Die geologische evolution unseres Planeten beginnt vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, als sich die Erde aus einer protoplanetaren Scheibe formte. Damals hatte unser Planet wenig Ähnlichkeit mit der heutigen Welt und war einem konstanten kosmischen Bombardement ausgesetzt. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, was ist evolution im geologischen Kontext bedeutet und wie plattentektonische Prozesse die Kontinente formten. Wir untersuchen zudem geological evolution examples von der Entstehung der ältesten Gesteinsschichten, die über 4 Milliarden Jahre alt sind, bis zur heutigen Verteilung der Landmassen.
Was ist geologische Evolution
Definition und Grundlagen
Geologische evolution beschreibt die kontinuierliche Veränderung der Erdkruste über geologische Zeiträume hinweg. Die Theorie der Kontinentaldrift, auch Kontinentalverschiebung genannt, bildet dabei das Fundament unseres Verständnisses dieser Prozesse. Sie beschreibt die langsame Bewegung, Aufspaltung und Vereinigung von Kontinenten. Erste Hypothesen zu diesem Phänomen gab es bereits im 18. und 19. Jahrhundert, allerdings führte erst die Arbeit von Alfred Wegener zu einer allmählichen Abkehr vom Fixismus hin zum Mobilismus.
Die Bewegung der Erdteile ist heute Bestandteil der Theorie der Plattentektonik. Diese besagt, dass die äußere Erdhülle in Lithosphärenplatten gegliedert ist, die dem übrigen Oberen Erdmantel aufliegen und darauf umherwandern. Die Satellitengeodäsie und moderne geodätische Erdmodelle zeigen an fast allen Kontinentalrändern jährliche Bewegungsraten, die von einem bis etwa zehn Zentimeter reichen. Der internationale Referenzrahmen des ITRF wird seit dem Jahr 2000 alle ein bis zwei Jahre den aktuellen Kontinentalverschiebungen angepasst.
Zu den mit der Plattentektonik verbundenen Prozessen zählen die Entstehung von Faltengebirgen durch den Druck zusammenstoßender Kontinente sowie die häufigsten Formen von Vulkanismus und Erdbeben. Die Lithosphärenplatten sind in sieben große Platten gegliedert: die Nordamerikanische, Eurasische, Südamerikanische, Afrikanische, Antarktische, Australische und Pazifische Platte.
Zeitliche Dimensionen der Erdgeschichte
Die Erdgeschichte überspannt einen gigantischen Zeitraum, der in der Wissenschaft auch als „deep time“ bezeichnet wird. Dieser wird in hierarchisch strukturierte Intervalle unterteilt, wobei die Bezeichnungen der geochronologischen Hierarchieebenen Äon, Ära, Periode, Epoche und Alter lauten. Die geologische Zeitskala gliedert sich in vier große Äonen: Hadaikum (vor 4,6 bis 4,0 Milliarden Jahren), Archaisches Äon (vor 4,0 bis 2,5 Milliarden Jahren), Proterozoikum (vor 2,5 Milliarden bis 541 Millionen Jahren) und Phanerozoikum (vor 541 Millionen Jahren bis heute).
Mit Beginn des Phanerozoikums vor 541 Millionen Jahren setzt der kontinuierliche Fossilbericht ein, der mit den Methoden der Biostratigraphie eine differenziertere Einteilung ermöglicht. Im Gegensatz dazu kann die Einteilung des Präkambriums nicht auf Grundlage von Fossilien erfolgen, weil es in diesen Gesteinen keine oder wenigstens keine brauchbaren Fossilien gibt.
Die Erde hat einige Milliarden Jahre gebraucht, um die Kontinente in ihrer heutigen Ausdehnung hervorzubringen, obwohl diese nur sehr wenig, etwa 0,5 Prozent, ihrer Masse ausmachen. Entsprechend der Häufigkeitsverteilung von Sedimentgesteinen hat sich die ganze Erdgeschichte hindurch kontinuierlich kontinentale Kruste gebildet.
Warum kontinentale Entwicklung wichtig ist
Von besonderem Interesse sind jene Perioden der Erdgeschichte, in welchen alle Kontinente zu einer Landmasse vereint waren oder in denen der sogenannte Superkontinent wieder auseinanderbrach. Man spricht von Superkontinent-Zyklen, von denen fünf oder sechs im Laufe der Erdgeschichte postuliert werden. Allerdings sind nur der letzte, mit dem Namen Pangaea bezeichnete, und der vorletzte, unter dem Namen Rodinia oder Vendium bekannte Superkontinent allgemein akzeptiert.
Wenn die derzeitige Bewegung der Kontinente unvermindert anhält, wird in etwa 60 Millionen Jahren Australien gegen Asien stoßen und man kann in etwa 300 Millionen Jahren die Bildung eines neuen Superkontinents, manchmal Pangaea ultima genannt, erwarten. Wegen ihrer Trägheit benötigen die Platten Dutzende von Jahrmillionen, um zum Stillstand zu kommen, und noch länger, um ihre Bewegung umzukehren.
Die kontinentale Entwicklung beeinflusst fundamental die Artenvielfalt und das Klima auf unserem Planeten. Entscheidend für eine hohe Artenvielfalt auf einem Kontinent ist insbesondere die Dynamik geologischer Prozesse. Aktive Plattentektonik fördert die Gebirgsbildung oder die Entstehung von Insel-Archipelen.
Die Kraft der Plattentektonik
Wie tektonische Platten funktionieren
Die äußere Erdhülle unseres Planeten gleicht einer zersprungenen Eierschale. Sie setzt sich aus sieben großen und vielen kleineren Platten zusammen. Diese Lithosphärenplatten bestehen aus der Erdkruste und dem obersten, festen Teil des Erdmantels. Darunter liegt die Asthenosphäre, eine weiche und zäh verformbare Schicht, auf der die Platten gleiten.
Angetrieben werden diese gewaltigen Gesteinsmassen durch Konvektionsströme im Erdmantel. Wenn sich Gesteinsmaterial im Erdmantel erhitzt, reduziert sich seine Dichte und es steigt zur Oberfläche auf, wo es dann wieder abkühlt und absinkt. Zwei Hauptkräfte treiben dabei die Plattenbewegung an: der Ridge Push geht von der jungen, warmen Kruste der Mittelozeanischen Rücken aus und erzeugt einen horizontal von den Spreizungszonen weg gerichteten Druck. Der Slab Pull ist der Zug, den alte, kalte Lithosphäre erzeugt, wenn sie an Subduktionszonen in den konvektiven Erdmantel eintaucht.
An den Plattengrenzen geschehen bemerkenswerte Prozesse. An mittelozeanischen Rücken driften benachbarte Platten auseinander, wodurch basaltisches Magma aus dem Oberen Erdmantel emporsteigt und neue ozeanische Lithosphäre gebildet wird. Dieser Prozess wird auch als Seafloor Spreading bezeichnet. Die Mittelozeanischen Rücken werden mit einer Gesamtlänge von rund 70.000 km als die größten zusammenhängenden Gebirgssysteme des Planeten angesehen.
Bewegungen und ihre Geschwindigkeiten
Die Geschwindigkeit der Ozeanboden-Spreizung beträgt einige Zentimeter pro Jahr. Die geodätisch ermittelten Driftraten zwischen den großen Platten liegen zwischen 2 und 20 cm pro Jahr. Die Eurasische und Nordamerikanische Platte bewegen sich im Jahr rund zwei Zentimeter voneinander weg. Im Bereich des Mittelatlantischen Rückens entfernen sich die Kontinentalplatten jedes Jahr um gegenwärtig 4 bis 5 cm.
Die meiste Unruhe an der Erdoberfläche bringt die Pazifische Platte mit sich, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Zentimetern pro Jahr nach Nordwesten rückt. Die schnellste je aufgezeichnete Bewegung war die Indische Platte, die mit etwa 15 cm pro Jahr nordwärts raste, bevor sie mit Eurasien kollidierte und den Himalaya bildete.
Von Pangaea zu heutigen Kontinenten
Alfred Wegener war es vor allem, der in seinem 1915 veröffentlichten Buch aus der teilweise sehr genauen Passung der Küstenlinien auf beiden Seiten des Atlantiks folgerte, dass die heutigen Kontinente Teile eines großen Urkontinents gewesen sein müssen. Wegener nannte diesen Urkontinent Pangaea. Dieser Kontinent existierte vom Späten Karbon (325 Millionen Jahre vor heute) bis in den Jura (150 Millionen Jahre vor heute).
Durch plattentektonische Vorgänge begann Pangaea ab der späten Trias (etwa 230 Millionen Jahre vor heute) auseinanderzubrechen. Der Zerfall beschränkte sich zunächst auf den Südteil (Gondwana), mit Öffnung der Tethys nach Westen und Öffnung des Zentral- und Südatlantiks sowie des Antarktischen und Indischen Ozeans.
Ozeanische und kontinentale Krusten im Vergleich
Grundsätzlich unterscheiden sich ozeanische und kontinentale Kruste in mehreren Aspekten. Die ozeanische Kruste ist etwa fünf bis acht Kilometer dick, während die kontinentale Kruste im Durchschnitt 40 Kilometer, unter Gebirgen sogar bis zu 80 Kilometer in die Tiefe reicht.
Im Gegensatz dazu ist die ozeanische Kruste dichter und schwerer als die kontinentale. Deshalb taucht sie beim Zusammenstoß ab und wird im Erdinneren wieder aufgeschmolzen. Die Tatsache, dass sich in den heutigen Ozeanen keine Lithosphäre findet, die älter ist als 200 Millionen Jahre, stützt diesen Gedanken. Die kontinentale Kruste kann dagegen über 4 Milliarden Jahre alt sein.
Prozesse der Kontinentbildung
Kontinentaldrift und ihre Beweise
Am 6. Januar 1912 formulierte Alfred Wegener erstmals seine Theorie der Kontinentalverschiebung. Ihm fiel nicht nur der ähnliche Kurvenverlauf der afrikanischen West- und der südamerikanischen Ostküste auf, sondern im Herbst 1911 wurde er auf paläontologische Zusammenhänge zwischen beiden Kontinenten aufmerksam. Zunächst hatte man das Vorkommen bestimmter Fossilien auf verschiedenen Kontinenten mit der Landbrücken-Hypothese erklärt.
Wegener sammelte jedoch überzeugende Gegenbeweise. Fossilien der Samenfarn-Gattung Glossopteris wurden sowohl in Afrika als auch in Brasilien gefunden. Der Mesosaurus kam in Südafrika und Brasilien vor. Die fossile Landschnecke Helix pomatia findet sich in Europa sowie im Osten Nordamerikas, allerdings nicht im Westen Nordamerikas.
Darüber hinaus entdeckte Wegener die Ähnlichkeit von Gesteinsformationen in Indien, Madagaskar und Ostafrika. Ein Gebirgszug in Südafrika schien seine Verlängerung in einem ähnlich aufgebauten Gebirge in Argentinien zu haben. Präkambrische Gesteine in Schottland entsprachen denen in Labrador auf der anderen Seite des Atlantiks.
Als Meteorologe befasste sich Wegener besonders mit der Paläoklimatologie. In der Antarktis hatte man Kohlevorkommen entdeckt, die sich fast nur unter tropischen Bedingungen bilden können. Auf Spitzbergen fanden sich tertiäre Fossilien von Bäumen, die heute im Mittelmeergebiet vorkommen. Die Sahara war einst zu großen Teilen von Gletschern bedeckt, was vor etwa 460 Millionen Jahren im Ordovizium geschah, als Nordafrika als Teil des Großkontinents Gondwana in der Nähe des Südpols lag.
Gebirgsbildung durch Plattenkollision
Kollisionen zweier Kontinentalblöcke stoppen die Plattenbewegung, weil die kontinentale Kruste spezifisch leichter ist als die ozeanische Kruste und daher nicht abtauchen kann. Stattdessen wölbt sie sich zu einem Gebirgszug auf. Zwischen der Indischen und der Eurasischen Platte findet eine Kontinent-Kontinent-Kollision statt, die zur Gebirgsbildung des Himalaya führte.
Vor etwa 50 bis 30 Millionen Jahren vollzog sich die Auffaltung der Alpen durch die Kollision des Kontinentalblockes der Afrikanischen Platte mit der Eurasischen Platte. Bei der Kollision von ozeanischer mit kontinentaler Kruste entstehen andere Gebirgstypen. Die Kollision der Nazca-Platte mit der Südamerikanischen Platte führte zur Entstehung der Anden.
Vulkanismus und Inselbildung
Rund 90 Prozent aller Vulkane befinden sich an Plattengrenzen. An Subduktionszonen transportiert die subduzierte Platte im Gestein gebundene Fluide in die Tiefe. Diese Fluide setzen den Schmelzpunkt des Mantelgesteins herab, wodurch Magmen entstehen, die aufsteigen und vulkanische Eruptionen hervorrufen.
Vulkanische Aktivität findet sich auch abseits der Plattengrenzen bei sogenannten Hotspots. Die hawaiianischen Inseln befinden sich mitten in einer ozeanischen Platte über einem solchen heißen Fleck. Wandern tektonische Platten über einen Hotspot, können sich vulkanische Inseln bilden.
Erosion und Sedimentation
Erosion beinhaltet die Abtragung von verwitterten Gesteinen und Lockersedimenten. Sie erschafft einerseits Geländeformen wie Berg und Tal, zerstört diese jedoch bei anhaltendem Wirken vollständig. Flusserosion schafft Einschnitte in die Landoberfläche durch die Tätigkeit von Fließgewässern. Gletscher erzeugen im Unterschied zu den meist V-förmigen Flusstälern U-förmige Talquerschnitte.
Das transportierte Material wird über mehr oder minder lange Distanzen verfrachtet und schließlich als Sediment abgelagert.
Meilensteine der kontinentalen Entwicklung
Präkambrium: Entstehung der ersten Landmassen
Über vier Milliarden Jahre Erdgeschichte umfasst das Präkambrium, untergliedert in Hadaikum, Archaikum und Proterozoikum. Die ältesten Gesteine der Erde, der Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel aus dem Superior-Kraton sowie der Acasta-Gneis aus dem Slave-Kraton des Kanadischen Schildes, sind mehr als 4 Milliarden Jahre alt und zeigen, dass bereits im Hadaikum Festlandinseln existierten. In 2,8 Milliarden Jahre alten Gesteinen von Mount Narrayer in Australien wurden 4,2 Milliarden alte Zirkonsilicatkristalle entdeckt.
Erstes Leben entwickelte sich seit 3,5 Milliarden Jahren in Form von einzelligen Organismen ohne Zellkern, vor allem Zyanobakterien. Gegen Ende des Archaikums, etwa 2,5 Milliarden Jahre vor heute, haben Bakterien durch Photosynthese neben der Verwitterung dazu beigetragen, den CO2-Gehalt zu senken und den O2-Gehalt der Atmosphäre erhöht.
Bildung und Zerfall von Superkontinenten
Der Walzer der Kontinente folgt einem rhythmischen Muster, dem sogenannten Wilson-Zyklus. Ein solcher Zyklus dauert etwa 200 bis 250 Millionen Jahre an und beschreibt die Öffnung und Schließung von Ozeanbecken sowie die Bildung und den Zerfall von Superkontinenten.
Der hypothetische Kontinent Ur im frühen Archaikum, 3.000 bis 1.000 Millionen Jahre vor heute, gilt als einer der frühesten Superkontinente. Kenorland im frühen Paläoproterozoikum, 2.450 bis 2.110 Millionen Jahre vor heute, gilt als paläomagnetisch wahrscheinlich. Columbia im jüngeren Paläoproterozoikum existierte 1.800 bis 1.500 Millionen Jahre vor heute.
Rodinia im jüngeren Proterozoikum, etwa 1.100 bis 750 Millionen Jahre vor heute, gilt als der erste echte Superkontinent der Erdgeschichte. Seine Fragmentierung erfolgte vor 750 bis 633 Millionen Jahren und wird mit einer besonders kalten Periode, der Schneeball Erde, sowie mit einer schnellen Entwicklung des frühen Lebens in Verbindung gebracht.
Pannotia im jüngeren Neoproterozoikum, etwa 600 bis 550 Millionen Jahre vor heute, entstand durch Kollision der Bruchstücke Rodinias. Die Existenz dieses Kontinents war von relativ kurzer Dauer, da er vor 560 Millionen Jahren zu zerbrechen begann.
Öffnung und Schließung von Ozeanen
Beim Zerfall von Pannotia öffneten sich mehrere Ozeane, darunter der Iapetus-Ozean. Dessen spätere Schließung führte im Paläozoikum, etwa 400 bis 300 Millionen Jahre vor heute, zur Entstehung von Laurussia durch die Kollision der Kontinente Laurentia und Baltica. Diese Kollision sowie die Kollision kleinerer Inselbögen führte zur Kaledonischen Gebirgsbildung.
Pangaea im späten Paläozoikum und frühen Mesozoikum, etwa 275 bis 200 Millionen Jahre vor heute, ist der jüngste der echten Superkontinente der Erdgeschichte. Sie entstand durch die Schließung des Rheischen Ozeans und Ural-Ozeans und die anschließende Kollision Laurussias mit Gondwana.
Die letzten 200 Millionen Jahre
Der Zerfall Pangaeas begann vor etwa 200 Millionen Jahren. Zunächst bildete sich Laurasia auf der Nordhalbkugel und Gondwana auf der Südhalbkugel. Laurasia im jüngeren Mesozoikum und frühen Paläogen, etwa 200 bis 55 Millionen Jahre vor heute, bestand nach dem Zerfall Pangaeas bis zur Öffnung des Nordatlantiks.
Vor etwa 135 Millionen Jahren brach die Kontinentalmasse weiter auseinander. Vor allem der große Südkontinent spaltete sich in Südamerika, Afrika, Indien, Antarktika und Australien. Nordamerika und Afrika begannen sich zu trennen und es entstand ein neuer Ozean, der Zentralatlantik.
Geologische Evolution und Leben auf der Erde
Wie Kontinentbewegungen die Artenvielfalt beeinflussen
Plattentektonik bestimmt die Lebensfreundlichkeit unseres Planeten. Forschende der ETH Zürich untersuchten, weshalb afrikanische Regenwälder weniger Arten beherbergen als die Tropenwälder Südamerikas und Südostasiens. Von den weltweit 2500 Palmenarten kommen 1200 in Südostasien und 800 in Südamerika vor, aber nur 66 in afrikanischen Regenwäldern.
Entscheidend ist die Dynamik geologischer Prozesse. Aktive Plattentektonik fördert die Gebirgsbildung oder die Entstehung von Insel-Archipelen. Der Regenwaldgürtel Afrikas war in den vergangenen 110 Millionen Jahren tektonisch weniger aktiv. Simulationen bestätigen, dass Unterschiede in der Dynamik der frühzeitlichen Umwelt die ungleiche Verteilung der Artenvielfalt hervorbrachten.
Klimaveränderungen durch kontinentale Verschiebungen
Die Verschiebung der Platten reguliert die Atmosphäre der Erde über sehr lange Zeiträume. Die Verteilung von Land und Meer prägt die atmosphärische und ozeanische Zirkulation sowie den Kreislauf von CO2. Liegt ein Kontinent nahe einem Pol, kann sich dort ein Eisschild ausbilden, der ein kälteres globales Klima bewirkt.
Der Auseinanderbruch des Superkontinents Rodinia vor 580 bis 750 Millionen Jahren führte vermutlich zur größten Vereisung der Erdgeschichte, bekannt als Schneeball Erde. Die Kollision Indiens mit Asien und die Aufwölbung des Himalayas sind für die anfängliche deutliche Erwärmung bis vor 50 Millionen Jahren verantwortlich.
Fossilien als Beweise für Kontinentalverschiebung
Alfred Wegener studierte die Verwandtschaft zwischen Fossilfunden aus Fauna und Flora auf beiden Seiten des Atlantiks. Fossilien der Samenfarn-Gattung Glossopteris, des Mesosaurus sowie des Cynognathus und Lystrosaurus erlauben die Rekonstruktion des südlichen Großkontinents Gondwana. Die paläobiogeografischen Verbreitungsgebiete dieser Arten sind Belege für die Existenz der Plattentektonik.
Schlussfolgerung
Die geologische Evolution zeigt uns, dass unsere Kontinente keineswegs statisch sind. Wie wir gesehen haben, bewegen sich die tektonischen Platten kontinuierlich und formen dabei unseren Planeten. Alfred Wegeners bahnbrechende Erkenntnisse zur Kontinentaldrift haben den Grundstein für unser heutiges Verständnis gelegt. Die Plattentektonik beeinflusst nicht nur die Geografie, sondern prägt fundamental die Artenvielfalt und das Klima. Wenn wir die Prozesse verstehen, die über Milliarden Jahre wirkten, erkennen wir, wie dynamisch die Erde ist. Dieses Wissen hilft uns, die Vergangenheit zu rekonstruieren und zukünftige Entwicklungen besser einzuschätzen.
FAQs
Q1. Wie sind die Kontinente der Erde entstanden? Die Kontinente entstanden durch plattentektonische Prozesse über Milliarden von Jahren. Zu Beginn des Erdmittelalters vor etwa 250 Millionen Jahren existierte der Superkontinent Pangaea, der später in mehrere Teile zerbrach. Diese Fragmente drifteten auseinander und formten sich zu den heutigen Kontinenten. Durch die kontinuierliche Bewegung der tektonischen Platten, die mit Geschwindigkeiten von 2 bis 20 Zentimetern pro Jahr wandern, verändert sich die Position der Kontinente bis heute.
Q2. Was versteht man unter geologischer Evolution? Geologische Evolution beschreibt die kontinuierliche Veränderung der Erdkruste über geologische Zeiträume hinweg. Sie umfasst Prozesse wie Plattentektonik, Kontinentaldrift, Gebirgsbildung, Vulkanismus sowie Erosion und Sedimentation. Diese Entwicklung erstreckt sich über etwa 4,6 Milliarden Jahre Erdgeschichte und wird in verschiedene Äonen unterteilt: Hadaikum, Archaikum, Proterozoikum und Phanerozoikum.
Q3. Gab es früher weniger Kontinente als heute? Ja, in der Erdgeschichte wechselten sich Phasen ab, in denen alle Kontinente zu einem einzigen Superkontinent vereint waren. Der bekannteste ist Pangaea, der vor etwa 275 bis 200 Millionen Jahren existierte. Damals hätten Landlebewesen theoretisch alle Landmassen trockenen Fußes durchwandern können. Im Laufe der Zeit zerbrach Pangaea und bildete zunächst zwei große Kontinente – Laurasia im Norden und Gondwana im Süden – die sich später weiter aufteilten.
Q4. Wie schnell bewegen sich die Kontinente? Die Kontinente bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, typischerweise zwischen 2 und 20 Zentimetern pro Jahr. Die Eurasische und Nordamerikanische Platte entfernen sich beispielsweise jährlich um etwa 2 Zentimeter voneinander. Die Pazifische Platte bewegt sich mit circa 10 Zentimetern pro Jahr nach Nordwesten. Die schnellste je gemessene Bewegung war die der Indischen Platte mit etwa 15 Zentimetern pro Jahr, bevor sie mit Eurasien kollidierte.
Q5. Wie beeinflusst die Kontinentbewegung das Leben auf der Erde? Die Bewegung der Kontinente hat fundamentale Auswirkungen auf die Artenvielfalt und das Klima. Aktive Plattentektonik fördert die Gebirgsbildung und Entstehung von Inselgruppen, was die Biodiversität erhöht. Die Verteilung von Land und Meer beeinflusst atmosphärische und ozeanische Strömungen sowie den CO2-Kreislauf. Kontinentale Verschiebungen können zu Klimaveränderungen führen und bestimmen, welche Lebensräume für verschiedene Arten verfügbar sind.