Jun20

Joseph Kirschvink stellte 1992 die Hypothese der “Schneeball Erde” auf und postulierte, dass die damalige Erde vom Weltall aus – wegen der geschlossenen Eisdecke über den Meeren und den Kontinenten – wie ein gigantischer Schneeball ausgesehen haben könnte.

Illustration der "Schneeball Erde" vor mehr als 700 Millionen Jahren. Credit: NASA

Illustration der “Schneeball Erde” vor mehr als 700 Millionen Jahren. Credit: NASA

Ob die Erde einst komplett vereist war oder nicht, wird unter Forschern kontrovers diskutiert. Mindestens vier Vereisungen im späten Proterozoikum vor 750 bis 580 Millionen Jahren lassen sich in fast allen Gegenden der Erde nachweisen. Eine Gesamtvereisung der Erde wird für zwei Eiszeiten, die Sturtische vor 715 bis 680 Millionen Jahren und die Marinoische vor 660 bis 635 Millionen Jahren, vermutet. Auch eine noch frühere Vereisungen, die Huronische vor etwa 2,3 bis 2,2 Milliarden Jahren, ist nachgewiesen.

Schneeballerde

Die Ursache der Vereisungen wird im Auseinanderbrechen des Superkontinents Rodinia vermutet. Niederschläge setzte in Gegenden ein, die vorher, wegen der Grösse des Superkontinents, trocken und wüstenähnlich waren. Und so setzte neben der physikalischen Verwitterung wieder die chemische ein. Das im Regenwasser gelöste atmosphärische Kohlendioxid ermöglichte die Kohlensäureverwitterung. Weil so Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernt werden, konnten die Temperaturen sinken, was eine erdweite Vergletscherung ausgelöst haben soll.

Weitere Vermutungen sehen den Auslöser der Sturtischen Eiszeit in den Franklin-Flutbasalten im heutigen Kanada, welches sich damals am Äquator befand. Die Laven, die sich ihren Weg durch sulfatische Evaporitgesteine bahnten, setzten ungeahnte Mengen an Schwefelgasen (SO2, H2S) frei, die in die Stratosphäre aufstiegen, dort Aerosole bildeten und das Sonnenlicht reflektierten. Der Rückzug des Eises wird auf Kohlenstoffdioxid zurückgeführt, das durch Vulkanismus in die Atmosphäre entwich.

Als Folge dieser Eiszeiten sollen sich mehrzellige Lebewesen (Metazoen) entwickelt haben, die sich nach dem Ende der Eiszeit im Ediacarium (vor 630 bis 542 Millionen Jahren) explosionsartig verbreiteten (Ediacara-Fauna) → Das älteste Ökosystem der Erde.

Eine Erklärung – auch zur Klarstellung der bestehenden Diskrepanzen – liefert die sogenannte Wilsonbreen-Formation im Nordosten Spitzbergens, das ja zu jener Zeit auch am Äquator lag, wo Schnee fiel und es Gletscher gab. Diese Gesteinsschichten enthalten detaillierte Informationen über die Umweltveränderungen am Ende der Sturtischen Eiszeit. So stellten die Forscher fest, dass in der 180 Meter dicken Gesteinsabfolge verschiedene Schichten vorliegen, die unter unterschiedlichen Bedingungen entstanden sind. Sie schliessen auf drei Zyklen von Gletschervorstössen und Rückzügen, die im Zeitraum von nur 100’000 Jahren abliefen. Das Ende der Vereisung war also kein einfaches Umschalten vom Eishaus zum Treibhaus. Stattdessen änderte sich das Klima zyklisch. Triebkraft dafür waren nicht primär erhöhte Kohlendioxidwerte der Atmosphäre, sondern vielmehr Schwankungen der Erdachse, die sogenannten Milankovic-Zyklen.

→ Snowball Earth

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Jun13

Der geologische Zeitraum des Lebens auf der Erde umfasst nachweislich 3,5 Milliarden Jahre. Der Auftakt machte das Auftreten des Stromatolithen-Ökosystems. Stromatolithe sind biogene Sedimentgesteine, die durch das Wachstum und den Stoffwechsel von Mikroorganismen (Bakterien und blau-grüne Algen) unter Einfangen und Bindung von Sedimentpartikeln oder Fällung gelöster Stoffe in einem Gewässer entstehen.

Lebende Stromatolithenkolonie am Lake Thetis, Westaustralien; © Ruth Ellison CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1073339

Lebende Stromatolithenkolonie am Lake Thetis, Westaustralien; © Ruth Ellison CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1073339

Diese ersten Ökosysteme des Präkambriums hat man auf Spitzbergen und Grönland bis nach Südafrika, Australien und der Antarktis gefunden. Die Baumeister sind die ersten Lebensformen, zu denen die Cyanobakterien zählen. Sie zeichnen sich vor allen anderen Bakterien durch ihre Fähigkeit zur oxygenen Fotosynthese aus. Cyanobakterien besitzen im Gegensatz zu Algen keinen echten Zellkern und sind somit als Prokaryoten nicht mit den als “Algen” bezeichneten eukaryotischen Lebewesen, d. h. ein- oder mehrzellige Organismen, deren Zellen einen Zellkern enthalten, verwandt.

Das Einsetzen der Fotosynthese vor 3 Milliarden Jahren hat die Erde grundlegend umgestaltet, denn es gäbe kein atmosphärischer Sauerstoff, keine oxidative Verwitterung, keine Ozon-Schicht, kein Landleben, keine Atmung und auch kein “höheres bzw. vielzelliges Leben”. Der Entwicklungsbeginn vielzelligen Lebens, die marinen Ediacara-Faunen, setzte vor etwa 700 Millionen Jahren ein und ähnelt den heute bekannten einfacheren Formen von Algen.

Der steile Anstieg der Biodiversitätskurve wie sie mit der Kambrischen Artenexplosion um 540 Millionen Jahren zum Ausdruck kommt, hat ihre Wurzeln im Präkambrium. Dazwischen liegt jedoch ein Evolutionstief, das mit mindestens vier Vereisungen im späten Präkambrium vor 750 bis 580 Millionen Jahren in Verbindung gebracht wird.

Der kambrische Big Bang der Artenexplosionen wird mit heftigem Vulkanismus auf Grund von schnell driftenden Landmassen und damit enormen Veränderungen ehemaliger Lebensräume eingeläutet. Gondwana rotierte in nur 15 Millionen Jahren um 90 Grad. Eine solche Neuverteilung der Landmassen schuf viele neue Lebensräume, was zur biologischen Explosion und neuen Ökosystemen geführt haben musste.

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Jun06

So wie im Tierreich die natürliche Evolution mächtige Tiere wie Wale und Dinosaurier und Winzlinge wie hummelgrosse Kolibris und stecknadelkopfkleine Taufliegen hervorbrachte, gilt ähnliches im Pflanzenreich. Evolutive Prozesse liessen gigantische Mammutbäume bis hin zur kleinen Wasserlinse im Teich oder Moose und Flechten in den unterschiedlichsten Regionen der Erde entstehen. Die Vielfalt ist gigantisch!

Sie alle existieren in speziellen Lebensgemeinschaften in unterschiedlichen Klimazonen und in verschiedenen Lebensräumen. Damit befinden wir uns im Fachbereich der Geobotanik, das seit dem  ausgehenden 19. Jhd. in Mitteleuropa vom Vegetationsökologen Heinrich Walter eingeführt wurde. Die Ursprünge geobotanischer Betrachtungen gehen jedoch auf die grossen Naturwissenschafter wie Konrad Gesner (1506-1566), Ulisse Aldrovandi (1541-1613), Leonhart Fuchs (1506-1566) und andere zurück und lässt sich als “Nebenprodukt” der frühen botanischen Systematik verstehen. Heute ist es eine bedeutende interdisziplinäre Wissenschaft im Bereich Geowissenschaften und Life-Science.

Als komplexe Wissenschaft erfasst, beschreibt und erklärt die Geobotanik das Vorkommen und die räumliche Verbreitung von Pflanzen und Pflanzengesellschaften und ihre Veränderungen in der Vergangenheit (Vegetationsgeschichte).

Vegetationszonen der Erde: ca. 30 Räume mit ähnlichem Pflanzenbewuchs; CC BY-SA 3.0

Vegetationszonen der Erde: ca. 30 Räume mit ähnlichem Pflanzenbewuchs; CC BY-SA 3.0

Grundsätzlich befasst sich die Geobotanik mit folgenden Themen:

  • Verbreitung von Pflanzenarten und ihren Gesetzmässigkeiten
  • Ursachen ihrer raum-zeitlichen Verbreitung
  • Zusammensetzung, Aufbau, Funktion und Zusammenwirken von Vegetationstypen und Ökosystemen
  • Verständnis der evolutiven Entwicklung von Geo- und Biodiversität in den diversen Lebensräumen der Erde
  • Schutz und Erhalt natürlicher Artenvielfalt der globalen Lebensräumen für die Zukunft

Die zentrale Fragestellung der Geobotanik versucht die Verbreitung jeder einzelnen Pflanzenart auf der Erde im Verlauf der geologischen Evolution und unter Einbezug der jeweiligen Standortfaktoren zu klären. Diese Faktoren werden durch die aktuellen Boden- und Klimabedingungen des Lebensraums einer Pflanzenart bestimmt. Die Geobotanik untersucht also die Gesamtheit der Beziehungen einer Pflanzenart um daraus Zusammenhänge zwischen Umweltbedingungen und Leistungsfähigkeit zu ziehen.

Wie die Entwicklung von Ökosystemen in geologischen Epochen ablief, soll im nächsten Beitrag Thema sein.

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Mai30

Das Ural-Gebirge zusammen mit dem Ural-Fluss bilden die, auf die Antike zurückgehende, politisch-kulturelle Grenze zwischen Europa und Asien. Eurasien ist ein geographisch-geologischer Begriff für Europa und Asien als ein Kontinent, der seit der Trias vor 250 MJ eine zusammenhängende Landmasse bildet. Zuerst waren Europa und Asien Teile des Superkontinents Pangaea, später Laurasias und heute Eurasiens.

Ural: View of the Earth; © Christoph Hormann Ural-Gebirge & Ural-Fluss; © Google-Earth
v.l.n.r.: Ural-Gebirge: Views of the Earth © 2012 Christoph Hormann http://earth.imagico.de; Ural-Gebirge und Ural-Fluss trennen Europa von Asien © Google Earth

Der Ural ist ein bis 1895 m hohes und 2400 km langes Gebirge, das sich in Nord-Süd-Richtung durch den Westen Russlands erstreckt. Er durchzieht drei Klimazonen und ist trotz seiner Länge bei durchschnittlichen 50 km Breite recht schmal. Der Ural ist eines der ältesten Gebirge der Welt und für sein “hohes Alter” sind die Erhebungen beachtlich.

Wie der Ural entstand

Die geologische Geschichte reicht bis ins späte Präkambrium (vor ca. 1 Milliarde Jahren) als das Gebiet noch ein Ozean war. Westlich lag der europäische Kraton, Teile davon sind in Skandinavien, der Kola-Halbinsel und Timan aufgeschlossen. Im Osten befand sich der sibirische Kraton. An dessen Westrand soll es eine Subduktionszone gegeben haben, an der ozeanische Kruste unter den Kontinentalblock Europa abtauchte. Im Hinterland der Subduktionszone kam es zu Krustendehnung, in deren Folge ein Grabenbruchsystem entstand. Durch anhaltende Dehnung bildete sich im Zentrum ein schmales Ozeanbecken, welches  von einem schmalen Streifen kontinentaler Kruste vom sibirischen Kraton getrennt war; ma spricht von einem Inselbogen. Die paläogeographische Situation im Mittel-Silur kann grob verglichen werden mit dem heutigen Alëuten-Kommandeur-Bogen.

Aleutian Islands; ©Von edited by M.Minderhoud - own work based on PD map, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1012020
Alëuten-Kommandeur-Bogen (rot eingerahmt) am Nordrand des Pazifischen Ozeans und sein Backarc-Becken, das Alëuten-Becken, im Südwesten des Beringmeeres; © M.Minderhoud, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1012020

Über die Jahrmillionen wuchs das Krustenvolumen des Inselbogens kontinuierlich an, sowohl durch magmatische Aktivitäten als auch durch Angliederung (Akkretion) von ozeanischen Sedimenten und anderen Krustenteilen der abtauchenden Platte. Im frühen Devon kam es zur Schliessung des Ozeanbeckens und im Perm, ab 290 MJ fand die letzte Gebirgsbildung (Orogenese) statt. Die Ural-Orogenese steht somit mit der finalen Phase der Bildung des Superkontinentes Pangaea zusammen.

Verschiedene Formen von Magmatismus sind verantwortlich für den Erzreichtum der Region. So kommen etwa 48 Arten ökonomisch interessanter Erze vor: Gold, Platin, Chromit und Magnetit Erze, nebst Edelsteinen wie Smaragd, Diamanten, Aquamarin und andere. Aber auch Kohle, Erdöl und Erdgas sind reichlich vorhanden.

Das heutige Uralgebirge, d. h. die heutige Bergkette, entstand erst im Laufe der letzten Millionen Jahre ab dem Pliozän durch die Heraushebung der alten, gefalteten Gesteine aus dem Untergrund. Ursache für die Hebung war wahrscheinlich die Alpidische Gebirgsbildung am Südrand Eurasiens.

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Mai23

Kurz nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion (1991) wurde Russlands geographischer Mittelpunkt errechnet. Er soll am Südufer des Wiwi- oder auch Vivi-Sees liegen, der sich zudem wenige Kilometer nördlich des nördlichen Polarkreises befindet. Der Wiwi-See ist ein 230 km² grosser See im Südteil des Putorana-Gebirges, im Nordwestteil des Mittelsibirischen Berglands in der Region Krasnojarsk. Das Einzugsgebiet umfasst etwa 3300 km². Der Wiwi-See ist eine eigene Welt – die Welt des Wassers, der flachen “Tafelberge”, der Krummwälder, der unendlichen Tundra, der Vögel, Tiere und Fische. Weder am See noch in seiner Umgebung gibt es Siedlungen.

Seeenlandschaft, Putorana Gebiet, Sibirien; © Krashevsky Location lake Vivi, Google Maps
v.l.n.r.: Seeenlandschaft, Putorana Gebiet, Sibirien; © Krashevsky; Google Map Region Krasnojarsk, Sibirien

Putorana Plateau

Das Putorana Plateau ist eine der ältesten Hochebenen vulkanischer Herkunft und wird “Land der zehntausend Seen und tausend Wasserfälle” genannt. Seine Fläche beträgt etwa 30’000 km². Die Hochebene liegt südlich der Halbinsel Taimyr und östlich der grössten Polarstadt, Norilsk. Das Plateau wird durch die Flüsse Jenissei, Cheta, Kotuj und Tungusska eingegrenzt. Das Gebirge besteht aus Basalten und verwandten Gesteinen, die zum Vulkanismus des sibirischen Trapp gehören. Im Nordwesten gibt es grosse Vorkommen an Kupfer und Nickel.

Vor Hunderttausenden von Jahren war das Plateau vergletschert und so wurde die Hochebene in Schluchten mit steilen Wänden zergliedert. Dabei ist die höchste Bergspitze 1700 m hoch: Kamen (Stein) ist damit auch der höchste Berg im Mittelsibirischen Bergland. Das Putorana Plateau befindet sich in der Permafrost-Zone. Der Winter ist hier sehr kalt mit Temperaturen bis zu -44 Grad Celsius. Deshalb ist der Sommer für eine Reise die beste Zeit, ganz besonders in der Periode des polaren Tages (vom 11. Juli bis 2. August). Zu dieser Zeit erreichen die Temperaturen das absolute Maximum vom +30 Grad.

Das Gebirge, in dem das 1988 gegründete Staatliche Naturschutzgebiet Putorana (19’000 km²) liegt, wurde 2010 von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt. Leider hat aber auch hier der Mensch tiefe Spuren gesetzt.

Umweltverschmutzung

Die Industrie-Anlagen des Konzerns MMC Norilsk Nickel, dem Weltmarktführer von Nickel und Palladium, hat – mit in den Nordwestausläufern des Putorana-Gebirges befindlichen Tagebauen – eine starke Umweltverschmutzung zu verantworten. Das Falschfarbenfoto des Gebirges im Nordwesten zeigt eine mit Schwermetallen und diversen Umweltgiften stark belastete Umwelt.

Auswirkungen des Tagebaus von Nickel und Kupfer
Falschfarbenfoto: Aus der Produktion des Konzerns MMC Norilsk Nickel resultierende Umweltverschmutzung; © Jesse Allen, NASA Earth Observatory, using data obtained from the University of Maryland’s Global Land Cover Facility.

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Mai16

Die Türkei ist ein gebirgiges Land, mehr als die Hälfte der Fläche liegt über 1000 m und zwei Drittel des Geländes ist steiler als 15 % . Das Land wird von Karadeniz im Norden (dem Schwarzen Meer), Akdeniz im Süden (dem Mittelmeer) und Ege, der Ägäis im Westen eingegrenzt.

Zwischen der nordanatolischen Gebirgsschwelle im Norden und dem Taurus-Gebirge im Süden liegt das abgeschlossene, inneranatolische Hochland, gegliedert durch Becken und Täler.

Tektonische-Karte-Türkei; © USGS Seismische Aktivitäten Türkei © unisonius.com

v.l.n.r.: Tektonische Karte der Türkei; © USGS; Seismische Aktivitäten in der Türkei © unisonius.com

Im Osten im Grenzgebiet zum Iran und Irak kollidieren die Eurasische – und die Arabische Platte und erzeugen regelmässig Erdbeben. Die Kollision hat durch Verwerfungen und Bruchsysteme ein Mosaik von Bergen hervorgebracht. Auch in der zentralen und westlichen Türkei hat sich ein ausgedehntes Bruchsystem entwickelt.

Der Anatolische Block oder Mikroplatte wird durch die gegensätzliche Bewegungsrichtung der Eurasischen – und Arabischen Platte nach Westen getrieben und durch die konvergierenden Gesteinsplatten unter grossen Druck gesetzt. Diese Art von Plattenkollision wird als Transformstörung bezeichnet.

Bei einer Transformstörung gleiten zwei Lithosphärenplatten entlang ihrer Grenzen horizontal aneinander vorbei. Es ist ein materialneutraler Vorgang, da kein Krustenmaterial gebildet oder vernichtet wird. Solche Bewegungen verlaufen natürlich nicht reibungsfrei. Die Platten verhaken sich ineinander, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der aufgestaute Druck zu gross wird und sich die angesammelte Energie schlagartig in einem flachen Erdbeben entlädt. Aus diesem Grund sind Gebiete in der Nähe von Transformstörungen stark erdbebengefährdet. Ein berühmtes Beispiel ist die amerikanische San-Andreas Verwerfung oder eben die nordanatolische Verwerfung.

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Mai09

Damals fegten glühend heisse, pyroklastische Wolken über die Region und ausgedehnte Lavamassen ergossen sich entlang der Bergrücken.

Heute ist Kappadozien eine einzigartige  Erosionslandschaft im Herzen der Türkei mit weiten Landschaften, engen Schluchten, antiken Höhlensiedlungen und unzähligen in den Fels gehauenen Kirchen und Klöster der ersten Christen.

Cappadocia_Chimneys; © Wikimedia Commons

Zipfelmützenberge in der Felslandschaft bei Göreme, Kappadozien; © Wikimedia Commons, Benh Lieu Song

Im Neogen kam es zu bedeutenden Eruptionen, die neben Lava auch grosse Mengen vulkanischer Asche in ein etwa 10’000 km² grosses Gebiet zwischen den beiden Vulkanen Erciyes Dagi und Hasan Dagi eintrugen und eine über 100 m dicke Ascheschicht legte sich auf eine Sumpf- und Seenlandschaft. Aus der Luft sieht man heute noch viele kleine Krater und trockene Maare, es sind Zeugen der einstigen geologischen Ereignisse.

Als dann die vulkanische Tätigkeit nachliess und die Erosion vor ca. 100’000 Jahren einsetzte, begannen Wind und Wasser den weichen Fels zu modellieren.

Das markanteste Markenzeichen sind die Feenkamine oder Erdpyramiden. Wenn zwischen den einzelnen Tuffsteinschichten härtere vulkanische Ablagerungsschichten vorhanden sind, entstehen die für die Region so typischen Erosionsformen. Die obere und härtere Lage erodiert wesentlich langsamer als die untere, weichere und es bildet sich ein schützender Hut über den schlanken Türmen. Irgendwann einmal wird die Auflage für den Deckstein zu klein und er fällt herunter. Dies ist dann das schnelle Ende eines Feenkamines oder des “Zipfelmützenbergs”. Innerhalb geologisch gesehen kürzester Zeit wird der schlanke Turm von Wind und Regen dann restlos abgetragen sein.

Siehe auch den Beitrag: Ein Ausflug zu den Schweizer Pyramiden

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Die Lösung

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