Jul19

Zumaia liegt an der Küste von Guipúzcoa in der spanischen Autonomen Region Baskenland. Berühmt ist es für die sensationelle Geologie. Es handelt sich hier um Flysch Formationen von ausserordentlicher Schönheit und Bedeutung. Häufig vertikal geschichtet ziehen sich die Schichten meilenweit ungestört dahin. Die Sedimentabfolgen von Kalken, kalkhaltigen Tonen, Mergeln und grobkörnigeren Sandsteinen entstanden von der Kreide bis ins Paläogen, eine Zeitspanne von bis zu 100 Millionen Jahren.

Zumaia Flysch, © Wikimedia

Flysch in Zumaia, © Wikimedia

In den Schichten finden sich Spuren bedeutender Phänomene und Kataklysmen, einschliesslich des globalen Aussterbens der Dinosaurier.

Zumaia Flysch, © Solasaga

Vertikal geschichteter Flysch, © Solasaga

Die Kreide-Paläogen oder K-P-Grenze, bis 2000 Kreide-Tertiär oder K/T-Grenze genannt, definiert den Übergang von der Kreidezeit zum Paläogen und ist der Zeitpunkt eines bedeutenden geologischen Ereignisses. Vor etwa 66 Mio. Jahren kam es zum grössten Massensterben der Erdgeschichte, was unter anderem zur Extinktion der Dinosaurier führte.

Flysch Formationen in Zumaia, Spanien

Flysch Formationen in Zumaia, Spanien

Die geologische und biologische Umwälzung setzte sich aus den verschiedensten Umweltveränderungen zusammen. Durch den Einschlag eines oder mehrerer Meteoriten, gekoppelt mit stark erhöhten vulkanischen Aktivitäten, ereignete sich ein gravierender Faunen- und Florenwechsel. Geologische Merkmale der Kreide-Paläogen Grenze sind eine Iridium-Anomalie, die auf einen grossen Meteoriteneinschlag hinweist. Dass diese Ereignisse mit dem globalen Aussterben zusammenhängen, gilt gegenwärtig als sehr wahrscheinlich.

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Jul12

Es sind die Iberger Klippen im Kanton Schwyz, die uns einen geologisch gerafften Einblick gewähren. Sie sind deshalb so besonders, weil dort Relikte aus ganz verschiedenen Decken und Ablagerungsräumen erhalten sind. Klippen werden sie genannt, weil sie nicht einmal mehr unter sich zusammenhängen.

Wenige Kilommeter umfasst die Wanderung von den Drei Schijen über das Mördergruebi zum Roggenstock – eine Wanderung von Klippe zu Klippe, von Europa (Helvetikum) über zwei Ozeane (Penninikum) nach Adria-Apulien (Ostalpin) – und dies alles vor der Haustür.

Roggenstock  Wanderrout-Roggenstock2

v.l.n.r.: Roggenstock; Wanderroute von einer Klippe zur nächsten, d. h. von den Drei Schijen über das Mördergruebi zum Roggenstock

Die ältesten Gesteine finden wir am Roggenstock, bei den Drei Schijen, im Mördergruebi und auf den Mythen. Sie entstanden vor 100 bis 220 Millionen Jahren. Graue Dolomite ähnlich dem Kalkstein, helle Kalke, rote Radiolarite, die Kieselgesteine der Tiefsee zusammen mit Ophiolithen und erkalteter Kissenlava sind die wichtigsten Vertreter.

In zwei vereinfacht dargestellten Schemata können wir die tektonische Entwicklung vom Meer auf den Roggenstock nachvollziehen:

Roggenstock_UrtektonikRoggenstock Deckenbildung

Die tektonische Situation am Roggenstock selbst, diese gilt auch für die anderen Klippen, und der generelle Deckenbau der Klippen ist nachfolgend dargestellt.

Tektonik des Roggenstocks   Grafik zur Veranschaulichung der Iberger Klippe

Zusammenfassend können wir festhalten: Die in der Tethys abgelagerten Gesteine wurden bei der Gebirgsbildung stark verformt. Es bilden sich einzelne Gesteinsschollen, sogenannte Decken. Die Gesteine der einzelnen Ablagerungsräume werden weiter in Decken unterteilt und sind die Decken sehr klein, redet man von Schuppen. Nachfolgend aufgelistet sind die sieben Decken, die am Roggenstock zu finden sind (I zuunterst, VII zuoberst).

Gesteinsabfolgen Roggenstock

Lassen wir den Berggeist, der auch Namensgeber für die Mineralquelle, die eine stark schwefelhaltige Quelle ist und mancherlei Gebresten heilen soll, das letzte Wort sprechen:

“Über Kater und andere Geister wird sicher nur der Berggeist Meister.
Verblühende Frauen malens Gesicht, Sie kennen leider den Berggeist nicht.
Komm schöne Frau und trinke, dann brauchst du keine Schminke.
Gesunde, die über den Berggeist spotten, sieht man als Kranke zur Quelle trotten.
Adler, Hirsch und Sihlforellen sind blutsverwantde Trinkgesellen.
Solls Dir wohl wie diesen sein, schenk ein Gläschen Berggeist ein.
Ohne Berggeist welkt die Kraft, dagegen hilft kein Gerstensaft!”

>> Geologischer Wanderweg Roggenstock

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Jul05

Für besonders viel Erheiterung sorgt die Helium-Stimme und das Helium einatmen. Wie kommt dieser Effekt zustande und was ist Helium?

Ausschlaggebend für den Helium-Stimmeffekt ist die Schallgeschwindigkeit, die sich je nach Luftzusammensetzung verändert und eine Frequenzverschiebung verursacht. Erhöht sich die Frequenz, so wird auch die Stimme höher; man spricht von der Micky-Maus Stimme! Durch Einatmen von Helium-Gas wird die “normale” Luftzusammensetzung verändert – die Luft wird leichter.

Helium ist ein chemisches Element der Ordnungszahl 2, zählt zu den Edelgasen und ist farblos, geruchlos, geschmacksneutral und ungiftig. Diese Harmlosigkeit betrifft allerdings nicht das Helium einatmen.

Nach Wasserstoff ist es das zweithäufigste Element im Universum. 10 Sekunden nach dem Urknall vereinigten sich durch Kernfusion Protonen und Neutronen zu ersten Atomkernen – der grösste Teil des stellaren Heliums entstand somit beim Urknall.

Auf der Erde ist Helium rar, denn es entsteht beim Alphazerfall von z. B. Uran oder Radium und ist nicht-stellaren Ursprungs. Durch Alphazerfall  entstehendes Helium sammelt sich in natürlichem Erdgas in Konzentrationen bis zu 16 Volumenprozent, weshalb Helium durch fraktionierte Destillation aus Erdgas gewonnen wird.

Entdeckung des Heliums

Der französische Astronom Jules Janssen erhielt während der Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 in Indien zum ersten Mal Hinweise aufgrund einer hellen, gelben Spektrallinie im Spektrum der Chromosphäre der Sonne. Kurz darauf bestätigte der Engländer Norman Lockyer (der Gründer des Wissenschaftsmagazins Nature), dass die gelbe Linie tatsächlich im Sonnenspektrum vorhanden ist, und schloss daraus, dass sie von einem unbekannten Element verursacht wird. Da die Spektrallinie nahe der Fraunhofer-Doppel-D-Linie des Metalls Natrium liegt, nannte er die Linie D3, um sie von den D1- und D2-Linien des Natriums zu unterscheiden. Zusammen mit Edward Frankland schlugen sie vor, das neue Element Helium zu nennen, was so viel wie Sonnenmetall heisst. Dass es sich dabei um kein Metall handelte, ahnte man damals noch nicht.

14 Jahre später gelang es Luigi Palmieri durch die Spektralanalyse von Vesuv-Lava erstmals das Element Helium auch auf der Erde nachzuweisen.

Helium ist ein nicht-regenerativer Roh­stoff und ein knappes Gut.

Einmal in der Luft, steigt es auf und verlässt aufgrund seiner geringen Masse das Gravitationsfeld der Erde. Kein Wunder breitete sich der kürzlich gemachte Fund eines unterirdischen Helium-Gasfeldes im tansanischen Grabenbruch als Sensationsmeldung über die ganze Welt.

Dieses neu entdecke He-Gasfeld gehört zu den weltweit grössten Vorkommen. Das Entscheidende: Erstmals haben Wissenschaftler die geologischen Bedingungen identifiziert, unter denen solche Heliumvorkommen entstehen.

Lavaausfluss im Ost-Afrikanischen Graben, © Craig F. Walker, Getty Images  Vulkanische Aktivität im tansanischen Grabenbruch, © Getty Images / National Geographic RF

v.l.n.r.: Lavaausfluss im Ost-Afrikanischen Graben, © Craig F. Walker, Getty Images; Vulkanische Aktivität im tansanischen Grabenbruch, © Getty Images / National Geographic RF

Anschaulich gesprochen könnten mit dem Helium-Vorrat über 100 Milliarden He-Ballone gefüllt und ein Gewicht von etwa 1,5 Milliarden Kilogramm gehoben werden.

Im frühen 20. Jahrhundert wurden grosse Mengen Helium in Erdgasfeldern der amerikanischen Great Plains gefunden. Die Vereinigten Staaten wurden die führenden Weltlieferanten; ihr weltweiter Förderanteile lag bei 75 %, Stand 2013.

Die industrielle Bedeutung von Helium ist gross. Während des Ersten Weltkrieges verwendete man Helium-Gas als Füllgas für Sperrballone, nach dem 2. Weltkrieg brauchte man flüssiges Helium als Kühlmittel für Sauerstoff-Wasserstoff-Raketentreibstoff und andere zu kühlende Gegenstände.

Zusammenfassend findet es Anwendungen in der Tieftemperaturtechnik, besonders als Kühlmittel für supraleitende Magnete, in Tiefsee-Atemgeräten, bei der Altersbestimmung von Gesteinen, als Füllgas für Luftballons, als Traggas für Luftschiffe und als Schutzgas für verschiedene industrielle Anwendungen, z. B. beim Metallschutzgasschweissen und bei der Herstellung von Silizium-Wafern und in der Medizin.

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Jun28

Die Bezeichnung Hadaikum leitet sich von Hades ab, dem griechischen Gott der Unterwelt.

Es begann mit der Entstehung der Proto- oder Urerde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren und endete je nach Sichtweise vor 4 Milliarden Jahren oder mit dem grossen Bombardement vor 3,8 Milliarden Jahren.

Künstlerische Illustration der Urerde, © NASA

Künstlerische Illustration der Urerde, © NASA

geologisch Zeitachse

Geologisch Zeitachse

Das Universum wiederum entstand vor 13,7 Mrd. Jahren mit dem Urknall. 400 Millionen Jahre später entstanden die ersten Sterne, so will es jedenfalls die Urknall Theorie. Diese bestanden aus Wasserstoff und Helium, schwerere Elemente wurden danach in den Sternen produziert.

Unser Weltall ist rund 13,7 Milliarden Jahre alt. Direkt nach dem Urknall dehnte sich das Universum blitzartig aus – das ist die gängige Theorie, © Foto: pa

Unser Weltall ist rund 13,7 Milliarden Jahre alt. Direkt nach dem Urknall dehnte sich das Universum blitzartig aus – das ist die gängige Theorie, © Foto: pa

Die Sonne ist erst 4,6 Mrd. Jahre alt. Die Rotationsbewegung des Gasnebels bewirkte eine Verdichtung der Materie im Zentrum bis zum Punkt, wo die Kernfusion einsetzte und der Stern “Sonne” geboren wurde. Der restliche Nebel, begann sich zu differenzieren. Die dichteren Elemente blieben im Inneren des Systems, während die weniger dichten in die äusseren Regionen drifteten. So wurde aus dem Nebel eine Scheibe, die zudem immer flacher wurde und so befinden sich alle Planeten auf einer Ebene.

In etwa 7 Mrd. Jahren wird die Sonne zum “Roten Riesen” anschwellen, ihr Radius reicht dann bis zur Venus und die Erdkruste wird zu einem Lava-Ozean geschmolzen sein. 600 Millionen Jahre später wird der Brennstoff der Sonne aufgebraucht sein und sie wird ein “Weisser Zwerg“.  Schon in 900 Millionen Jahren wird auf der Erde mit einer Oberflächentemperatur von 30 °C kein höheres Leben mehr möglich sein und in 1,9 Mrd. Jahren wird die Oberflächentemperatur 100 °C betragen und die Ozeane werden verdampft sein.

Planet Erde im Hadaikum

Die Erde entstand aus derselben Gaswolke wie die Sonne. Als sich Ringe um das Zentralgestirn “Sonne” bildeten, entstanden auch die Protoplaneten aus kollabierenden Materiehaufen. Kurz danach entstand der Mond als Folge einer Kollision der Erde mit einem marsgrossen Körper.

Die Erde bekam eine feste Kruste. Diese erste Kruste war ozeanisch. Nach Einsetzen der Mantelkonvektion schmolz die ozeanische Kruste teilweise auf und durch magmatische Differentiation entstanden kontinentale Krustenblöcke. Heute kennen wir ozeanische und kontinentale Kruste.

Aus dem Staub früherer Sonnen entsteht vor rund 4,6 Mrd. Jahren unser Sonnensystem mit den Planeten, © NASA, JPL

Aus dem Staub früherer Sonnen entsteht vor rund 4,6 Mrd. Jahren unser Sonnensystem mit den Planeten, © NASA, JPL

Die erste Erdatmosphäre bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den beiden Elementen der Gaswolke. Als in der Sonne die Kernfusion einsetzte, entstanden heftige Sternwinde und bliesen diese erste Atmosphäre weg.

Irgendwann hatte die Erde eine Grösse erreicht, bei der die ausströmenden Gase durch Gravitationskräfte in einer Hülle um die Erde gehalten werden konnten – es bildete sich die Uratmosphäre aus Wasserstoff, Helium und Kohlensäuregasen. Auch Vulkane förderten grosse Mengen an Gasen an die Oberfläche. In diesem Milieu gab es höchst wahrscheinlich noch kein organisches Leben.

Infolge der Verdichtung und radioaktiver Prozesse kam es zur Erwärmung. Stickstoffverbindungen wurden ausgestossen, die sich in der Atmosphäre ansammelten. Die Erdanziehungskraft wurde grösser und austretende Gase kondensierten teilweise. Vulkane hoben zusammen mit Kometeneinschlägen, die zu einem grossen Teil aus Eis bestehen, enorme Mengen Wasserdampf in die Atmosphäre. Es bildeten sich die ersten Ozeane und die ersten Flüsse; Salz begann sich in den Urmeeren anzureichern. Schon im frühen Archaikum war der Salzgehalt vergleichbar mit dem Salzgehalt von heute.

So ähnlich muss sich die Vorgeschichte der Erde abgespielt haben, mindestens sind Geologen und Geophysiker überwiegend dieser Meinung.

>> Die Simulation von Simone Marchi zeigt, wie im Hadaikum Landmassen, Berge und Meere durch Einschläge geformt wurden.

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Jun21

Das 1958 entdeckte Tullimonstrum gregarium. Nur, was ist das für ein Tier, das vor 300 Millionen Jahren in den Meeren schwamm?

Tullimonstrum, © Sean McMahon/Yale University

Tullimonstrum, © Sean McMahon/Yale University

Es hatte ein Hinterteil wie ein Fisch, auf dem Rücken Stielaugen, vorne einen Rüssel mit bezahnter Kralle und war mit etwa 30 cm sehr klein.

Als der amerikanische Fossiliensammler Francis Tully 1958 als Erster die versteinerten Abdrücke des ausgestorbenen Urzeitwesens in den Schieferablagerungen eines Kohlebergwerks in Illinois entdeckte, hatte er keine Ahnung, was das für ein Tier hätte gewesen sein können. Es passte zu nichts, was der Mensch bisher kannte.

Tullimonstrum, © Paul Mayer/Field Museum of Natural History

Künstlerische Darstellung eines Tullimonstrums, © Paul Mayer/Field Museum of Natural History

1. Wirbelsäule; 2. Chorda dorsalis; 3. Kiementaschen; 4. Stielaugen; 5. Hirn; 6. Rüssel; 7. Zähne 

Mithilfe von Spezialisten des Natural History Museums in Chicago wurden mehr als 1’200 fossile Proben des Tiers mit neuster Röntgentechnik untersucht.

Tullimonstrum gregarium, © Wikimedia, Museo di Storia Naturale di Milano

Fossil Tullimonstrum gregarium, © Wikimedia, Museo di Storia Naturale di Milano

Es wurde klar, dass die sehr feine Linienstruktur, die der Schieferabdruck erkennen lässt, nicht der Darm sondern die Vorstufe einer Wirbelsäule der sogenannten Chorda dorsalis ist. Tullimonstrum ist also ein primitives Wirbeltier und steht an der Basis der Linie, die zu den Neunaugen führt.

>> The Tully Monster

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Jun14

…. aus den Wolken! Und wie kommt es in die Wolken?

So ein Hundewetter

So ein Hundewetter :-)!

Ohne Sonne kein Wasser!

Scheint die Sonne auf die riesigen Wasserflächen der Erde – fast drei Viertel der Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt -, erwärmt sich das Wasser und verdunstet. Dieser Aggregatzustand nennt man Wasserdampf. Winzige Tröpfchen steigen in die Luft, wo sie sich mit Staub- und Salzkörnern verbinden und weiter steigen. Mit zunehmender Höhe kühlen sich die Wassertröpfchen wieder ab, das Wasser kondensiert. Milliarden solcher Tröpfchen bilden die Wolken. Dank dem Tyndall-Effekt werden die sonst farblosen Tröpfchen sichtbar.

Atlas der Wolken, © Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0, Antonio Ciccolella

Zusammenstellung verschiedener Wolkenarten. © Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0, Antonio Ciccolella

Ausgangspunkt jedes Regens sind Wolken. Je nach Höhe und herrschender Temperatur bilden sich entweder Eiskristalle oder Wolkentröpfchen. Wird das Gewicht der Tropfen so gross, dass sie weder durch die Luftreibung (Reibung im Fluid nach dem Gesetz von Stokes) noch von den in einer Wolke vorherrschenden Luftströmungen (Aufwinden) “in Schwebe” gehalten werden können, beginnen sie aufgrund der Schwerkraft langsam zu Boden zu sinken und es entsteht der Regen.

Bei so viel Regen ist es wichtig zu wissen, dass es sich nicht um Klima oder Klimaveränderung handelt! Wenn man die Definition für Klima betrachtet, ist Klima der Zustand der Atmosphäre an einem Ort, der über einen langen Zeitraum durch Mittelwerte und Summen ausgewählter physikalischer Grössen, z. B. Durchschnittstemperaturen, Niederschlagssummen, mittlere Sonneneinstrahlung oder Hauptwindrichtungen beschrieben wird.

Klimasystem

Das Wort Klima ist ein Sammelbegriff für alle Vorgänge in der Atmosphäre, an einem bestimmten Ort, über lange Zeiträume. Deshalb lässt sich Klima nicht mit Wetter gleichsetzen.

Das Wetter ist zwar auch ein Sammelbegriff, jedoch für meteorologische Vorgänge. So versteht man unter einer Wetterlage den Wetterzustand über einem bestimmten Gebiet während Stunden, Tagen und Wochen. Charakteristische Merkmale einer Wetterlage, wie die Luftdruckverteilung (Hoch, Tief, Fronten) bleiben oft über Tage hinaus erhalten und werden nach einer Dauer von mehr als drei Tagen als Grosswetterlage bezeichnet.

Wettersysteme

Wettersysteme

Was wir zur Zeit erleben sind Starkregen bis Gewitter, weil wir in einer Grosswetterlage mit tiefem Luftdruck vom Nordostatlantik bis zum westlichen Schwarzmeerraum sind, d. h. wir müssen weiterhin mit Regen rechnen.

Zur Erheiterung:

“Im Laufe des Tages werden örtlich starke Niederschläge auftreten”, prophezeit der Meteorologe. Ratlos beugt sich sein Assistent über die Satellitenbilder und Karten “Woraus schliessen Sie das?”, fragt er. “Ich habe meinen Schirm vergessen und bin zu einer Gartenparty eingeladen.”

>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 1/6 (ca. 10′)
>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 2/6 (ca. 10′)
>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 3/6 (ca. 10′)
>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 4/6 (ca. 10′)
>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 5/6 (ca. 7′)
>> Die Rätselhafte Welt der Wolken – Arte 6/6 (ca. 7′)

 

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Jun07

im Berner Oberland in den Berner Alpen?

Die Berner Alpen zwischen dem Berner Oberland im Kanton Bern und dem Rhonetal im Kanton Wallis gehören zu den Westalpen und bilden eines der imposantesten Gebirgsmassive der Alpen. Sie sind stark vergletschert und führen die längsten Eisströme, den Aletsch- und Fieschergletscher. Der höchste Gipfel, ganz im Berner Oberland, ist das Finsteraarhorn mit einer Höhe von 4274 Metern. Das Panorama, fotografiert von Stefan Czurda, offenbart das Grandiose dieser Landschaft.

Panorama Berner Oberland, © Dr. Stefan Czurda

Viertausender des Berner Oberlands, © Dr. Stefan Czurda

Wie steht es um die Geologie?

Die Berner Hochalpen sind ein Teil des Aarmassivs und bestehen aus ortsansässigem, sogenanntem autochthonem Kristallin, d.h. weitgehend aus Aaregranit, metamorphen AmphibolitenGneisen und Schiefern also.

Geologische Karte Berner Alpen

Geologische Karte Berner Alpen

Im Nordwesten ist dem Aarmassiv ein Mantel von Jura-Kalk (auf der Karte in blauen Farbtönen eingefärbt) vorgelagert, der durch Druck von Süden steil aufgestellt, und auf den zum Teil das Kristallin überschoben ist.

Dieser Kalkmantel bildet eine Reihe von markanten Gipfeln, vom Wetterhorn im Osten über den Eiger zur Blüemlisalp und weiter über das Doldenhorn und das Balmhorn bis zum Gemmipass im Westen. Er ist zusammen mit dem aufgeschobenen Kristallin, so der Jungfrau, des Finsteraarhorns und weiteren Gipfeln das eigentliche Schaustück der Berner Alpen, eine riesige Mauer von 50 km Länge, mit Eiger, Mönch und Jungfrau als Kernstück.

Finsteraarhorn, © Wikimedia

Finsteraarhorn, © Wikimedia

>> Berner Oberland
>> Natural Switzerland

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