Der Begriff „geologische Prozesse“ beschreibt die Naturkräfte, die die physische Beschaffenheit eines Planeten prägen. Plattentektonik, Erosion, chemische Verwitterung und Sedimentation sind Beispiele für Kräfte, die die Erdoberfläche erheblich beeinflussen und für ihre wichtigsten Merkmale verantwortlich sind. Diese Prozesse werden von Geologen und Geowissenschaftlern genau untersucht, um ihr Verständnis der Geschichte des Planeten zu verbessern. um bei der Suche nach nützlichen Ressourcen wie Metallerzen zu helfen; und um die Vorhersage potenziell katastrophaler Ereignisse wie Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche zu unterstützen.
Plattentektonik
Wenn man die Erde aus dem Weltraum betrachtet, vermittelt sie den Eindruck totaler, unbeweglicher Gelassenheit. Die Geschichte des Planeten wird jedoch von der Aufspaltung und Verbindung von Landmassen zu neuen Kontinenten dominiert, die ihre Positionen ständig verändern. Diese geologischen Prozesse werden durch die Plattentektonik angetrieben und finden auf Zeitskalen statt, die für den Menschen zu lang sind, um sie direkt zu erfassen. Die Erdkruste besteht aus festen Gesteinsplatten, die auf dichterem, aber halbflüssigem Material darunter schwimmen. Konvektionsströme in diesem Material, dem sogenannten Mantel, bewirken, dass sich diese Platten, die die Kontinente bilden, im Laufe der Zeit bewegen.
Manchmal prallen Kontinentalplatten aufeinander und bilden Gebirgszüge wie den Himalaya. Platten können auch auseinanderbrechen, wie es heute im Rift Valley von Afrika der Fall ist. Wenn man den Planeten so sehen könnte, wie er vor etwa 250 Millionen Jahren war, würde er ganz anders aussehen als heute. Es wird vermutet, dass zu dieser Zeit alle Kontinente zu einem riesigen „Superkontinent“ verbunden waren, den die Forscher Pangaea nennen. Vor etwa 200-225 Millionen Jahren begann diese Landmasse, angetrieben durch tektonische Prozesse, in kleinere Stücke zu zerfallen und bildete schließlich die modernen Kontinente.
Auch tektonische Prozesse können Kontinente zusammenbringen. Einige Geologen glauben, dass die Erde mehrere Zyklen durchlaufen hat, in denen sich riesige Landmassen zu kleineren Kontinenten aufgespalten haben, die später wieder miteinander verschmolzen sind. Möglicherweise gab es eine Reihe früherer Superkontinente.
Die Erdkruste besteht aus zwei Schichten: der kontinentalen Kruste und darunter der ozeanischen Kruste, die aus dichterem Gestein besteht. Die ozeanische Kruste wird unter den Ozeanen freigelegt. Unter dem Atlantischen Ozean steigt neues Material aus dem Mantel auf, um einen mittelozeanischen Rücken zu bilden, während Amerika und Europa weiter auseinanderdriften. In anderen Gebieten, einschließlich der Westküste Südamerikas, sinkt die ozeanische Kruste in einer sogenannten Subduktionszone unter die kontinentale Kruste. Die durch diesen Prozess erzeugte Reibung hat in diesem Gebiet zu Vulkanismus geführt und die Anden gebildet.
Die Plattentektonik erklärt, warum Erdbeben und vulkanische Aktivität in der Regel an den Rändern der Kontinente auftreten. Dies sind die Gebiete mit der größten geologischen Aktivität, in denen die Subduktion oder die Bewegung von Kontinentalplatten gegeneinander zu heftigen Ereignissen führen kann. Leider leben viele Menschen in geologisch aktiven Gebieten in der Nähe von Plattengrenzen, aber die Menschen beginnen, die Mittel zu entwickeln, um Katastrophen vorherzusagen. Durch die genaue Überwachung von Dingen wie kleinen Gesteinsbewegungen, Brüchen und Anschwellen des Bodens können Wissenschaftler manchmal Vorwarnungen vor Erdbeben und Vulkanausbrüchen ausgeben.
Ein Verständnis der geologischen Prozesse der Plattentektonik kann auch helfen, wertvolle Bodenschätze zu lokalisieren. Material aus kontinentalen und ozeanischen Krusten und aus dem Erdmantel variiert in seiner mineralischen Zusammensetzung. Geologen können Plattengrenzen darstellen und die wahrscheinlichen Positionen verschiedener Arten von Krusten- und Mantelgestein kartieren. Kombiniert man dies mit der Kenntnis der Schmelzpunkte von Mineralien und ihrer Kristallisationssequenzen, kann man beispielsweise die wahrscheinliche Lage einer Kupfererzlagerstätte innerhalb eines großen Klumpens erstarrten Magmas erraten.
Erosion
Wenn Gestein durch Wasser, Eis oder sogar Wind abgetragen wird, spricht man von Erosion. Es ist einer der wichtigsten geologischen Prozesse und kann im Laufe der Zeit Landschaften verändern. Von Wasser oder Wind getragene Splitt- und Sandpartikel wirken abrasiv und können Gestein im großen Stil in neue Formen formen. Einige der dramatischsten Landmerkmale werden durch Eis in Form von Gletschern erzeugt. Splitt und Gesteinsbrocken, eingebettet in das Eis, kratzen an Gestein und verändern die Landschaft massiv.
Die Landhebung durch den Zusammenstoß zweier Kontinentalplatten verbindet sich mit den Erosionskräften zu Gebirgszügen wie dem Himalaja oder den Alpen. Wasser bildet Flusstäler, die das Gebirge mitgestalten, aber wenn das Land hoch genug für dauerhaften Schnee ansteigt, bilden sich Gletscher. Diese langsam fließenden Eisflüsse graben steile Täler mit flachem Boden, schmale Kämme und scharfe Pyramidenspitzen aus und erzeugen die Bergketten, die die meisten Menschen heute kennen. Das Matterhorn in den schweizerisch-italienischen Alpen ist ein klassisches Beispiel für einen Pyramidengipfel.
Fließendes Wasser hat auch einen großen Einfluss auf die Landschaft. Er bildet je nach Geländebeschaffenheit Flusstäler und Schluchten. Eines der spektakulärsten Beispiele für Wassererosion ist der Grand Canyon, eine mehr als eine Meile (ungefähr 6,000 km) tiefe Schlucht, die die Landschaft von Arizona vernarbt. Es entstand über einen Zeitraum von etwa 1.83 Millionen Jahren.
Auch Winderosion kann zur Gestaltung von Landschaften beitragen, wenn auch meist in kleinerem Maßstab. Merkmale, die durch diese Form der Erosion verursacht werden, finden sich normalerweise in sehr trockenen Gebieten. Wind kann loses Material aus dem Boden entfernen, wodurch möglicherweise ziemlich große Vertiefungen entstehen, wie die Qattara-Senke in Ägypten. Vom Wind verwehter Sand und Kies können kleinere Landschaftsmerkmale wie Yardangs erzeugen – lange, glatte Kämme, die an der üblichen Windrichtung ausgerichtet sind.
Chemische Verwitterung
Gestein kann mit im Wasser oder in der Luft vorhandenen Stoffen reagieren und chemische Verwitterung bewirken. Wenn Gesteine, die sich tief unter der Erde bilden, an der Oberfläche freigelegt werden, können sie beispielsweise aufgrund von Eisenverbindungen, die mit Sauerstoff in der Luft reagieren, langsam ihre Farbe ändern und bröckeln. Das resultierende, schwächere Material kann beginnen, Böden zu bilden, oder kann abgetragen und an anderer Stelle abgelagert werden.
Ein weiteres häufig gesehenes Beispiel ist das Auflösen von Kalkstein durch saures Wasser. Wasser kann durch organische Verbindungen oder durch die Aufnahme vulkanischer Gase versauert werden. Kalkstein besteht größtenteils aus Calciumcarbonat, das leicht mit Säuren reagiert. Höhlen und Dolinen sind häufige Folgen der chemischen Verwitterung von Kalkstein. In Höhlen bilden sich im Laufe der Zeit durch das Abtropfen und Verdunsten von Wasser mit gelöstem Gesteinsmaterial Stalagmiten und Stalaktiten.
Sedimentation
In Wasser suspendiertes oder gelöstes Material bildet Gestein durch einen Prozess, der als Sedimentation oder Ablagerung bekannt ist. Dies kann durch den Aufbau und die Verdichtung kleiner Partikel beim Absetzen aus dem Wasser oder durch Verdunstung geschehen, wodurch gelöste Chemikalien kristallisieren. Auf diese Weise entstandene Gesteine werden Sedimentgesteine genannt. Beispiele umfassen Sandstein, der sich aus Sandkörnern bildet; Kalkstein, der aus den Schalen kleiner Organismen besteht; und Ablagerungen von Salz und Gips, die sich aus der Verdunstung von Wasser bilden, das diese Mineralien enthält. Manchmal können sich Sedimentgesteine zu mehreren Meilen dicken Schichten aufbauen.
Sedimentgesteine können Fossilien enthalten, die in dieser Art von Gestein viel wahrscheinlicher erhalten bleiben als in solchen, die hohen Temperaturen ausgesetzt waren. Geologen und Paläontologen konnten durch die Analyse von Sedimentgesteinen und Fossilien eine Geschichte des Lebens auf dem Planeten zusammenstellen. Versteinerte Meeresorganismen, die auf Berggipfeln weit entfernt vom Meer gefunden wurden, waren ein früher Hinweis darauf, dass in der Vergangenheit sowohl horizontale als auch vertikale Gesteinsbewegungen in großem Maßstab stattgefunden hatten. Es waren die Ähnlichkeiten von Fossilien eines bestimmten Alters auf verschiedenen Kontinenten, die schließlich zur Theorie der Plattentektonik führten.
Die Hypothese, dass ein Meteoriteneinschlag das Aussterben der Dinosaurier verursacht haben könnte, ergab sich aus der Entdeckung einer Schicht, die reich an dem seltenen Metall Iridium in Sedimenten aus der Zeit des Aussterbens stammt. Diese Schicht findet sich in weit voneinander entfernten Teilen der Welt, wo Gestein des richtigen Alters freigelegt wird, was darauf hindeutet, dass sie wahrscheinlich von einer externen Quelle stammt, die ein Ereignis mit extremer Wirkung verursacht hat.