Wie alles anfing

Der Urknall

Bausteine der Materie

Planeten entstehen

Die Erde entsteht

Die Erde verändert sich

Die inneren Kräfte

Fachbegriffe

Die äußeren Kräfte

Fossilien

Veränderung der Schichten

Erdzeiten und Formationen

Die Forscher

Geologie und Archäologie

Paläontologie und Anthropologie

Museumsarbeit

Konservierung und Restaurierung

Rekonstruktion

Der Weg eines Fundes

Magazinierung

Vor Ort

Materialangebot

Der Urknall   top

Die Existenz der Erde haben wir einem Ereignis zu verdanken, dass vor unendlich langer Zeit stattgefunden haben soll. Mit einer gewaltigen Explosion - dem so genannten Urknall - entstand das Universum. Diese Theorie (wissenschaftliche Annahme) wird heute von vielen Wissenschaftlern vertreten. Sie ist aber umstritten und noch keineswegs endgültig bewiesen. Aber es gibt Anzeichen dafür, dass es so war. So haben Astronomen durch komplizierte Verfahren herausgefunden, dass die beobachtbaren Galaxien sich voneinander entfernen. Sie haben zueinander eine bestimmte Fluchtgeschwindigkeit. Rechnet man diese Geschwindigkeit rückwärts, so müssen alle Galaxien sich nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen vor genau 13,7 Milliarden Jahren in einem Punkt befunden haben. Vor dem Urknall soll also alle kosmische Materie in einem Punkt (Singularität) vereint gewesen sein. Das muss man sich einmal vorstellen: Die riesige Anzahl der Erscheinungen, die wir heute im Weltall beobachten können - Gase, Sterne, Planeten, Monde, Staub - war in einem unvorstellbar dichten und winzigen Energiebündel vereint.

Dann soll es zum es zum "Big Bang" gekomen sein. Wodurch er ausgelöst wurde? Niemand kann es sagen. Religiöse Forscher sehen darin den ersten Akt der Schöpfung. Jedenfalls sollen in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall aus einem unglaublich heißen Energiebrei, der aus Quarks und Gluonen bestand, erste Teilchen und entsprechende Antiteilchen entstanden sein. Aus ihnen sollen sich die kleinsten Bausteine der Materie gebildet haben. Wenn wir über das Universum reden - so merken wir - , dann müssen wir uns zuallererst auch mit den kleinsten Teilchen des Universums auseinandersetzen.

Eine Sekunde nach dem Urknall bestand alle sich ausdehnende Materie aus diesen grundlegenden Kleinstteilchen. Aufgrund der hohen Temperatur von 1 Milliarde Kelvin formten sich nach 100 Sekunden bereits Atomkerne. Nach 150 Minuten entstanden die ersten Atome. Aus heutiger Sicht entstand eine kosmische Materieverteilung, die aus 75% Prozent Wasserstoff und 24% Helium besteht, während das restliche letzte Prozent alle anderen Materieformen abdeckt. Allerdings sagen Kosmologen, dass aufgrund von Berechnungen noch fünfmal mehr Materie im Weltall vorhanden sein muss, die wir nicht beobachten können. Man bezeichnet sie als "Dunkle Materie".

Buchempfehlung: Steven Weinberg: Die ersten drei Minuten - Der Ursprung des Universums, Piper Verlag München, ISBN 3-492-22478-4

Ungefähr 1 Million Jahre nach dem Knall bildeten sich aus den Atomen Moleküle. Daraus wurden Nebel, die sich in langen Zeitabläufen zusammenballten. Es entstanden Sterne, also Sonnen, die sich wiederum zu Milliarden zusammenballten und Galaxien bildeten. Eine solche Galaxie ist unsere Milchstraße, die offenbar zu den kleineren Exemplaren der Gattung gehört. Im Frühjahr 2000 haben Wissenschaftler eine neue Galaxie entdeckt, die aus schätzungsweise 1000 Milliarden Sonnen besteht.

Bausteine der Materie   top

Schon die alten Griechen waren der Meinung, dass die Welt sich aus allerkleinsten Teilchen zusammensetzt. Demokrit zum Beispiel glaubte, alle Materie bestehe aus vielgestaltigen Atomen. Der Begriff "atomos" bedeutet in der Griechischen Sprache "unteilbar". Aristoteles hingegen war den Ergebnissen der neuesten Forschung schon sehr nahe. Für ihn bestand Materie aus Teilchen, die sich ohne Ende in immer kleinere zerlegen ließen.

Tatsächlich arbeiten Wissenschaftler heute mit Modellvorstellungen, nach denen die Atome aus einer ganzen Reihe noch viel kleinerer Teilchen bestehen sollen, die zum Teil noch niemand je direkt nachgewiesen hat, weil sie so klein oder so selten sind. Daher ist es wichtig, immer daran zu denken, dass es hier um Modelle geht, Annahmen also, mit deren Hilfe man hofft, dem Wesen der Dinge auf die Spur zu kommen.

Warum muss man eigentlich über diese Kleinstteilchen etwas wissen, wenn man das Universum verstehen will? Nun, wie haben am Beispiel des Urknalls gesehen, dass alle Materie ihren Ursprung in einem unvorstellbaren Energieausbruch hatte. Aus der daraus entstandenen Energiewolke entwickelten sich die Elementarteilchen, aus denen wiederum Materie wurde. Albert Einstein hat dafür seine berühmte Formel gefunden. E=mc² bedeutet vereinfacht ausgedrückt, dass aus Energie (E) Masse (m) werden kann und umgekehrt. Abhängig ist der Vorgang von der größtmöglichen Geschwindigkeit (c), nämlich der Lichtgeschwindigkeit, die etwa 300 000 km/sec beträgt. Wer also das Große verstehen will, muss über das Kleine Bescheid wissen.

Aus welchen Teilchen besteht nun ein Atom nach der Modellvorstellung? Man unterscheidet zunächst einmal zwischen Atomkern und Atomhülle. Im Atomkern finden sich die elektrisch positiv geladenen Protonen und die elektrisch neutralen Neutronen. Protonen und Neutronen haben ungefähr die gleiche Masse, sie sind gleich schwer. In der Atomhülle bewegen sich die negativ geladenen Elektronen. Ihre Masse ist etwa 2000mal geringer als die eines Protons.

Dies ist ein vereinfachtes Atommodell, mit dem in den Schulen im Physik- und Chemieunterricht auch gearbeitet wird. Jedes Element, ob Wasserstoff, Kohlenstoff, Helium oder Natrium, hat jeweils eine andere, unverwechselbare Anzahl von Kern- und Hüllenbausteinen. Dadurch ergeben sich ihre besonderen Eigenschaften. Das am einfachsten aufgebaute Element ist der Wasserstoff. Er ist aber offenbar im Universum das wichtigste Element. Das Wasserstoffatorn besteht aus einem Proton im Kern und einem Elektron in der Hülle.

Tatsächlich ist das Atommodell aber komplizierter, weil es nicht bei den genannten Atombausteinen bleibt. Vielmehr sind diese wiederum aus weiteren elementare Teilchen zusammengesetzt, die die Wissenschaftler in einem in den Siebzigerjahren entwickelten "Standardmodell" zusammengefasst haben. Danach ergeben sich zwei Arten von Teilchen: Leptonen und Quarks, die sich  im Zustand normaler Materie und im Zustand von Materie höherer Energie (kosmische Strahlung) befinden können. Die Gruppe der Leptonen weist 6 Teilchenzustände auf: Elektron und Elektron-Neutrino als normale Materie, Myon, Myon-Neutrino, Tau und Tau-Neutrino als Materie in höherem Energiezustand. Die Gruppe der Quarks enthält ebenfalls 6 Teilchenzustände: Up und Down als normaler Energiezustand, Charm, Strange, Top und Bottom als höherer Energiezustand. 

Die Gruppe der Leptonen ist Teilchenlieferant für die Atomhülle, die Quarks bilden den Atomkern. Ein Proton besteht jeweils aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark. Ein Neutron besteht andererseits aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks. Zwischen Protonen und Neutronen werden zusätzlich energiereiche, aber masselose Strahlungsteilchen als stark anziehende Kraft ausgetauscht, die Photonen. 

Quarks kommen niemals einzeln vor. Durch eine sehr große Kraft werden sie in den Protonen und Neutronen aneinander geschweißt. Diese Kraft fassen die Forscher auch als Teilchenaustausch auf. Die dafür verantwortlichen Teilchen heißen Gluonen (engl. glue - Kleber). Schließlich soll es zu jedem Teilchen noch ein entsprechendes Antiteilchen geben. Das Antiteilchen zum Elektron heißt Positron. Treffen beide aufeinander, so wandeln sie sich in Strahlungsenergie um, die zwei Photonen entspricht. Als Mesonen bezeichnet man die Kombination von Quark und Antiquark, die sich aber auch sofort auslöschen und ebenfalls zwei Photonen bilden. 

Neutrinos sind freie, bei radioaktivem Zerfall entstehende Teilchen. Ihr Wesen ist den Wissenschaftlern ein Rätsel, weil es offenbar so ist, dass sie sich von einer Art Neutrino in eine andere verwandeln können: aus einem Elektron-Neutrino wird ein Myon-Neutrino, aus einem Myon- ein Tau-Neutrino. Das passt allerdings gar nicht in die oben beschriebene Standardvorstellung. So konzentriert sich die Teilchenphysik gegenwärtig auf die Erforschung dieses eigentümlichen Neutrino-Verhaltens.

Schließlich sind da noch die Bosonen, Teilchen mit schwacher Wechselwirkung, und das schließlich das fast mystische Higgs-Teilchen, das allen anderen Teilchen ihre Masse geben soll.

Insgesamt sieht der "Teilchen-Zoo" so aus:

 

Normale Materie			unentdeckt
Quarks	Leptonen	Austauschteilchen	Higgs
Up	Elektron	Photonen
Down	Elektron-Neutrino
Materie in höherem Energiezustand
Charme	Myon	W+-Bosonen
Strange	Myon-Neutrino	W--Bosonen
Top	Tau	Z-Bosonen
Bottom	Tau-Neutrino	Gluonen
Theorie der Supersymmetrie (Susy)
Jedem Elementarteilchen soll spiegelbildlich ein entsprechendes Susy-Teilchen gegenüber stehen.

Das Problem für die Wissenschaftler ist, dass sie diesen "Teilchenzoo" nur unter extrem hohem materiellem und finanziellem Aufwand nachweisen können. Die Teilchen durchschwirren zwar das Weltall in unendlicher Zahl, entziehen sich aber jedem physischen Direktnachweis. Das Phänomen "Schwerkraft" kann die Wissenschaft in diese Modellvorstellungen überhaupt noch nicht einordnen.

Einen Denkansatz, der weit über diese Teilchen-Forschung hinausgeht, vertreten die String-Theoretiker. Folgt man ihnen, so besteht das gesamte Universum aus Strings (Saiten). Alle Teilchen sind Vibrationen dieser Strings. Allerdings sind diese Strings so winzig klein, dass sie erst mit aberwitzig riesigen Maschinen nachweisbar wären, wenn es sie denn gibt. Da man solche Maschinen nicht bauen kann, ist ein praktischer Nachweis der Strings-Theorie quasi unmöglich. Zusätzlich passt die String-Theorie nicht ins dreidimensionale Raumgefüge. Neun oder zehn Dimensionen wären nötig, um mathematische Gleichungen sinnvoll formulieren zu können. Durch vielerlei Tricks haben die String-Forscher auch hier Lösungsmöglichkeiten gefunden. So gibt es tatsächlich Wissenschaftler, die - auf dem Umweg über die String-Forschung - die Entwicklung von Zeitmaschinen nicht auschließen.

Viele Forscher allerdings bleiben mit beiden Beinen lieber auf dem Boden und fragen sich, ob solche Spekulationen noch mit Physik zu tun haben. Im Sommer 2008 geht im Cern-Institut bei Genf der  größte und stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt in Betrieb. In einer 27 Kilometer langen Röhre 100 Meter unter der Erde werden mit kosmischer Wucht Teilchen aufeinander geschleudert, um aus ihren Splittern bisher Unentdecktes heraus zu filtern. Detektoren in einer Größenordnung von 10.000 Tonnen sollen so den kleinsten Elementen des Universums auf die Spur kommen und damit der Entstehung der Welt.

Planeten entstehen   top

Das Werden und Vergehen von Sonnen lässt sich mit modernen Apparaturen und Messmethoden sehr gut beobachten. Warum sich aber nun Sonnensystem bilden - also Sonnen, um die in regelmäßigen Bahnen Planeten kreisen -, darüber ist sich die Wissenschaft noch uneins. Die einen Forscher meinen, das hänge mit Katastrophen zusammen, die sich immer wieder im Weltall ereignen. Andere Forscher sind der Ansicht, die Entstehung von Sonnensystemen sei ein ganz normaler Vorgang, der zum Wesen des Universums dazugehöre. Auch dazu gibt es aber verschiedene Theorien.

Eine der gebräuchlichsten Annahmen geht davon aus, dass zunächst eine Sonne entsteht. In ihrem Umkreis bindet sie Gas- und Staubnebel. Infolge des Gleichgewichts der Anziehungs- und Fliehkräfte, die verhindern, dass die Nebel auf die Sonne stürzen, verdichten sich diese schließlich zu einer Scheibe. Innerhalb der Scheibe bilden sich aus den Staubteilchen größere, festere Kerne, die wiederum weiteres Material an sich ziehen. Daraus entstehen die Kerne von Planeten.

Diese Kerne binden auf Grund ihrer Anziehungskraft erneut große Gas- und Staubmengen an sich. Oft prallten diese Kerne auch aufeinander und vereinigten sich. Oder aber es entstanden aus ihnen Trümmerstücke. Die beiden Vorgänge - Anlagerung neuer Masse oder Verlust von Masse - bewirkten auf Dauer, dass sich größere und kleiner Planetenurformen entwickelten, deren Umlaufbahnen um die Sonne immer mehr voneinander abwichen, Dadurch wurde die Gewalteinwirkung bei Zusammenstößen aber umso größer. Die Folge war, dass die kleineren Planetenformen auf der Strecke blieben, während größere deren Materialreste einfingen. Es entstand ein Sonnensystem wie das unsere mit seinen neun Planeten. Man kann davon ausgehen, dass es ähnliche Gebilde überall im Universum gibt.

Natürlich gibt es heute Wissenschaftler, die davon ausgehen, dass die Dinge doch weitaus komplizierter waren, als eben dargestellt. Sie meinen, dass es im kosmischen Urnebel bestimmte Mischungsverhältnisse gegeben hat, die man berücksichtigen muss. Wir können das an dieser Stelle nicht klären.

Auf jeden Fall waren die Planeten in ihrem Urzustand glühende Bälle aus geschmolzener Materie. Die wichtigste Ursache dafür waren Vorgänge, die denen einer explodierenden Atombombe entsprechen. Durch Kettenreaktionen bei der Verdichtung der Planetenkerne wurden atomare Kernspaltungen ausgelöst.

Die Zeit der Planetenschmelze dauerte wohl eine Milliarde Jahre. Dann wanderten die schweren Materialien wie Eisen und Nickel auf Grund der Schwerkraft in das Innere der Planeten, die leichteren Bestandteile - etwa Silikate - schwammen oben. Auf diese Weise bildete sich schon sehr früh der innere Aufbau der Planeten heraus, wie wir ihn auch von der Erde kennen: Kern, Mantel, Kruste. Vor rund vier Milliarden Jahren befand sich unsere Erde in diesem "flüssigen" Zustand.

Die Erde entsteht   top

Es ist für die Wissenschaftler außerordentlich schwer, die einzelnen Abschnitte der Erdfrühgeschichte genau zu bestimmen, da es um riesige Zeiträume geht. Die Festsetzung kann nur über die Altersbestimmung bestimmter Gesteinsformen gelingen. Das Bild von der Entwicklung der Erde zu ihrer heutigen Form sieht etwa so aus:

Im Laufe der Zeit kühlte die Erdoberfläche immer mehr ab. Schließlich setzte vor etwa vier Milliarden Jahren die Bildung einer festen Erdkruste ein, die auf einem zähflüssigen Untergrund schwamm. Als die Erdkruste eine Temperatur unter 100 Grad C erreichte, war es möglich, dass aus dem allgegenwärtigen Wasserdampf durch Kondensation Wasser entstand. Nun trennte sich Land vom Meer.

Die Oberfläche der Landmasse veränderte sich ständig. Es bildeten sich Vertiefungen und Erhebungen, aus Spalten und Rissen drang flüssiges Material nach oben, das sich anlagerte und ebenfalls erstarrte. So entstanden feste Schollen mit gebirgigen Gebieten, die Vorformen der Kontinente, die sich noch zusammenballten und gewissermaßen in einem Urkontinent, Pangäa genannt, vereint waren.

In diesem Abschnitt der Erdgeschichte waren die gewaltigen Kräfte, die durch die Bewegungen in der Erdkruste hervorgerufen wurden, bestimmend für das Aussehen der Erdoberfläche. Vulkanausbrüche und Erdbeben waren gewissermaßen "an der Tagesordnung" und sorgten für die ständige Verwerfung der Gesteinsmassen. Durch hohe Temperaturen, hohe Drücke in der Tiefe, Abkühlung und Erstarrung entstanden die unterschiedlichen Gesteinsarten. Schon bald gab es auch riesige Gletscher, die ihrerseits durch Verschiebung das Gesicht der Erdoberfläche formten.

Erst vor der vergleichsweise kurzen Zeit von 160 Millionen Jahren soll die so genannte Kontinentalverschiebung begonnen haben. Diese Theorie wurde bereits 1912 aufgestellt. Viele Forscher meinen, dass die Verteilung der Tier- und Pflanzenarten auf den Kontinenten dafür spricht.

Die Kontinente sollen als leichtere Massen auf einem schwereren Untergrund abgedriftet sein und die Lage eingenommen haben, die wir heute vorfinden. Sie sind wohl immer noch in Bewegung. Oft genug reiben die Schollen, das sind voneinander getrennte Platten der Erdkruste, an einer Stelle aneinander, weil sie durch gegenläufige Strömungen des Untergrundes, so genannte Konvektionsströme, gegeneinandergetrieben werden. Es kommt zu Erdbeben und Vulkanausbrüchen, die die Menschen als Katastrophen erleben.

Schaubild "Konvektionsströme"

Die inneren Kräfte   top   

Unsere Erde verändert sich ständig. So werden etwa Veränderungen durch Kräfte bewirkt, die aus dem Inneren der Erde kommen. Solche Kräfte heißen demnach innere oder endogene Kräfte. Die Erdkruste schwimmt auf einem glühenden Kern. Die hohen Temperaturen und die unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe des Erdinneren setzen große Kräfte frei. Ganze Kontinente sind dauernd in Bewegung. Diese Veränderungen sind für uns kaum merklich, denn sie dauern Jahrmillionen. Allerdings - manchmal macht uns die Erde doch darauf aufmerksam, dass etwas vorgeht.

Vulkanismus

Bei Vulkanausbrüchen kann man gut ahnen, wie es unter uns brodelt. 500 aktive Vulkane sind überall auf der Erde verteilt. Auf Hawaii ist der Vulkanismus ständige Touristenattraktion. Der Kilauea-Krater dort ist der aktivste Vulkan der Welt. Folgende Merkmale machen einen aktiven Vulkan aus:

Krater - trichterförmige Öffnung an der Spitze des Vulkans, durch die Lava, Asche, Dampf und Gas ausgeworfen wird.

Magmakammer - aus dem Innern des Erdmantels steigt geschmolzenes Magma hoch und sammelt sich in großen Hohlräumen der Erdkruste. Dort vermischt es sich mit Gasen und Wasser. Durch die Hitze aus dem Erdinnern gerät dieses Gemisch unter Druck und wird durch den Schlot an die Oberfläche gedrängt. Die Entladung erfolgt oft genug explosionsartig.

Zentraler Schlot - dieser Schlot, auch Eruptionskanal genannt, verbindet in direkter Linie die Magmakammer mit dem Krater. Dort kann das Magma als Lava austreten.

Seitenschlot - vom Hauptschlot aus kann sich durch den enormen Druck ein Seitenschlot abtrennen. An der Seite des Vulkans tritt dann ebenfalls Lava aus, die durch Spalten im Gestein nach oben getragen wird.

Spalteneruption - auch durch senkrechte Risse und Spalten im Gestein kann das Magma an die Oberfläche gelangen.

Sims - nicht alles Magma dringt bis an die Oberfläche. Ein Teil sammelt sich zwischen den unterirdischen Gesteinsschichten und kühlt dort ab.

Kegel - durch frühere Ausbrüche des Vulkans haben sich Asche- und Lavaschichten übereinander getürmt.

In der Luft - durch den gewaltigen Druck beim Ausbruch wird eine Mischung aus Lava, Dampf, Gas und  Gestein kann Asche in den Himmel geschleudert, oft viele Kilometer hoch. Auch Lavabrocken, die so genannten Lavabomben, sind darunter.

Erdbeben

Kaum ein Jahr, ohne dass nicht irgendwo ein Erdbeben die Erde erschüttert. In Kalifornien zum Beispiel leben die Menschen auf einer Zeitbombe. Die Millionenstadt Los Angeles liegt genau im Bereich der 1000 Kilometer langen San-Andreas-Spalte. An dieser Stelle verschieben sich die Schollen zweier Kontinente gegeneinander, die Amerikanische und die Pazifische. Im Augenblick sind es etwa 5 Zentimeter im Jahr, genug, um auf Grund der entstehenden Reibung immer wieder Erdbeben hervorzurufen. Zuletzt gab es im im Januar 1994 ein großes Beben. Wissenschaftler meinen, dass bald wieder ein großer "Crash" zu erwarten ist.

Die Kontinentalverschiebung ist ein aktueller Vorgang. Im Rift Valley in Ostafrika zerbricht der Afrikanische Kontinent. Irgendwann in ferner Zukunft wird dort ein neuer Ozean entstehen, Äthiopien und Kenia werden auseinander brechen und sich vom übrigen Kontinent entfernen. Ungefähr 20 bis 30 Millionen Jahre wird dieser Vorgang dauern.

Fachbegriffe   top

Erdkruste - die äußere feste Hülle der Erde, die unter den Ozeanen bis 15 Kilometer, unter den Kontinenten bis 40 Kilometer und unter den Gebirgen bis 70 Kilometer dick ist.

Erdinneres - besteht aus dem unter der Erdkruste liegenden Mantel, der bis 2900 Kilometer Tiefe reicht und gesteinsbildenden Material enthält. Darunter liegt der Erdkern, der überwiegend Eisen enthält. Der von 2900 bis 5100 Kilometer reichende äußere Kern ist flüssig, der innere Kern aber fest, weil dort der Druck so außerordentlich hoch ist.

Schaubild "Erdinneres"

Der Erdkern ist ein geheimnisvoller Ort, zu dem noch nie ein Mensch vorgedrungen ist. Auch Sonden und anderen technischen Geräten blieb diese Region bisher verborgen.

Der Kern erzeugt das Magnetfeld der Erde, das auf Grund seiner Polarität die Lage von Nord- und Südpol vorgibt. Dieses Magnetfeld ist ein Schutzschild, der die Erde abschirmt gegen zerstörerische Partikel aus dem All - etwa die von Eruptionen auf der Sonne herausgeschleuderten Sonnenwindpartikel. Forscher haben die These aufgestellt, dass der Mars ehedem auch ein Magnetfeld hatte. Er erkaltete jedoch relativ schnell, was zum Verlust des Magnetismus und damit der Schutzhülle führte. Dadurch wurden etwa vorhanden Gase der Marsathmosphäre und eben auch das vermutlich vorhanden Wasser ins Weltall hinaus geschleudert.

Nun hat man festgestellt, dass seit etwa 300 Jahren der Erdmagnetismus um ca. 10 Prozent abgenommen hat. Steht der Erde ein ähnliches Schicksal bevor wie einst dem Mars?

Das in etwa 3400 Kilometern Tiefe vorhandene flüssige Eisen, das den inneren festen Erdkern umgibt, ist ständig in Bewegung. Seit mehr als zwei Milliarden Jahren entsteht durch dieses Zusammenspiel der Kräfte das lebensnotwendige Magnetfeld der Erde. Es ist offenbar wechselhaft und launisch wie das Wetter. Der Nord- und Südpol wandert. In unregelmäßigen Abständen, im Durchschnitt etwa alle 250000 Jahre, kippt das Magnetfeld sogar um, der Nordpol wird zum Südpol. Allerdings weist die Erdgeschichte auch schnellere Wechsel auf, aber auch Perioden von mehr als eine Million Jahren, in denen sich das Feld stabil zeigte. Derzeit löst sich der Schutzschild der Erde offensichtlich auf.

Für viele Wissenschaftler ist das ein deutlicher Hinweis darauf, dass in den nächsten Jahrtausenden ein erneuter Tausch der Pole bevorsteht. Doch selbst bei einer Umkehr verschwindet das Magnetfeld nicht völlig. Bevor es sich aber neu aufbaut, bleibt der Blaue Planet etwa 5000 Jahren fast ohne Schutz vor kosmischer Strahlung. Protonen, Elektronen und Ionen werden ständig aus der Sonne herausgeschleudert. Das Magnetfeld fängt die geladenen Teilchen ein und drängt sie an der Erde vorbei. Gelangen sie dennoch in die Atmosphäre, dann lösen sie spektakuläre Polarlichter aus. Wenig wussten Wissenschaftler bisher über die Entstehung des Kraftfeldes der Erde, bis Mitte der Neunzigerjahre die Geowissenschaftler Gary A. Glatzmaier und Paul H. Roberts von der University of California in Santa Cruz erstmals mit einem Computermodell nachweisen konnten, wie der "Geodynamo" funktioniert.

Magma - die rotglühende, zähflüssige Masse aus geschmolzenem Gestein im Erdinnern. Sie besteht aus Silikaten und Gasen wie Wasserdampf und Kohlendioxid. Bei Vulkanausbrüchen sorgen die Gase für den Knall und verteilen sich dann in der Atmosphäre, während der Rest als Lava aus dem Vulkan tritt.

Konvektionsströme - Ausgleichströmungen, die durch Temperatur- und Dichteunterschiede in Gasen und Flüssigkeiten entstehen. Solche Ströme gibt es auch im Erdinnern. Sie bewegen sich sehr langsam (einige Zentimeter im Jahr), verursachen aber die Kontinentaldrift, also die Bewegung der großen Schollen der Erdkruste.

Seismograph - ein Begriff, der sich aus den griechischen Wörter "seismos" (Erderschütterung) und "graphein" (schreiben) zusammensetzt. Man bezeichnet damit ein Gerät, das der Aufzeichnung von Erderschütterungen dient. Es ist äüßerst empfindlich. Die Wissenschaftler, die sich damit beschäftigem, heißen Seismologen. Sie sind überall auf der Welt in Hunderten seismologischer Stationen zur Registrierung und Auswertung von Erdstößen und Erdbeben eingesetzt.

Schaubild "Seismograph"

Die äußeren Kräfte   top

Nicht nur Kräfte aus dem Inneren verformen die Gestalt unserer Erde. Auch äußere Einwirkungen tragen dazu erheblich bei. Dies können wir manchmal sogar direkt beobachten, etwa nach einer Sturmflut. Auf der Nordseeinsel Sylt werden dabei regelmäßig erhebliche Schäden an der Küstenlinie festgestellt. Die Insel wird immer kleiner. Wetter und Witterung, also Regen und Wind, Hitze und Kälte, tragen ebenfalls zu Veränderungen bei. Wüsten wandern, Flüsse trocknen aus, Gestein zerspringt, Erdrutsche bedrohen Siedlungen.

Fossilien   top

Warum ist für uns die Erde ein großes Geschichtsbuch, in dem man - wenn man es versteht - über unsere Vergangenheit nachlesen kann? Dazu muss man wissen, dass nicht nur die Erde selbst, sondern auch die Erdkruste in Schichten aufgebaut ist. Als Faustregel gilt, dass die obere Schicht - die Deckschicht - jeweils erdgeschichtlich jünger ist als die darunter liegende. Dies kann aber wirklich nur eine Faustregel sein. Der tatsächliche Schichtaufbau der Erdkruste ergibt sich aus dem Zusammenspiel der endogenen und exogenen Kräfte mit ihrer außerordentlich großen Gestaltungskraft Diese Vorgänge dauern sehr lange. Die Jahrmillionen wirkenden Kräfte erzeugen immer wieder neue und andere Veränderungen.

All diese Vorgänge können gleichzeitig oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge geschehen. Während das passiert, lagern sich Gegenstände in die jeweilige Oberschicht ein. Solche Einlagerungen können sein: abgestorbene Pflanzen, Muschelschalen, Tiere und Menschen.

Die oberen Schichten gelangen durch die Veränderungen allmählich in den Untergrund. Dort wirkt großer Druck auf sie ein. Die luftdicht eingeschlossenen Einlagerungen versteinern und werden zu Fossilien. Fossilien sind Versteinerungen urzeitlicher Lebewesen.

Veränderung der Schichten   top

Wenn irgendwann nach einer Versteinerung der Schichtaufbau der Erdkruste durch endogene und/oder exogene Kräfte durcheinander gerät, so ist es durchaus möglich, dass dann im Laufe eines langen Umschichtungsprozesses  eine sehr alte Schicht an die Oberfläche gelangt und uns somit ihre "Informationen" preisgibt. Wir - bzw. die damit befassten Forscher - erfahren etwas über unsere graue Vorzeit. Finden sich etwa in Gebirgen plötzlich Fossilien von Muscheln oder Meeresbewohnern, so kann wohl jeder Laie daraus messerscharf schließen, dass in diesem Gebirge vor Urzeiten mal ein Meer war, natürlich, bevor es sich aus der Erdkruste durch endogene Kräfte herausgehoben hat.

Die Forscher haben besondere Methoden entwickelt, um über die Erdgeschichte und damit auch über die Geschichte der Lebewesen Aussagen machen zu können. Zuerste einmal haben sie den verschiedenen Schichten der Erdkruste komplizierte Namen gegeben, die man sich kaum merken kann. Aber man kann sich merken, dass diese Namen einem bestimmten Zeitraum der Erdgeschichte entsprechen. Das sind die so genannten Leitschichten. Außerdem hat man Fossilien ausgewählt, die in der Altersbestimmung dem Alter dieser Schichten entsprechen. Das sind die so genannten Leitfossilien. So kann man in zweierlei Richtung arbeiten. Hat man eine Leitschicht und unbekannte Fossilien, so weiß man durch die Schicht ihr Alter. Hat man Leitfossilien in einer unbekannten Schicht, so kann man daraus ebenfalls Schlüsse ziehen. Beide Methoden greifen ineinander und helfen den Forschem, tief in die Vergangenheit zurückzublicken. Fossilien suchen und finden ist keine Geheimwissenschaft. Jeder, der zum Beispiel mal einen Ausflug in ein Gebiet macht, dessen Gestein aus so genanntem Massenkalk besteht, wird schnell fündig werden. Im Massenkalk - gepresste Muschelschalen der Urzeit - findet man die bekannten Ammoniten, versteinerte ausgestorbene Kopffüßer mit sehr großen Kalkschalen.

Erdzeiten und Formationen   top

Die Vorgänge, die die Erdschichten nachhaltig verändern, passieren über einen Zeitraum von vielen Millionen Jahren. Die Forscher haben sich Schicht um Schicht in die Erdgeschichte eingegraben und sind dabei bis zurück ins Altertum unseres Planeten gelangt. All diese Schichten, die man auch als geologische Formationen bezeichnet, haben von den Namen her kein eindeutiges System. Es können beispielsweise Ortsnamen sein. In der Forschung gilt: Derjenige Wissenschaftler, der etwas entdeckt und nachweist, dass dies auch etwas Besonderes ist, darf es benennen. Insgesamt sieht die Einteilung der Erdzeit so aus:

Diese Tabelle der Altersbestimmung der Erdzeiten wurde in den letzten Jahrhunderten aufgestellt. Dabei benutzte man zunächst die Methode der Bestimmung nach Leitfossilien und Gesteinsgrenzen. Bei den Leitfossilien wählt man nach Möglichkeit kurzlebige Arten. Kurzlebig heißt hier nicht länger als 3 Millionen Jahre. Leitfossilien ermöglichen einen weltweiten relativen Vergleich der Ablagerungen.

Die Altersangaben in unserer Tabelle beruhen auf moderneren Methoden der Bestimmung. Diese zu beschreiben, wäre an dieser Stelle wohl zu kompliziert. Es sei nur gesagt, dass sie alle auf der Erscheinung des radioaktiven Zerfalls innerhalb bestimmter Zeiträume (Halbwertzeiten) beruhen. Diese Methoden heißen etwa Kalium-Argon-Methode, Uran-Blei-Methode oder C-14-Methode. Diese Arten der Bestimmung liefern den Wissenschaftlern ziemlich genaue, also absolute Zahlenangaben, zum Alter der einzelnen Formationen.

Geologie und Archäologie   top

Alles, was wir aus der Geschichte der Erde, aus den Zeiten und Abschnitten ihrer Entwicklung wissen, haben Forscher nach vielen Irrtümern mühsam aus ihr herausgelesen. Das heutige Wissen über die Urzeit stammt aus dem Boden. Vieles davon wurde zufällig entdeckt, manches ganz systematisch. Denn immer mehr geht die heutige Wissenschaft aber dazu über, ganz gezielt mit den verschiedensten Methoden danach zu forschen.

Wer ist sind denn nun eigentlich diejenigen die das "Geschichtsbuch Erde" lesen können? Es sind heute keine Abenteurer mehr, sondern ausgebildete Forscher, die in Teams zusammenarbeiten. Forscher verschiedener Fachrichtungen arbeiten eng zusammen.

Die Geologie

Geologen beschäftigen sich mit dem Aufbau und der Entwicklung der Erde. Besonders die Untersuchung und Auswertung, der Schichtungsverhältnisse liefert Angaben für die zeitliche Abfolge der Geschehnisse. Übereinander geschichtetes Felsgestein und Ablagerungen geben aufgrund der enthaltenen Leitfossilien ein Bild von der Reihenfolge ihrer Entstehung. Neueste Methoden der Bestimmung arbeiten mit Radioaktivität oder der Bestimmung des Erdmagnetismus vergangener Zeiten.

Die Archäologie

Archäologen sind diejenigen Forscher, die in laienhafter Vorstellung im Boden nach Funden wühlen. Ihr Ziel ist die Erforschung der greifbaren Hinterlassenschaften vergangener Menschheitskulturen. Die Funde müssen wissenschaftlich in die Kulturgeschichte der Menschen eingeordnet werden. Der Archäologe muss sehr viel Geduld und Fingerspitzengefühl mitbringen, denn oft genug muss er ein riesiges Puzzle von allerkleinsten Fundstücken zusammensetzen. Bevor aber an einer Fundstelle gegraben wird, macht man sich erst mit Hilfe moderner Technik, zum Beispiel mit Ultraschall, ein Bild der Lage. Geophysikalische Untersuchungen sind die Grundlage. Dabei arbeiten Wissenschaftler und Techniker eng zusammen. Drei Methoden haben Erfolg gezeigt:

1. Seismographische Messungen - Dabei wird der Untergrund künstlich erschüttert, z. B. indem man mit einem dicken Vorschlaghammer auf den Boden schlägt. An verschiedenen Messpunkten werden die Reflexionen der Wellen aufgezeichnet. Bei der Auswertung kann auf die Beschaffenheit des Untergrundes geschlossen werden. Es lassen sich u. a. Hohlräume erkennen.

2. Impulsradar - Diese Untersuchung verläuft ähnlich, nur werden hier elektromagnetische Wellen in den Untergrund abgestrahlt.

3. Magnetische Feldmessungen - Das natürliche Erdmagnetfeld wird auf Störungen hin untersucht. Andersartig magnetisierte Körper können so im Vergleich zur Umgebung festgestellt werden.

Paläontologie und Anthropologie   top

Die Paläontologie

Die Paläontologen erforschen die Lebewesen der Vergangenheit. Sie beschäftigen sich in erster Linie mit der Auswertung fossiler Funde und nicht - wie die Archäologie - mit den kulturellen Hinterlassenschaften. Die Paläontologen forschen daher naturgemäß in viel weiter zurückliegenden Zeiträumen, haben aber dennoch Berührungspunkte mit den vorgenannten Wissenschaften. Teilwissenschaften wie die Paläozoologie oder die Paläanthropologie liefern ständig neue Erkenntnisse, etwa über die Dinos oder die Urmenschen.

Die Anthropologie

Das ist die Wissenschaft, die sich mit dem Menschen beschäftigt, also mit seiner Kultur, seiner Sprache, seiner Kunst, der Gesellschaft usw., aber auch mit der Erforschung fossiler Menschen. Auch die Anthropologen arbeiten eng mit den bereits erwähnten Wissenschaften zusammen. Im weiteren Sinn fällt auch die Völkerkunde in diesen Fachbereich.

Konservierung und Restaurierung   top

Schließlich gibt es noch eine besondere Art von Wissenschaftlern, die eigentlich eher im Verborgenen arbeitet. Das sind die Konservatoren und Restauratoren. Sie müssen dafür sorgen, dass all die Funde, die ihnen die anderen Wissenschaften liefern, für immer erhalten bleiben, aufgearbeitet und wiederhergestellt werden. Kostbare Fossilien und Ausgrabungsstücke würden sicher sehr schnell durch heutige Umwelteinflüsse zerstört werden. Große Museen und Sarnmlungen beschäftigen daher diese Fachleute, um den Wert ihrer Ausstellungsobjekte zu erhalten. 

Rekonstruktion   top

Eine besondere Fachrichtung beschäftigt sich damit, originalgetreues Aussehen nachzuempfinden, das sind die Rekonstrukteure. Spektakulär wird dies bei der plastischen Darstellung von Menschen anhand von Knochenfunden. Anhand eines Schädels hat man schon das Aussehen eines alten Agypters nachgebildet. Auch die Urmenschen wurden inzwischen "zu neuem Leben" erweckt.

Der Weg eines Fundes   top

Was passiert eigentlich mit einem urzeitlichen Fund? Nehmen wir einmal an, zufällig wird ein fossiles Skelettstück bei Bauarbeiten entdeckt. Die Arbeiter melden das Ereignis an das nächste Museum für Urgeschichte. Fachleute des Museums graben den Fund vorsichtig aus und entnehmen auch Bodenproben. Die Bodenproben gehen an ein geologisches Landesamt zur Bestimmung des Alters. Der Fund geht in die Museumswerkstatt zwecks Präparation. Dort werden auch Kopien hergestellt und fehlende Teile nachempfunden und ergänzt. Das Museum fragt bei den urgeschichtlichen Museen Europas an, ob es dort ähnliche Stücke gibt, um die eigenen Einschätzungen zu kontrollieren. Schließlich wird das präparierte Stück im Museum in die Ausstellung integriert. Für die Wissenschaft wird der Fund durch Veröffentlichung in Fachzeitschriften dokumentiert.

Magazinierung   top

Wer einmal das Magazin eines urgeschichtlichen Museums gesehen hat, staunt als Laie nicht schlecht. Unmengen von fossilen Knochen sind dort eingelagert. Warum nur so viele? Sehen doch alle gleich aus!

Eben nicht! Ein Wissenschaftler, der nur wenige Knochenfunde zur Verfügung hat, kann kaum allgemeingültige Aussagen machen, zum Beispiel über das Aussehen von urzeitlichen  Tieren. Es könnte doch sein, dass gerade das ihm vorliegende Stück von einem kranken und degenerierten Tier stammt, also von einem Sonderfall. Erst wenn sehr viele fossile Knochen miteinander verglichen werden können, lässt sich sagen: Diese Tierart hat damals so ausgesehen, so hat sie sich entwickelt, dieses oder jenes Merkmal war krankhaft an ihr.

Vor Ort   top

Wer nun glaubt, der Museumsmensch hocke nun immer in seinem Magazin und zähle die Knochen, der irrt gewaltig. Ein Großteil seiner Arbeit verrichtet er draußen vor Ort an den Fundstellen, wenn es sein muss bei Wind und Wetter. Das kann dann richtig in Schwerarbeit ausarten. So wurde in Bottrop ein riesiger Ammonit gefunden mit einem geschätzten Durchmesser von 2,60 bis 3,00 Metern. Das wäre Weltrekord gewesen, wenn der Bagger nicht vorher zugeschlagen hätte. Trotzdem war es noch harte Arbeit, den Rest unversehrt zu bergen.