorragend untersucht und man kennt die sogenannten Halbwertszeiten, also die Zeit, in der die Hälfte des ursprünglichen Elementes in seine Zerfallsprodukte übergegangen ist, sehr genau.

Durch die Bestimmung der Gehalte mit modernen Analysegeräten kann so eine sehr genaue Altersbestimmung der Gesteine erfolgen.

Versteinerung einer Muschel-Spirale.

Altersbestimmung anhand sogenannter "Leitfossilien"

Fossilien

Fossilien werden nicht nur zur Altersbestimmung von Gesteinen verwendet. Ein großer Zweig der Geologie, die sogenannte Paläontologie, nutzt Fossilien, um mehr über das Leben aus diesen längst vergangenen Zeiten zu erfahren.

Paläontologen können aus den Überresten der Pflanzen und Tiere, beziehungsweise aus den Spuren, die die Lebewesen im Gestein hinterlassen haben, eine Unmenge an Informationen gewinnen. Akribisch sammeln sie sämtliche Details, vergleichen diese miteinander und mit jedem neuen Fund kommen weitere Erkenntnisse hinzu.

Selbst die fossilen Fußspuren längst ausgestorbener Tiere bringen neue Informationen, etwa über Laufgeschwindigkeiten oder Herdenverhalten (sind die Tiere zusammen oder einzeln unterwegs, et cetera).

So verraten uns heute die zahlreichen Fossilfunde in den Gesteinen eine Menge über die Lebewesen aus längst vergangenen Zeiten und über die Umwelt, in der sie lebten.

Fossil eines Flugsauriers

Fossil eines Flugsauriers

Aufschluss

Von einem Aufschluss sprechen Geologen, wenn Gestein an der Erdoberfläche gut sichtbar, also frei von Boden und Vegetation, zu erkennen ist. Klassisches Beispiel sind freistehende Felsenformationen, der Steilhang eines Flusstales oder durch Menschen verursachte Aufschlüsse, etwa ein Steinbruch oder beim Bau einer Straße.

Aufschlüsse zeigen das anstehende Gestein und können viel über dessen Entstehung beziehungsweise seine wechselvolle Geschichte erzählen.

Außerdem kommen Geologen hier recht einfach an Gesteinsproben, die sie sonst nur mit aufwändigen Bohrungen erhalten würden. Allein durch die Bestimmung der Gesteine können sie bereits sehr viel über die Umstände seiner Entstehung erfahren.

Dazu kann man erkennen, ob Gesteinspakete eventuell gekippt wurden, also schräg im Gelände liegen, ob Lava nachträglich in das Gestein eindrang und so weiter und so fort.

Den frühen Geologen lieferte eine genaue Untersuchung solcher Aufschlüsse erstaunliche Erkenntnisse und noch heute sind sie dem erfahrenen Geologen eine wichtige Hilfe für eine schnelle erste Einschätzung im Gelände.

Ein Geologe untersucht einen Aufschluss, in dem deutliche Unterschiede in der Gesteinsfarbe eine Verwerfung anzeigen.

Unterschiedliches Gestein nebeneinander zeigt eine Verwerfung an

Autor: Dieter Engelmann

Stand: 13.09.2017, 11:10

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